高電導(dǎo)率巖土介質(zhì)介電常數(shù)及含水量TDR測試研究.pdf

1、巖土介質(zhì)的含水量是巖土工程中的重要參數(shù),常見的巖土介質(zhì)處于低電導(dǎo)率環(huán)境中,而隨著環(huán)境巖土工程的發(fā)展,污染土以及城市固體廢棄物(MSW)等高電導(dǎo)率巖土介質(zhì)也逐漸為學(xué)者所關(guān)注。這些巖土介質(zhì)含水量的測試及監(jiān)測對于土工指標的確定,穩(wěn)定性分析,污染物遷移監(jiān)測,填埋場的水量平衡控制、滲濾液導(dǎo)排與收集以及MSW的加速降解等都非常重要。
　　 基于電磁學(xué)的電磁波時域反射法(TDR)可以通過測試巖土介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率來計算其含水量,具有測試速

2、度快、精度高,可自動化監(jiān)測的優(yōu)點。但是,受介質(zhì)電導(dǎo)率引起電磁波衰減的影響,傳統(tǒng)的TDR行程時間法含水量測試技術(shù)無法在高電導(dǎo)率的巖土介質(zhì)中應(yīng)用。而受傳感器的限制,適用于高電導(dǎo)率環(huán)境的TDR表面反射法僅對高電導(dǎo)率土介質(zhì)含水量測試進行了室內(nèi)試驗研究,對于高電導(dǎo)率巖土介質(zhì)含水量現(xiàn)場測試未能實現(xiàn)突破性進展。
　　 根據(jù)表面反射法原理,利用電磁場有限元分析方法及TDR測試系統(tǒng)模擬程序,對傳感器的類型、材料、尺寸、影響范圍及功能等各方面進行了

3、分析,研制了分段式現(xiàn)場測試傳感器。該傳感器測得的反射波形既能采用行程時間法進行分析,又能采用表面反射法進行分析,適合不同電導(dǎo)率環(huán)境下巖土介質(zhì)介電常數(shù)及電導(dǎo)率測試。
　　 通過室內(nèi)試驗傳感器及現(xiàn)場測試傳感器對不同類型的土介質(zhì)尤其是高電導(dǎo)率土介質(zhì)介電常數(shù)與含水量進行了測試,結(jié)果表明在介質(zhì)電導(dǎo)率不高的情況下,表面反射法和行程時間法測得的介電常數(shù)基本一致,介電常數(shù)平方根的相對誤差在±10％以內(nèi),行程時間法會由于電導(dǎo)率的影響而使測得的介電

4、常數(shù)偏高。表面反射法和行程時間法含水量測試結(jié)果與烘干法結(jié)果的絕對誤差值在±3％之內(nèi),且表面反射法能在行程時間法無法分析的高電導(dǎo)率土介質(zhì)中應(yīng)用。研制的現(xiàn)場測試傳感器使用方便,且能達到與室內(nèi)試驗傳感器同樣的測試精度。
　　 通過對MSW介質(zhì)的室內(nèi)試驗及現(xiàn)場試驗研究表明,表面反射法能測試高電導(dǎo)率MSW介質(zhì)的含水量。雖然MSW介質(zhì)不同成分物理特性差異較大,但介電常數(shù)基本一致,因此MSW的介電常數(shù)與組成成分的比例基本無關(guān),主要由含水量及孔

5、隙率決定。MSW介質(zhì)介電常數(shù)的平方根(1/2)Kα與體積含水量θ呈線性相關(guān),且(1/2)Kα～θ關(guān)系與孔隙率密不可分,實際應(yīng)用中需要根據(jù)不同孔隙率建立相應(yīng)的關(guān)系方程。根據(jù)大量試驗數(shù)據(jù),給出了考慮介質(zhì)孔隙率影響的(1/2)Kα～θ關(guān)系式,用該式計算而得的MSW含水率與烘干法結(jié)果絕對誤差在5％之內(nèi)。
　　 θ=(0.0323n+0.101)√Kα+(0.1429n-0.2646)
　　 根據(jù)現(xiàn)場試驗及模型試驗結(jié)果,埋設(shè)在垃圾