畢業(yè)論文---無核密度儀在瀝青面層壓實度檢測中的應用

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　xx畢業(yè)設計(論文)任務書I</p><p>　　xx畢業(yè)論文(設計)指導教師審查意見VI</p><p>　　xx畢業(yè)論文(設計)評閱教師評語VII</p><p>　　xx畢業(yè)論文(設計)答辯記錄及成績評定VIII</p>&l

2、t;p><b>　　【摘要】IX</b></p><p>　　【 abstract 】X</p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1無核密度儀檢測壓實度的目的和意義1</p><p>　　1.2 無核密度儀的概念1</p><p&g

3、t;　　1.3 壓實度的概念及評價標準2</p><p>　　2 本課題選題的背景4</p><p>　　2.1 本課題的來源4</p><p>　　2.2 我國在路基壓實度方面的研究現(xiàn)狀4</p><p>　　2.3 本課題解決的主要問題及應達到的技術要求5</p><p>　　2.4 本課題研究的發(fā)展過程

4、及趨勢5</p><p>　　2.5 本文的主要工作8</p><p>　　2.6 本課題研究的指導思想與技術路線10</p><p>　　3 路基含水測量的方案的選擇和論證11</p><p>　　3.1路基含水量測量方案11</p><p>　　3.1.1 烘干法11</p><p&

5、gt;　　3.1.2 比重法12</p><p>　　3.1.3 射線法12</p><p>　　3.1.4 介電法12</p><p>　　3.2 基于無核密度儀原理的介電法13</p><p>　　3.2.1 時域反射法13</p><p>　　3.2.2 電容傳感法15</p><

6、p>　　3.3 所選擇的方案對比以及所采用方案的優(yōu)點17</p><p>　　4 對電容傳感法實驗過程的論述20</p><p>　　4.1 實驗器材及儀器選擇20</p><p>　　4.2實驗原理圖設計21</p><p>　　4.3 實驗電路圖設計22</p><p>　　5 對本課題的結果分析

7、25</p><p>　　5.1 電容傳感法測量含水量實驗25</p><p>　　5.1.1 實驗過程的步驟25</p><p>　　5.1.2 實驗數(shù)據(jù)處理26</p><p>　　5.2 通過實驗數(shù)據(jù)及擬合曲線得出的結論32</p><p>　　6 總結與展望33</p><p>

8、;<b>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　附錄38</b></p><p>　　xx畢業(yè)設計(論文)任務書</p><p>　　畢業(yè)設計(論文)題目：無核密度儀在瀝青面層壓實度檢測中的應用 </p&

9、gt;<p>　　2.畢業(yè)設計（論文）起止時間：2011年2 月21日～2011年6 月10日</p><p>　　3．畢業(yè)設計(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導教師選定部分）</p><p>　　【1】蒙金冠,李結全.多雨地區(qū)公路路基水毀的原因及防治對策【J】.西部交通科技道</p><p>　　路工程.2007，3.23-25</p>

10、<p>　　【2】劉吉福，劉啟黨，楊春林.深層排水管在邊坡治理中的應用【J】.探礦工程(巖土</p><p>　　鉆掘工程).2001年增刊.104</p><p>　　【3】巫新民等.DTS-1型土壤濕度傳感器的纂本特性和應用【J】.《農(nóng)業(yè)氣象》.1987年</p><p><b>　　第4期.</b></p><

11、;p>　　【4】王偉,齊長永.土壤水分傳感器的研究【J】.《傳感器技術》.1991年第2期．</p><p>　　【5】孫字瑞,趙燕東,王一鳴.一種基于阻抗變換原理的土壤水分測量儀【J】.中國農(nóng)</p><p>　　業(yè)大學學報.1999(4).</p><p>　　【6】趙燕東,王一鳴.基于駐波率原理的土壤水分測量方法的研究【J】.《農(nóng)業(yè)機械學</p&g

12、t;<p>　　報》.2002(No.4).</p><p>　　【7】余進鳳.公路路基的壓實控制分析【J】.科技信息(建筑與工程).2008年14期.126</p><p>　　【8】趙愛芹,王雪飛,秦淑梅.簡析影響現(xiàn)場土質(zhì)路基施工壓實的因素【J】.科技信息</p><p>　　(建筑與工程).2007年第30期.106</p><

13、;p>　　【9】丁云峰.路基壓實影響因素及控制【J】.遼寧省交通高等?？茖W校學報.2005,3.第</p><p>　　7卷第1期.33-35</p><p>　　【10】方左英.路基工程【M】.人民交通出版社.北京.1987.</p><p>　　4．畢業(yè)設計(論文)應完成的主要內(nèi)容</p><p>　　通過閱讀課本及論文從原理上論述

14、含水率測量的原理，綜合描述壓實度測量的各種方法， 并做出優(yōu)劣對比。選用其中一種合適的測量方法進行方案設計，并通過阻抗分析儀進行土壤測量，在多組土壤標本基礎上，測量出一系列對比數(shù)據(jù)，驗證所設計方法的可行性。</p><p>　　5．畢業(yè)設計(論文)的目標及具體要求</p><p>　　目標：原理上理解壓實度測量的各種方法，并能選擇其中一種方案為指導，做一系列測量實驗，驗證方案的可行性。 &l

15、t;/p><p>　　具體要求：閱讀大量論文的基礎上，深刻理解含水率測量的方法，實際動手進行對土壤標本進行測量，并能對數(shù)據(jù)進行一些分析。</p><p>　　6. 完成畢業(yè)設計(論文)所需的條件及上機時數(shù)要求</p><p><b>　　(1)阻抗分析儀</b></p><p><b>　　(2)電子稱</

16、b></p><p>　　(3)傳感器探頭裝置</p><p>　　(4)5個裝土壤的盒子</p><p>　　上機時間：120小時。</p><p>　　任務書批準日期 2011年 31 月13 日 教研室(系)主任(簽字) </p><p>　　任務書下達日期 2011年 1 月 13日

17、 指導教師(簽字) </p><p>　　完成任務日期 2011 年 6 月10日 學生（簽名） </p><p>　　無核密度儀在瀝青面層壓實度檢測中的應用</p><p><b>　　1．題目的來源</b></p><p><b>　　生產(chǎn)/社會

18、實際</b></p><p>　　2．研究的目的和意義</p><p>　　科技的進步推進了社會的發(fā)展 ,試驗檢測技術已經(jīng)從 “破壞性檢測 ”發(fā)展到 “無損性檢測 ”,從 “有核化 ”發(fā)展到 “無核化 ”。新技術的應用加快了工程建設速度 ,引進無核密度儀進行試驗檢測工作對工程來說不失為一個創(chuàng)新 ,但從使用情況來看 ,其精度偏低、適用范圍過小無疑制約著它的大范圍推廣應用。目前其性

19、能還不能完全取代現(xiàn)有的核子密度儀 ,今后若能將其功能進一步完善 ,無核密度儀必能得到更廣泛地應用。</p><p>　　3．閱讀的主要參考文獻及資料名稱</p><p>　　【1】蒙金冠,李結全.多雨地區(qū)公路路基水毀的原因及防治對策【J】.西部交通科技道</p><p>　　路工程.2007，3.23-25</p><p>　　【2】劉吉福，

20、劉啟黨，楊春林.深層排水管在邊坡治理中的應用【J】.探礦工程(巖土</p><p>　　鉆掘工程).2001年增刊.104</p><p>　　【3】巫新民等.DTS-1型土壤濕度傳感器的纂本特性和應用【J】.《農(nóng)業(yè)氣象》.1987年</p><p><b>　　第4期.</b></p><p>　　【4】王偉,齊長永.

21、土壤水分傳感器的研究【J】.《傳感器技術》.1991年第2期．</p><p>　　【5】孫字瑞,趙燕東,王一鳴.一種基于阻抗變換原理的土壤水分測量儀【J】.中國農(nóng)</p><p>　　業(yè)大學學報.1999(4).</p><p>　　【6】趙燕東,王一鳴.基于駐波率原理的土壤水分測量方法的研究【J】.《農(nóng)業(yè)機械學</p><p>　　報》.

22、2002(No.4).</p><p>　　【7】余進鳳.公路路基的壓實控制分析【J】.科技信息(建筑與工程).2008年14期.126</p><p>　　【8】趙愛芹,王雪飛,秦淑梅.簡析影響現(xiàn)場土質(zhì)路基施工壓實的因素【J】.科技信息</p><p>　　(建筑與工程).2007年第30期.106</p><p>　　4．國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展

23、趨勢</p><p>　　目前國內(nèi)外仍然沒有真正的實現(xiàn)無核化，雖然生產(chǎn)出了無核化的儀器，但是功能上和適用性方面還是有核密度儀處于主導地位，雖然無核密度儀在公路的測量方面已經(jīng)開始，但無核化的儀器在精確度方面還是不行，與實際測量的數(shù)據(jù)相差較大，但是人類的智慧是無窮的，雖然現(xiàn)在無核化的技術不成熟，但是</p><p>　　在不久的將來人類必然能將無核儀器取代有核的儀器，做到真正的無核化，從而人的

24、生命更能得到保障，此項研究的前景必然是一片光明。</p><p>　　5．主要研究內(nèi)容﹑需重點研究的關鍵問題及解決思路。 </p><p>　　主要研究內(nèi)容：無核密度儀在社會實踐中的應用，與有核密度儀相比有哪些優(yōu)點和缺點，如何真正的實現(xiàn)從無核到有核的真正轉變。</p><p>　　需重點研究的關鍵問題：無核密度儀在瀝青路面質(zhì)量檢測中的應用。</p>

25、<p>　　解決思路：運用國外先進檢測設備無核密度儀 (PQI)，并與傳統(tǒng)的測量方法進行對比試驗，總結PQI在瀝青面層施工壓實度檢測中的精度，研究其用于瀝青路面的適用性、使用方法、可靠性并控制測量誤差，由于現(xiàn)有技術的局限性，只能夠盡可能的控制和縮小誤差，不能夠完全的消除誤差，但是隨著技術的逐步完善，無核密度儀定有良好的前景。</p><p>　　6． 完成畢業(yè)設計（論文）所必須的工作條件（如工具書、計算

26、機輔助設計、某類市場調(diào)研、實驗設備和實驗環(huán)境等）及解決辦法。</p><p>　　完成畢業(yè)設計的論文所必須的工作條件：科技英語詞典、相關專業(yè)書籍以及參考資料，計算機、學校地物實驗室基本的勘測工具。</p><p>　　解決的辦法：學校圖書館可以借閱相關資料、網(wǎng)上用搜索引擎查找、學校電子實驗室可以提供各種實驗條件和工具。</p><p>　　7．工作的主要階段、進度和

27、時間安排</p><p>　　3.6~3.13 畢業(yè)設計完成開題報告</p><p>　　3.14~4.28 完成資料及數(shù)據(jù)的收集和整理</p><p>　　4.9~5.20 畢業(yè)設計完成初稿</p><p>　　5.21~5.30 畢業(yè)設計修改并交指導老師定稿</p><p>　　5.31~6.6

28、 指導老師定稿完成后打印裝訂成冊</p><p>　　6.7~6.9 畢業(yè)設計交老師和學校審查</p><p>　　6.10~6.11 畢業(yè)設計答辯</p><p>　　8. 指導老師審查意見</p><p>　　無核密度儀在瀝青路基壓實度檢測中的應用</p><p><b>　　學生：

29、 </b></p><p><b>　　指導老師： </b></p><p>　　【摘要】路基是公路的重要組成部分，是路面的基礎，它的施工質(zhì)量的好壞直接影響到整個公路的工程質(zhì)量。路基的強度和穩(wěn)定性是保證路面強度和穩(wěn)定性的先決條件。路基的含水量是影響路基質(zhì)量的重要因素。由于路基的滲水測量其實就是土基的含水量測量，本文就是參考其中土壤含水量的測量方法，對其各

30、種測量方法進行歸類劃分，研究每一種測量方法的原理及其優(yōu)缺點，綜合各種測量方法對路基的含水量進行改進和測量，最終去選擇一種實用、經(jīng)濟可行的測量方法，并對其做最詳細的介紹。</p><p>　　本文討論了影響路基強度和穩(wěn)定性的因素，即最佳干密度和最佳含水量，及其兩者之間的相互關系和相關理論計算，介紹了含水量測量的各種方法，包括烘干法、比重法、射線法、介電法。特別地，本文詳細介紹了介電法中的時域反射法和電容傳感法，并對

31、其不同方法進行對比，討論了每種方法的優(yōu)缺點。通過實驗表明，電容傳感法（無核密度儀）方法應用可以被應用于公路路基水分含量檢測當中。</p><p>　　【關鍵字】公路 路基含水量 介電測量 電容傳感法測量</p><p>　　【 abstract 】 Highway subgrade is an important part of road foundation, which is the

32、quality of construction, it affects the whole highway engineering quality. The strength of subgrade and stability is the guarantee pavement strength and stability of the prerequisites. </p><p>　　The moisture

33、 content of subgrade is the important factors affect the quality of roadbed. Because the roadbed seepage measurement is actually measuring the water content of the soil base, this paper is of the soil moisture reference

34、to its measurement method classifies various measurement methods, research into each of the method of measuring principle and its advantages and disadvantages of various measurement methods, comprehensive roadbed water f

35、or improvement and measurement and ultimately to</p><p>　　This paper discusses the influencing factors of roadbed strength and stability, namely the best dry density and optimum moisture, and the mutual rela

36、tionship between the calculated and related theory, introduces the methods of moisture measurement, including baking dry, specific gravity method, ray method, dielectric method. Specifically, the article introduces the d

37、ielectric method timing reflecting method and capacitance sensor, and the method of comparison of the different methods, discusses </p><p>　　Experiments show that capacitive sensing method (seedless density

38、spectrometer) method can be used in highway subgrade of moisture content detection. </p><p>　　【 key words 】 highway subgrade moisture sensor to measure dielectric measurement capacitance</p><p&g

39、t;<b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1無核密度儀檢測壓實度的目的和意義 </p><p>　　科技的進步推進了社會的發(fā)展 ,試驗檢測技術已經(jīng)從 “破壞性檢測 ”發(fā)展到 “無損性檢測 ”,從 “有核化 ”發(fā)展到 “無核化 ”。新技術的應用加快了工程建設速度 ,引進無核密度儀進行試驗檢測工作對工程來說不失為一個創(chuàng)新 ,但從使用情況來看 ,其

40、精度偏低、適用范圍過小無疑制約著它的大范圍推廣應用。目前其性能還不能完全取代現(xiàn)有的核子密度儀 ,今后若能將其功能進一步完善 ,無核密度儀必能得到更廣泛地應用。</p><p>　　在西部大開發(fā)過程中，交通基礎建設是各地的先行舉措，我國規(guī)劃在西部地區(qū)修筑的公路里程達到了 35 萬公里。公路行業(yè)對填土路基的壓實標準規(guī)定較為全面，對高速公路規(guī)定，路基頂面以下 80cm 以內(nèi)壓實度要達到 95% ,80cm 以下150c

41、m以上要達到 93%。目前公路路基的壓實度檢驗仍主要采用灌砂法、環(huán)刀法等方法，這些傳統(tǒng)的檢測手段效率低，且會對路面結構層造成破壞，核子密度儀法因放射性防護問題而使用不便。無核密度儀測量瀝青面層壓實度技術作為一種公路質(zhì)量無損檢測的新技術，可以使工作人員在壓實過程中實時檢測壓實狀況、控制壓實質(zhì)量，從而保證路基路面在最少碾壓遍數(shù)下得到充分壓實，避免壓實不足或過分壓實等現(xiàn)象。這樣，既能節(jié)省人力、縮短工期、保障人生安全又可以在保證施工質(zhì)量的基礎上

42、加快施工進度，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。</p><p>　　1.2 無核密度儀的概念</p><p>　　無核密度儀是相對于核子密度儀來說的多種不使用同位素放射源檢測土工材料的密度的各種檢測儀器的統(tǒng)稱。 </p><p>　　核子密度儀在過去的四十多年中一直是世界各地檢測土工材料的密度最廣泛使用的方法，因為核子密度儀具有其它檢測方法所不具備的檢測準確、快速、經(jīng)

43、濟和無損檢測等優(yōu)點。盡管核子儀使用起來非常安全，從來沒有對操作人員產(chǎn)生危害，但由于核子儀使用了同位素放射源，出于對輻射的憂慮，許多人希望獲得一種不使用同位素也可以準確快速地進行密度和水分測試的手段，即無核技術。在過去的三十多年中，先后有數(shù)十種無核密度和濕度檢測技術形成商品，比如前幾年的GeoGauge、EDG、PT和PQI等等，每一種產(chǎn)品問世時都被叫</p><p>　　做無核密度儀，宣布可以取代核子密度儀。所以

44、無核密度儀這個概念在不同的時期代表不同的內(nèi)容。 </p><p>　　電磁密度儀利用發(fā)射的電磁波在材料中的能量吸收和損耗來檢測材料的密度。電磁密度儀主要包括一個電磁波發(fā)射器、一個隔離環(huán)和一個電磁波接收器。其檢測原理是向被檢測材料中發(fā)射電磁波，電磁波是指電場和磁場相互作用.振動而產(chǎn)生的波動,是放射線、光,電波的總稱。電磁波在材料中傳播時，其能量發(fā)生吸收和損耗，材料對電磁波能量的吸收和損耗取決于材料的介電常數(shù)。介電常

45、數(shù)是指物質(zhì)保持電荷的能力。 </p><p>　　瀝青混合料的組成成分、瀝青、集料、空氣和水都有不同的介電常數(shù)。如果瀝青混合料被碾壓（即密度增加），混合料中各種成分的相互比例發(fā)生變化，材料總的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而對電磁波的能量吸收的能力產(chǎn)生變化。電磁密度儀通過檢測電磁波能量的吸收和損耗的程度，來反映材料的密度變化。但這樣測得的密度變化是一種相對的變化，而不是密度的絕對值的變化，其檢測結果不能用于質(zhì)量控制和驗收。

46、PQI等電磁法密度儀比較適宜的用途的檢測部分瀝青混合料面層的密度離析。 </p><p>　　當混合料的組成成分發(fā)生變化，或使用的集料來源、瀝青類型，級配等發(fā)生變化時，都會材料的介電常數(shù)發(fā)生變化而對檢測結果產(chǎn)生影響。所以對于每一種混合料，電磁密度儀進行檢測時，都必須首先使用與被檢測材料完全相同的材料制作出密度已知的材料塊進行標定。當混合料發(fā)生變化后，必須進行新的標定。其它一些因素也會影響檢測。儀器使用的塑料墊環(huán)的

47、厚度和成分、被檢測材料的表面不平整都會影響檢測結果。 </p><p>　　土工材料中各種組成成分的介電常數(shù)大約位于1-6之間，水的介電常數(shù)為80左右，所以即使材料中存在極少量的水份，也會對電磁波的傳播產(chǎn)生很大的影響。所以，土壤等常規(guī)的材料中含有的水分使電磁密度儀的檢測結果沒有任何意義。除了部分熱瀝青混合料以外，電磁密度儀完全不能用于檢測其它土工材料。</p><p>　　1.3 壓實度的

48、概念及評價標準</p><p>　　公路路基的壓實質(zhì)量，屬于公路路基工程質(zhì)量控制中的一個關鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)行路基</p><p>　　工程施工技術規(guī)范中對路基填土壓實質(zhì)量的控制指標是土的最大干密度和最佳含水量。壓實系數(shù)(壓實度)是現(xiàn)場所測壓實土的干密度與室內(nèi)標準實驗獲得的最大干密度之比值，最佳含水量是控制填土能否達到最大密實度的關鍵指標。因而，最佳含水量是路基填筑碾壓質(zhì)量控制的主要檢測指標和手段

49、，直接決定現(xiàn)場填土壓實質(zhì)量是否符合施工技術規(guī)范的要求。最佳含水量的求解方法是通過室內(nèi)標準擊實試驗，測出土的干密度與含水量，然后繪制出干密度與含水量試驗曲線，曲線峰值對應的含水量則為最佳含水量，這就是通常所說的圖解法。由于傳統(tǒng)的手工圖解法簡單直觀，容易為試驗人員所掌握，因而在實際工作中廣泛采用。但此法要求試驗人員有一定的經(jīng)驗，試驗數(shù)據(jù)全面，否則很難得到準確的解答，因而它的缺陷很明顯，于是有人嘗試以數(shù)解法求解，同時數(shù)解法需要以數(shù)值分析為基礎

50、，計算量大。</p><p>　　當前評價瀝青路面壓實度的方法主要有破壞性檢測法和無損檢測法2種。破壞性檢測主要是取芯法，它對路面造成了一定程度的破壞，且檢測樣本極其有限，不能及時全面地反饋施工質(zhì)量來指導施工。而瀝青路面作為一個產(chǎn)品，在今后逐步完善的施工質(zhì)量控制與質(zhì)量保證(QC／QA)體系中應做到質(zhì)量驗收由合格判定向優(yōu)良等級判定的轉換，逐步實現(xiàn)按質(zhì)支付。因此，選定合適的控制指標。保證檢測手段和評價方法的公正性、致

51、性和可溯源性成為了關鍵。顯然，路面施工均勻性是路面質(zhì)量優(yōu)良等級判定的重要控制指標，這就必然要求對施工路段的空隙率或者密度分布及表面構造深度分布進行大樣本檢測，以評定其質(zhì)量優(yōu)劣及改進效果。無疑，無損檢測方法是實現(xiàn)檢測的大樣本、高頻率要求的理想檢測手段。</p><p>　　2 本課題選題的背景</p><p>　　2.1 本課題的來源</p><p><b>

52、;　　生產(chǎn)研究</b></p><p>　　2.2 我國在路基壓實度方面的研究現(xiàn)狀</p><p>　　路基是形成公路工程的主體，是公路工程的重要組成部分，路基施工質(zhì)量的</p><p>　　好壞和實時監(jiān)測和維護，直接影響到整個公路的質(zhì)量，同時又是路面的基礎。它</p><p>　　和路面共同承擔著行車作用傳遞來的荷載，沒有堅固、

53、穩(wěn)定的路基，就談不上有</p><p>　　穩(wěn)固的路面。其質(zhì)量直接影響到路面的正常使用和使用年限，這就要求路基必須</p><p>　　具有足夠的強度和穩(wěn)定性。因而，保證路基強度和穩(wěn)定性是保證路面強度和穩(wěn)定</p><p>　　性以及增強公路整體強度的前提，反過來，只有穩(wěn)固的路基，沒有結構合理、密</p><p>　　實、穩(wěn)定的路面也是不行的

54、。</p><p>　　近年來，我國的公路建設步伐越來越快。同時，在重交通荷載、超載及其它</p><p>　　自然環(huán)境等諸多外部因素的影響下，修建的道路不久就出現(xiàn)了許多不同程度的病</p><p>　　害，導致公路的使用性能迅速下降，嚴重地影響了車輛快速、安全行駛，而且給</p><p>　　養(yǎng)護和維修帶來了巨大的壓力?！鞍俸λ疄橄?quo

55、t;，在危害公路的眾多因素之中，</p><p>　　水是主要的自然因素之一。水的作用會加劇路基路面結構的破壞，加快路面使用</p><p>　　性能的惡化，縮短道路的使用壽命，尤其是南方地區(qū)的路基，易遭受水毀破壞。</p><p>　　每年雨季期間，部分公路長期在水中浸泡，輕則影響公路的通行能力，重則中斷</p><p>　　交通，危及行車

56、安全，而且造成很大的經(jīng)濟損失。同時近年來隨著高速公路向山</p><p>　　區(qū)快速大范圍的延伸，高填深挖、半填半挖路段所占比例越來越大，路基產(chǎn)生縱</p><p>　　向深度裂縫沉降變形的病害屢見不鮮，據(jù)不完全統(tǒng)計，從1995．1997年，廣西因水毀而造成的路基破壞達34126hl／年；2005年的1.7月廣西全區(qū)公路累計中斷交通417條，在建部分高速公路和路網(wǎng)項目遭受水毀直接經(jīng)濟損失達

57、4.04億元。還有據(jù)不完全統(tǒng)計，廣東省內(nèi)的坡體變形和坡面變形，尤其是滑坡，90％以上發(fā)生在雨季．而地下水是觸發(fā)邊坡變形破壞的主要因素。大量的工程實踐證明，路基含水量對邊坡穩(wěn)定性的危害極大。據(jù)調(diào)查分析，在我國，降雨成為導致滑坡形成的主要觸發(fā)因素或促發(fā)原因，滑坡變形特征、位移速度與降雨量導致的路基滲水量成正比關系。所以通過路基滲水測量可以及時實時的去了解路基的情況，從而去采取相應的措施確保公路的正常運</p><p>

58、;　　行。同時路基工后沉降是公路的主要病害之一，也是困擾建設者與設計者的主要難題之一。無論從理論上講，還是從實際的施工來講，路基工后沉降絕對地不發(fā)生是不可能的，但我們可以從設計和施工及其工后測量及維護方面盡最大努力去減少工后沉降．因為路基工后沉降是鐵路和公路的事故隱患，對鐵路和公路養(yǎng)護維修及行車運營造成極大的浪費，路基是路面的主要支持體，路基工后沉降必將破壞路面的正常使用．柔性路面將產(chǎn)生坑槽、車轍、塌陷等破壞形式，剛性路面則會發(fā)生斷裂、

59、錯縫，在不同性質(zhì)路面的連接處和橋梁與2 公路路基滲水性測量方法研究道路的連接處容易形成錯臺。所有這些，不僅嚴重地影響行車地舒適度，大大降低道路、橋粱及車輛地使用壽命，造成極大的浪費，而且是造成交通事故的主要因素。</p><p>　　在未來的一段時間里，高速公路建設將延伸到地形和地質(zhì)條件較為復雜的地</p><p>　　區(qū)，而且由于高等級公路穿山越谷，沿線所經(jīng)地質(zhì)復雜，不良地質(zhì)、地段較多，

60、</p><p>　　而且高等級公路的路基填筑普遍較高，地基必須承擔車輛荷載和填土荷載的雙重</p><p>　　壓力，尤其是南方地區(qū)雨量充沛，雨季時間長，公路路基或構筑物匯水面積大，</p><p>　　降雨時將匯積的大量雨水，可能造成公路路基水毀破壞現(xiàn)象更加嚴重。因此，加</p><p>　　強對路基水毀分析非常重要，同時根據(jù)路基的水毀分

61、析指定行之有效的方法以及</p><p>　　實時的檢測和維護更為重要，因為實時的監(jiān)測和定時的維護是保證公路正常暢通</p><p>　　運營依據(jù)和保證，從而大大減少了國家因為路基的強度不夠和不穩(wěn)定造成的不必要的損失。</p><p>　　在瀝青路面施工過程中，快速、準確測定各面層的密度是保證瀝青路面工程質(zhì)量最重要的技術措施之一按照傳統(tǒng)方法，瀝青面層各層密度通常是先

62、通過在施工現(xiàn)場鉆芯取樣，然后將樣芯送往實驗室。采用表干法、水中重法、蠟封法等進行測定。鉆芯取樣費時費力。試驗結果受人為因素和設備等影響較大，準確性和可靠性難以保證且具滯后性，因此該方法不能作為施工過程控制的有效手段。</p><p>　　無核密度儀是一種無破損的路面檢測設備， 能實時檢測瀝青面層施工過程中的面層壓實度和密度，具有測試方便、快速、實時等特點。在中國，使用無核密度儀檢測瀝青路面密度還處于嘗試階段。&l

63、t;/p><p>　　2.3 本課題解決的主要問題及應達到的技術要求</p><p>　　對于公路而言，路基是路面的基礎，路基的工程質(zhì)量如何，將直接決定著路面的</p><p>　　使用性能及人們對公路總體的綜合評價。影響公路路基的強度和穩(wěn)定性的最重要的因素就是公路路基的壓實度，而影響公路路基的壓實度的最主要物理因素就為路基的含水量。</p><p&

64、gt;　　高填方路段經(jīng)常會出現(xiàn)路堤整體沉降或局部沉陷，究其原因，主要是路基的</p><p>　　壓實度不夠。實踐證明，路基的壓實程度對路基的強度和穩(wěn)定性影響極大，壓實</p><p>　　度不夠的路基，在自然因素和行車荷作用下，必然要產(chǎn)生較大的變形或破壞，這</p><p>　　是由于未經(jīng)壓實的路基抵抗荷載及暴雨或水流沖刷的能力很低；在季節(jié)性冰凍區(qū)，</p&

65、gt;<p>　　由于毛細作用，水分積聚，發(fā)生凍脹和翻漿現(xiàn)象。與此相反，壓實緊密的路基，</p><p>　　強度提高，透水性降低，變形顯著減小，穩(wěn)定性得到明顯改善，可以避免大規(guī)模</p><p>　　的破壞。因此，路基的壓實是路基施工中極其重要的環(huán)節(jié)，是保證路基質(zhì)量的關</p><p>　　鍵。影響壓實的因素有填料的含水量、土質(zhì)、壓實功能及壓實工具和

66、壓實方法。</p><p>　　含水量是影響壓實效果的決定性因素，在最佳含水量時，最容易獲得最佳的壓實</p><p>　　效果，壓實到最佳密實度的土體水穩(wěn)性最好；不同的土類，有不同的最佳含水量</p><p>　　及最大密實度；對于同類土，壓實功能增加，其最佳含水量減小，而最佳密實度</p><p>　　增加。當含水量一定時，壓實功能越大，

67、密實度越高。根據(jù)這一特性，施工中可</p><p>　　通過增加壓實功來提高密實度。但是，當壓實功能增加到一定程度后，土的密實</p><p>　　度增加就不顯著，若再用增加壓實功來提高密實度就不經(jīng)濟了，因此，也不能單</p><p>　　純用增加壓實功來提高密實度。施工時，應根據(jù)不同的土質(zhì)，不同的壓實標準選</p><p>　　擇相應的壓實

68、機具，確定最佳壓實厚度、壓實遍數(shù)，掌握好碾壓速度，準確控制</p><p>　　最佳含水量，以保證得到最大密實度。</p><p>　　2.4 本課題研究的發(fā)展過程及趨勢</p><p>　　1930年美國工程師Proctor通過試驗首先提出:同一種土在相同的壓實功能下,其干密度隨土中含水率的不同而發(fā)生變化。室內(nèi)擊實試驗可以獲得填土的最優(yōu)含水率和與之對應的最大干密度

69、。自此世界各國均以此壓實理論和試驗方法指導施工,并且以填筑料的壓實度控制壓實標準,以判斷壓實土的強度和變形特性。</p><p>　　根據(jù)《碾壓式土石壩施工規(guī)范》(DL/T 5129 - 2001) ,均質(zhì)粘性土壩需每200～500 檢測1次干密度,傳統(tǒng)的環(huán)刀法、灌砂法測定填土密度需要測定其含水</p><p>　　率。不管是烘干法還是酒精燃燒法獲取壓實度結果均需要較長時間,與相對較短的建

70、設工期及高效率的碾壓施工常常產(chǎn)生矛盾。</p><p>　　為解決以上問題, 20世紀80年代,國外相關研究機構利用微電子技術,通過放射性元素測量填土的密度、含水率的儀器問世,即核子濕度密度儀。雖說生產(chǎn)核子密度儀時已將對人體的輻射影響考慮到較為低微的水平上,但核子密度儀因涉及到輻射因素,國內(nèi)需要申請輻射許可證及環(huán)境評價報告,且需進行專門的安全儲藏方法、定期的泄露測試及設備標定,使用過程限制性因素較多。為避免核子密

71、度儀輻射泄露的危險, 20世紀末期相關人員研制出基于時域反射法( TDR)原理的一種測量土壤含水率和干密度的新型儀器,即MDI無核密度儀。</p><p>　　在瀝青路面施工過程中．快速；準確測定各面層的密度是保證瀝青路面工程質(zhì)量最重要的技術措施之一 按照傳統(tǒng)方法，瀝青面層各層密度通常是先通過在施工現(xiàn)場鉆芯取樣，然后將樣芯送往實驗室。采用表干法、水中重法、蠟封法等進行測定。鉆芯取樣費時費力．試驗結果受人為因素和設

72、備等影響較大，準確性和可靠性難以保證且具滯后性 因此該方法不能作為施工過程控制的有效手段。</p><p>　　無核密度儀是一種無破損的路面檢測設備， 能實時檢測瀝青面層施工過程中的面層壓實度和密度，具有測試方便、快速、實時等特點。在中國，使用無核密度儀檢測瀝青路面密度還處于嘗試階段。</p><p>　　在路基施工過程中，需要對路基填土的含水量進行反復測試，確保填土的含水量，保證壓實度。

73、而工后對路基填土含水量的實時監(jiān)測，目前還未見報到。工后路基含水量的增大，將造成土體強度和穩(wěn)定性降低，從而引起一些病害，影響行車安全。因此對路基工后含水量進行實時監(jiān)測，為路基的定時維護提供有力的依據(jù)以確保安全生產(chǎn)，顯得尤為重要。本課題研究的目的旨在研究一種長期用于監(jiān)測路基含水量變化的方法，更好地為現(xiàn)場路基養(yǎng)護服務，另外，此課題也可應用于一些設置防滲、防漏層的工程，如庫區(qū)防滲、垃圾填埋場防滲、地下工程防滲等工程的工后防滲、防漏性能的長期監(jiān)測

74、。</p><p>　　近年來，由于采用的感濕材料和測量土質(zhì)及其具體用途的不同，人們的滲水</p><p>　　性測量分析方法有很多種類，它們各具特點，適用領域也不同。而且隨著測量技</p><p>　　術和電子技術的發(fā)展，及人們對土質(zhì)路基的測量的方便性和實用性，越來越多的</p><p>　　人們還開發(fā)和研制了各種各種各樣的濕度傳感器，由于

75、采用的感濕材料不同，濕</p><p>　　度傳感器有很多種類，它們各具特點，并且趨向于微型化和集成化，應用于工農(nóng)</p><p>　　業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、科研等部門，但大部分真正能為公路路基含水量測量的實</p><p>　　時系統(tǒng)分析卻寥寥無幾。</p><p>　　公路路基含水量的測量其實最終也就是歸結為土壤水分測量，而且半個多世紀以來

76、，對土壤水分測量的研究一直都沒有停止，各種滲水性測量技術層出不窮，形成了各具特色的當代土壤水分測量技術。對土壤水分的測量，可以從幾個方面進行，一是直接測量土壤的重量含水量或容積含水量，如取樣稱重烘干法、中子儀法或射線法、測量土壤傳導性的各種方法等；另一類是測量土壤的基質(zhì)勢，如張力計法、電阻塊法、干濕計法、介電常數(shù)法或電磁波法、電容法、光電法等；還有一類非接觸式的間接方法，如遠紅外遙測法、地面熱輻射測量法、聲學方法等。同時我國在土壤水分快

77、速測量技術方面的研究也有了一定的進展，從用傳統(tǒng)的烘干方法測量土壤含水量逐步發(fā)展為用快速、無損傷技術來測量土壤含水量。國家對此研究投入了大量的人力物力，無論是在國家自然科學基金、國家“九五"攻關課題還是在國家“863”項目等重大科研項目中都有立項，力圖尋找一種適合中國國情的、價廉物美的、便攜式土壤水分快速測量技術，這對我國土壤水分快速測量技術的發(fā)展起到了很大的推動作用。早在二十世紀七十年代末期，西安電子科技大學就開發(fā)了SVJ．3

78、型微波水分測定儀，同時，蘭州大學、南京大學也對此進行了探索</p><p>　　2.5 本文的主要工作</p><p>　　對于公路而言，路基是路面的基礎，路基的工程質(zhì)量如何，將直接決定著路面的使用性能及人們對公路總體的綜合評價。路基施工時必須保證路基的壓實度，而影響路基壓實效果的因素有多重，總結有內(nèi)因和外因。內(nèi)因是指土質(zhì)和濕度；外因是指壓實功能及壓實時的外界自然因素和人為的其他因素等。其

79、中，路基土體的濕度是影響路基施工質(zhì)量的重要因素之一，也是道路工程師們在路基施工質(zhì)量控制中最關心的問題之一。路基的含水量對于其壓實起著重要的作用，在公路路基施工中，通常控制在</p><p>　　最佳含水量時進行壓實。影響公路路基的強度和穩(wěn)定性的最重要的因素就是公路路基的壓實度，而影響公路路基的壓實度的物理因素就為路基的干密度和含水量。而本課題需要解決的主要問題就是含水量測量的問題。</p><

80、p>　　公路路基的壓實質(zhì)量，屬于公路路基工程質(zhì)量控制中的一個關鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)行路基工程施工技術規(guī)范中對路基填土壓實質(zhì)量的控制指標是土的最佳含水量。壓實度是現(xiàn)場所測壓實土的干密度與室內(nèi)標準實驗獲得的最大干密度之比值，最佳含水量是控制填土能否達到最大密實度的關鍵指標。因而，最佳含水量是路基填筑碾壓質(zhì)量控制的主要檢測指標和手段，直接決定現(xiàn)場填土壓實質(zhì)量是否符合施工技術規(guī)范的要求。最佳含水量的求解方法是通過室內(nèi)標準擊實試驗，測出土的含水量，然

81、后繪制出含水量的試驗曲線，曲線峰值即為最佳含水量，這就是通常所說的圖解法。</p><p>　　高填方路段經(jīng)常會出現(xiàn)路堤整體沉降或局部沉陷，究其原因，主要是路基的壓實度不夠。實踐證明，路基的壓實程度對路基的強度和穩(wěn)定性影響極大，壓實度不夠的路基，在自然因素和行車荷作用下，必然要產(chǎn)生較大的變形或破壞，這是由于未經(jīng)壓實的路基抵抗荷載及暴雨或水流沖刷的能力很低；在季節(jié)性冰凍區(qū)，由于毛細作用，水分積聚，發(fā)生凍脹和翻漿現(xiàn)象

82、。與此相反，壓實緊密的路基，強度提高，透水性降低，變形顯著減小，穩(wěn)定性得到明顯改善，可以避免大規(guī)模的破壞。因此，路基的壓實是路基施工中極其重要的環(huán)節(jié)，是保證路基質(zhì)量的關鍵。含水量是影響壓實效果的決定性因素，在最佳含水量時，最容易獲得最佳的壓實效果，因此本文主要工作放在介紹含水量的測量上。</p><p>　　土壤含水量的測量雖然也取得了許多非常重要的成果，而且在某些方面取得了驚</p><p&

83、gt;　　人的效果，但仍然有一些問題尚待解決，某些方面和領域在實際應用測量中存在許多問題和局限性，每一種方法都有優(yōu)缺點。</p><p>　　本文將通過把傳統(tǒng)的測量含水量的方法進行對比，包括（烘干法，比重法，射線法，介電常數(shù)法），從中找到一種最優(yōu)越,最理想的方法來進行含水量測量的研究，然后進行試驗論證，使試驗的結果具有說服性。</p><p>　　2.6 本課題研究的指導思想與技術路線&l

84、t;/p><p>　　公路路基的壓實質(zhì)量，屬于公路路基工程質(zhì)量控制中的一個關鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)行路基工程施工技術規(guī)范中對路基填土壓實質(zhì)量的控制指標是土的最佳含水量。壓實度是現(xiàn)場所測壓實土的干密度與室內(nèi)標準實驗獲得的最大干密度之比值，最佳含水量是控制填土能否達到最大密實度的關鍵指標。因而，最佳含水量是路基填筑碾壓質(zhì)量控制的主要檢測指標和手段，直接決定現(xiàn)場填土壓實質(zhì)量是否符合施工技術規(guī)范的要求。最佳含水量的求解方法是通過室內(nèi)標準

85、擊實試驗，測出土的含水量，然后繪制出含水量的試驗曲線，曲線峰值即為最佳含水量，這就是通常所說的圖解法。</p><p>　　本文重點研究的方法就是基于無核密度儀原理的電容傳感法，通過試驗測量出不同的含水量對應的不同數(shù)據(jù)，然后再用軟件仿真法對所得到的數(shù)據(jù)進行仿真，從中找出所得到的數(shù)據(jù)與含水量之間的曲線關系，最終找到一種滿足線性關系直線，于是我們就可以通過測量的數(shù)值來找到最佳含水量，從而就可以間接的反映出路基的最佳壓

86、實度。</p><p>　　此方法也是本人在閱讀大量參考資料總結出來的一種自我感覺比較可靠，而且比較合理的方案。本人認為該方法雖不是堪稱完美，但從可行性和經(jīng)濟性、方便考慮等與其他方法相比都存在明顯的優(yōu)勢。</p><p>　　3 路基含水測量的方案的選擇和論證</p><p>　　3.1路基含水量測量方案</p><p>　　路基施工時必須保

87、證路基的壓實度，影響路基壓實效果的因素有多重，總結有內(nèi)因和外因。內(nèi)因是指土質(zhì)和濕度；外因是指壓實功能及壓實時的外界自然因素和人為的其他因素等。其中，路基土體的濕度是影響路基施工質(zhì)量的重要因素之一，也是道路工程師們在路基施工質(zhì)量控制中最關心的問題之一。路基的含水量對于其壓實起著重要的作用，在公路路基施工中，通?？刂圃谧罴押繒r進行壓實。公路路基含水量的測定其實也就是對土壤的含水量測定，而土壤含水量測定方法較多，本章就是借鑒土壤含水量的測

88、定法去對路基含水量進行測量，先對每一種方法做一簡單介紹，然后重點對介電法即無核密度儀測量法做具體介紹。</p><p>　　現(xiàn)行的路基含水量測定方法很多,包括烘干法、比重法、酒精燃燒法、碳化鈣氣壓法、碳化鈣化學反應失重法、微波爐法、電容法以及核子密度儀法。本節(jié)借鑒土壤含水量的測量方法簡單介紹以下幾種方法的基礎上去介紹其他測量方法。</p><p><b>　　3.1.1 烘干法&

89、lt;/b></p><p>　　烘干法是規(guī)范中國際公認的測定含水量的標準方法，也是最經(jīng)典和最準確的方法。本試驗方法適用于粘質(zhì)土、粉質(zhì)土、砂類土和有機質(zhì)土類。采用電熱烘箱或溫度能保持105～110℃的其他能源烘箱，也可用紅外線烘箱，主要是通過土壤升溫，使水分蒸發(fā)。按規(guī)程規(guī)定進行取樣試驗，計算土樣的含水量。</p><p>　　該測試方法是為測定土基含水量的標準方法，其優(yōu)點是受到的影響

90、因素相對</p><p>　　較少，結果比較準確。缺點是烘烤時間太長，少則6～8h，多則8～lOh，且受土</p><p>　　料類型不均勻的影響，烘干效果不一致，特別是該方法的熱量是從土料的表面向</p><p>　　內(nèi)部傳遞，且由于遇到含有少量有機物的土料時，烘烤溫度必須小于70℃，致使</p><p>　　包含在小團塊中附著的部分水分不

91、能完全揮發(fā)，影響試驗數(shù)據(jù)的精確度。對于公</p><p>　　路工程施工來說，它有時會影響工程施工進度，對有機質(zhì)含量超過5％的土，可能由于各施工單位試驗水平的不同，有些事先不能判定出來，按一般土進行烘干處理，從而導致一部分有機質(zhì)損失了，測出的含水量比實際要大。當土的含水量較大時，由于烘箱的功率或烘箱體積大小的原因，導致在規(guī)定的時間內(nèi)沒有把土完全烘干，從而測出的含水量比實際含水量要小等。</p>&l

92、t;p><b>　　3.1.2 比重法</b></p><p>　　比重法是通過測定濕土體積，估計土粒比重，從而間接計算土的含水量的方法，計算公式為：</p><p><b>　　=100％</b></p><p>　　式中:為含水量(％)，精確到O.1％；為濕土質(zhì)量(g)；為土的比重；為瓶、水、土、玻璃瓶質(zhì)量(g)

93、；為瓶、水、玻璃瓶質(zhì)量(g)。該方法可以快速測得含水量，適用于快速簡易測定。由于土內(nèi)氣體能否充分排出，直接影響試驗結果的精度，故本試驗方法僅適用于砂類土，測量范圍較小。</p><p><b>　　3.1.3 射線法</b></p><p>　　射線法包括中子散射法、射線法、X一射線法等。射線法的原理是射線直接穿過土體的時候能量會衰減，衰減量是土質(zhì)含水量的函數(shù)，通過射

94、線探測器計數(shù)，經(jīng)過校準后得出土質(zhì)含水量。中子散射法測量結果非常準確，是稱重法之外的第二標準方法。測量相對比較簡單、容易，速度也很快。但儀器設備昂貴，一次性投入大。中子法對土質(zhì)采樣范圍為一球體，這使得在某些情況下測量結果出現(xiàn)偏差，如土壤處于干燥或濕潤周期時、層狀土壤、土壤表層等。此外，中子儀存在潛在的輻射危害，操作者必須經(jīng)過培訓并持有許可證。目前有輕便手持式的中子儀，是核子密度儀的一種類型。</p><p><

95、;b>　　3.1.4 介電法</b></p><p>　　早在1939年，地質(zhì)學家和土壤方面的科學家就發(fā)現(xiàn)，土壤的含水量與土壤的電介常數(shù)之間存在一種對應關系。但在當時，由于缺乏必要的設備無法利用這一重要的原理。直到第二次世界大戰(zhàn)雷達研究的迅猛發(fā)展，科學家把當時的雷達技術引入到對時域反射技術的研究領域。隨著在20世紀60年代初商業(yè)的TDR示波器的研究成功，利用此項技術測試土壤體積含水量成為可能。今

96、天，TDR技術廣泛的被各國科學家采用。利用土壤的介電特性測量土壤水分是一種行之有效、快速、簡便、可靠的方法。最先對土壤的介電特性做出系統(tǒng)研究的是前蘇聯(lián)學者，他在1964年出版了引起世界關注的學術名著《濕土介電特性研究方法》。以此為基礎，土壤的介電特性迅速應用于土壤含水量的測量技術中，而且具體實現(xiàn)方法千差萬別。其中，高頻電容探頭測量土壤含水量、甚高頻晶體管傳輸線振蕩器測量土壤含水量、微波吸收法、頻域反射法、駐波</p>&l

97、t;p>　　率法(也有學者將其歸入頻域反射法)、 時域反射法(包括時域傳播法)及電容傳感法等測量方法都屬于基于土壤介電特性的土壤含水量測量方法。</p><p>　　本文只著重介紹了時域反射法和電容傳感法，其中電容傳感法是本文主要的的研究方法，也是本人在閱讀大量資料之后確定的一種經(jīng)濟，方便，可行性好的一種比較實用的方法。下面就來為大家介紹這兩種方法。</p><p>　　3.2 基于

98、無核密度儀原理的介電法</p><p>　　3.2.1 時域反射法(TDR)</p><p>　　時域反射法是一種介電測量中的高速測量技術，它是以Feidegg等人關于許多液體介電特性的研究為基礎而發(fā)展起來的。后來Topp和Davis將其引入用于土壤水分測量的研究。根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中傳播時其行進速度會有所改變的物理現(xiàn)象提出了時域反射法(Time-Domain Reflecomen)，簡

99、稱TDR測量方法。Topp首先依此方法測得了土壤中氣一固一液混合物的介電常數(shù)，進而利用統(tǒng)計數(shù)學中數(shù)值逼近的理論分類法找出了不同種類土壤含水量與介電常數(shù)間的多項式關系：</p><p>　　=-5.3+2.92-5.5+4.3</p><p><b>　　-含水量。</b></p><p><b>　　-介電常數(shù)。</b>&

100、lt;/p><p><b>　　TDR的工作原理：</b></p><p>　　時域反射法測量土壤水分的基本原理是：1MHz．1000MHz(一般為100MHz)的電磁脈沖在同軸傳輸線上的傳播速度依賴于其傳播物質(zhì)的介電特性和損耗，在損耗較小時，其主要依賴介電常數(shù)的實部。</p><p>　　TDR土壤水分速測儀是由脈沖信號發(fā)生器、同軸傳輸線、探頭及

101、高頻示波器組成。高頻脈沖產(chǎn)生器(pulse geIlerator)發(fā)出lOOMHz的高頻脈沖，并將其通過50Q</p><p>　　的同軸傳輸線(500 coaxial cable)傳輸?shù)教结?probe)，由于同軸傳輸線與探針阻抗不匹配，有一部分電磁波在探針與傳輸線連結處沿同軸傳輸線反射回來，剩余的電磁波繼續(xù)沿探針傳輸?shù)教结樀牧硪欢?，由于探針與土壤的阻抗不匹配又造成電磁波的再次反射。兩次反射之間的時間是電磁波沿

102、探針傳輸時間的兩倍。兩次反射之間的時間</p><p>　　可由高頻示波器(sampling oscilloscope)來測量顯示。</p><p><b>　　傳輸時間可表示為：</b></p><p><b>　　t=2L</b></p><p>　　t一兩次反射之間的時間(s)</p&g

103、t;<p>　　L一探頭的長度(m)</p><p>　　一介質(zhì)(土壤)的介電常數(shù)</p><p>　　c-電磁波在真空中的傳播速度(m/s)(3×)</p><p>　　由此可得出介質(zhì)的介電常數(shù)：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中()稱為探

104、頭的“表觀"長度。令=則：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　如果土壤是完全干燥的，那么將會是2到4。如果土壤體積的25％是水，那么將近11-12。</p><p>　　值和水的體積百分含量之間的關系己經(jīng)通過測試單元(高頻示波器)中精確測量值建立起來，這些測試單元中水分所占有的體積事先都己精確測量好。這種關系

105、被用來將ε的現(xiàn)場測量值轉變?yōu)橥寥赖捏w積含水量。</p><p>　　時域反射法測量土壤含水量的原理得到了大家的普遍認可，大量學者對TDR測量土壤含水量的測量敏感區(qū)域、土質(zhì)對測量結果的影響TDR、探頭幾何結構對測量結果的影響、被測土壤中石塊、氣隙等雜物對測量結果的影響、用TDR來監(jiān)測植物生長需水狀況及與其他土壤水分快速測量方法的比較等方面做了大量的研究。值得一提是：TDR探針長度的下限不可能小于10cm，這是因為在

106、測量過程中一定要保證激勵信號的上升沿時間小于脈沖在探針上入射與反射行進時間的總和。實驗表明為了保證測量精度，激勵信號的上升沿時間必須小于200ps。要想做到這一點，在技術上是非常困難的，因為從探針末端到信號采集器之間的任何一段電纜或連接器等都可以等效成測量</p><p>　　回路中的一段低通濾波器或延遲線。</p><p>　　大量的理論和實驗研究證明基于TDR方法的土壤水分測試儀能夠滿

107、足測量的實時性要求，可是對土壤這種復雜的多孔介質(zhì)對象，雖然含水量的變化能夠顯著地導致介電常數(shù)的改變，但在傳感器探針幾何長度受到限制的條件下，由氣一固一液混合物介電常數(shù)引起的入射一反射時間差△T卻僅僅10 -9秒數(shù)量級。若要對如此短的滯后時間進行準確測量，從無線電測量技術的角度來看難度極大(目前世界上掌握超高速延遲線測量技術的只有美、加、德等極少數(shù)國家)，基于TDR原理的土壤水分測量儀器成本相應很高。例如，目前由美國進口的“Trase”T

108、DR土壤水分測量系統(tǒng)，其售價高達1萬美金基于TDR無核密度儀的昂貴身價使得它只能裝備于我國極少數(shù)高等院校和科研單位。</p><p>　　雖然，時域反射法已經(jīng)是基于無核密度儀之上的一種比較好的方法，但是價格太昂貴，對無線電技術要求太高，無論從技術上還是經(jīng)濟上都是一種不太可取的方法，下面將介紹一種更為實用的方法-電容傳感法。</p><p>　　3.2.2 電容傳感法</p>

109、<p>　　這是基于無核密度儀原理的另外一種方法-電容傳感法，也是本文中花大量篇幅去研究的一種方法，本人認為該方法雖不是堪稱完美，但從可行性和經(jīng)濟性、方便考慮等與其他方法相比都存在明顯的優(yōu)勢。圖1是無核密度儀在現(xiàn)場測量是的原理圖，當然內(nèi)部結構原理圖我也會在后面為大家介紹。</p><p>　　圖1 無核密度儀實際測量時原理圖</p><p>　　接下來就為大家介紹一下基于無核密

110、度儀原理的另一種方法-電容傳感法。</p><p>　　電容傳感法測量原理: 用自制的插入土基及土壤的的探頭代替電容C，由于電路中的等效綜合量不僅受土壤的介電常數(shù)影響，而且還受電阻率的影響。但當土基及土壤的機械組成和化學成分基本固定時，其中的介電常數(shù)和電導率基本受含水量的影響。在圖6的電路上加入恒定不變的電壓信號(本論文文采用的是3v的直流電壓)，由于土基及土壤的含水量的變化而使其等效綜合量發(fā)生變化，該等效綜合量