TDR法路基含水率监测分析

  TDR法路基含水率监测 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析   Summary：TDR法可通过测量土体介电常数换算确定含水率，在检测前需要开展室内标定试验确定标定方程。在施工现场取样，制作试样开展室内标定试验，确定TDR读数θ与体积含水量θW之间的线性关系。在施工现场布置测点对路基含水率进行监测，得出路基含水率受气候因素影响较大，且TDR法检测结果偏差小于2%，说明采用TDR法监测路基含水率 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 可行。Keys：TDR法；路基含水率；室内标定试验；监测分析0引言膨胀土遇水膨胀，吸水后土体结构破坏造成强度急剧下降[1]，作为路基填料很容易产生变形和破坏。在公路路基施工中，如遇困难需选用膨胀土作为路基填料，必须采取措施进行处治，并对路基内部含水率进行监测，防止路基含水率过大造成变形破坏[2]。结合高速公路路基施工实践，采用TDR法对路基含水率进行监测，为在施工和运营期间监测路基含水率，研究路基的稳定性提供参考依据。1TDR法含水率检测基本原理TDR法即时域反射法，是利用高频电子脉冲技术，通过测定土体的介电常数分析确定含水率[3]。土体由固相、液相和气相组成，而三者的介电常数相差较大，其中土体中固体颗粒的介电常数为3～7，液相（水）和气相介电常数分别为81和1[4]。所选土体中介电常数的数值主要取决于含水率的大小，实践证明土体的含水率与介电常数之间存在一定的单值函数关系，通过建立介电常数与含水率的关系式，可在测定土体表观介电常数Ka后通过换算确定含水率。20世纪80年代，Topp等学者在结合大量试验结果的情况下，得出土体体积含水率θ与表观介电常数Ka之间的经验公式[5]：该公式适用范围广，可用于绝大多数土体含水率的测定，且不需要其他参数。该公式是TDR法检测土体含水率的基础，也大大提高了含水率的测定速度。2TDR法土体室内标定试验TDR法检测路基土体含水率受路基土种类、容重和温度等因素的影响，检测结果的准确率也会受到一定影响。在检测质地粘重的土体时，由于电磁波在土体中传播过程中能量损失较大，收集回来的反射信息较模糊，检测结果的准确率也较低。因此，为了保证路基土体含水率检测结果的准确性，在正式进行检测工作时应预先开展室内标定试验，确定含水率与土体介电常数之间的关系。室内标定试验不仅可以确定检测深度范围，还可以分析测量精度，准确确定标定曲线，降低检测误差。2.1土样指标室内标定试验选取XX高速公路XX路段（高速公路名称和桩号范围根据结合项目修改），该路段路基土主要为膨胀土，试验土样主要指标如表1所示。表1试验用土样主要指标自由膨胀率（%）伊利石含量（%）塑限（%）液限（%）塑性指数（%）标准吸湿含水率（%）土性描述612127.347.620.35.2灰白黏土根据《公路路基施工技术规范》（JTG/T3610-2019）中的相关规定，该土体液限在40%～48%之间，塑性指数在18%～25%之间，自由膨胀率在50%～80%之间，标准吸湿含水率在4.8%～6.8%，根据上述分析可将试验土样判定为中膨胀土。2.2室内标定试验方法首先在施工现场取样，将膨胀土风干破碎后放入模具，击实后得到具有一定容重的均匀试验土样。取两组土样然，其中一组采用TDR法测定含水率，采用TDR测试系统监测含水率；另一组采用烘干法测定含水率，分别对两组含水率分析确定标定公式。具体试验方法如下：（1）在施工现场取样，并将膨胀土土样风干破碎；（2）按照设计含水量计算风干土质量和需要加水量，均匀洒水后使用塑料薄膜包紧后闷料一昼夜备料，以保证含水率均匀，制备试验土样；（3）选取一端封闭的PVC管，将制备好的土样分层装入PVC管，并埋入TDR计，按照施工现场干密度要求分层夯实，并静置24h后读取初始读数；（4）按每次递增5%的质量含水率向PVC管内加水，每次加水后静置24h以后读数稳定后开始读数，48h后停止读数；（5）采用环刀法取试验土体中取4～6个土样，并尽快称重、烘干，以减少由于水分蒸发而产生的误差，通过计算确定密度ρ和质量含水量w，进一步换算得到体积含水量θW。2.3室内标定试验结果按照上述试验方法，取8组试样并分析得出标定方程，试验结果如表2所示，并绘制TDR读数θ与体积含水量θW之间的关系曲线如图1所示。表2室内标定试验结果土样编号12345678910w0.17050.19830.23540.24750.25860.29610.27610.32880.36410.3867θ0.21350.23750.27720.29140.30320.31820.31880.32250.35610.3683ρ（g/cm3)1.871.891.861.881.881.891.881.881.871.87θW0.27110.31120.35280.37480.38870.38790.40860.46280.46960.5188∣（θ-θW）/θW∣（%）0.210.240.210.220.220.180.220.300.240.29标定方程θw=1.5992θ-0.0794，R2=0.9622/θw=1.16639+0.0861，R2=0.9768分析图1曲线变化趋势，可以看出TDR读数θ与体积含水量θW之间存在明显的线性关系，分析后确定关系式为：从图3-1可以看到，TDR读数与实际体积含水量之间有良好的线性关系：θw=1.5992θ-0.0794，R2=0.9622。进一步分析标定曲线变化情况，可将曲线分为三个阶段，第一阶段为θ＜0.3cm3·cm-3，θ与θW之间呈现线性关系，关系式为θw=1.26527+0.0029，R2=0.9941，二者之间的差值为0.06～0.09cm3·cm-3，误差率大约为20％；第二阶段为0.3＜θ＜0.32cm3·cm-3，θW的变化范围为0.39～0.45cm3·cm-3，二者之间的差值为0.09～0.15。；第三阶段为θ＞0.32cm3·cm-3，二者再次呈现呈现线性关系，θw=1.16639+0.0861，R2=0.9768，但二者之间的差值呈现增大的趋势，约为0.15～0.16cm3·cm-3，但误差率较第一阶段大，约为30%。图1TDR读数θ与体积含水量θW之间的关系曲线结合施工现场基本情况、路基土性质等因素，分析试验结果产生的原因如下：（1）当θ＜0.3cm3·cm-3时，土体含水率较小，土中水主要为强结合水，且部分被吸附到土壤颗粒表面，其介电常数为3.2左右，由于受到结合水介电常数影响，测量结果产生了一定的误差；（2）当体积含水率θw≥0.38cm3cm-3时，土体含水率的增加主要来自弱结合水，土体结合物的介电常数随含水率的增加迅速升高，强结合水影响下降，误差增加到14%左右。（3）随着土体内部的含水率不断升高，土体中的自由水含量不断升高，对土体的介电常数影响较大，而自由水的介电常数（81）远高于强结合水（3.2），而将强结合水作为土颗粒进行分析，造成误差的进一步增加。3现场路基含水率监测与分析3.1测点布设路基含水率监测是在路基监测断面埋设TDR计，埋设完成后即进行初次读数，得到初始质量含水率，稳定后再次进行读取土体含水率，经过换算得到现场质量含水率。XX高速公路路基在采用石灰处治后，选取监测断面布置测点进行含水率监测。测点位置分别位于距路基边坡1m、3m、5m、8m、12m位置，其中12m位置位为路基中线附近。取现场土样测量初始质量含水率，埋设TDR计和传感器，布置好线缆，并做好保护工作。传感器埋设完成后，待稳定后读取初始读数。3.2路基含水率监测结果分析经过一个周期的监测，收集各测点监测结果绘制路基含水率变化曲线如图2所示。监测开始时间为当年8月26日，结束时间为次年3月。为验证TDR法监测结果的准确性，在施工现场取样进行对比分析，路基含水率监测对比分析结果如表3所示。图2现场监测路基含水率变化曲线分析图2所示曲线变化趋势得出，路基含水率变化具有一定的周期性，且不同部位路基土含水率变化差异也较大，其中距路基边坡1m和3m的路基土含水率变化幅度最大，其次为距路基边坡5m位置，路基中线附近（距路基边坡12m位置）路基含水率变化幅度最小。结合路基含水率监测结果，说明气候因素对路基含水率的影响较大，其中自边坡向内1～3m影响最大，其次为5m位置，12m位置最小。8～9月降雨量较大，路基含水率也较高，10～2月降雨量不断下降，路基含水率也呈现下降趋势，3月以后降雨量逐渐增加，路基含水率也呈现增加趋势。表3现场路基含水率检测结果对比分析检测位置监测值（%）现场取样检测值（%）偏差（%）距边坡3m22.821.90.9距边坡5m20.520.10.4距边坡8m18.819.1-0.3通过对比分析TDR法监测结果和现场取样检测结果，得出采用TDR法监测结果偏差不超过2%，满足施工现场监测的要求，说明采用TDR法监测路基含水率方案可行。4结语TDR法可通过测定路基土介电常数，换算后得出路基土含水率，结合高速公路膨胀土路基施工案例，通过在施工现场取样开展室内标定试验确定标定方程，并在施工现场布置对路基含水率开展监测，分析监测结果得出以下结论：（1）通过室内试验，确定TDR读数θ与体积含水量θW之间存在明显的线性关系，并通过分析确定了标定方程；（2）通过分析施工现场路基含水率监测结果，得出路基含水率变化呈现一定的规律性，且距离路基边坡越近含水率变化幅度越大，且受大气降水影响较大；（3）将TDR法路基含水率监测结果与现场取样检测含水率结果对比分析，得出TDR法监测结果偏差小于2%，满足现场施工监测要求。Reference：[1]毋文涛.干密度和质量含水量对TDR法测量土壤体积含水量的影响[J].黄河科技学院学报,2020,22(02):79-83.[2]杜敏晴,伍仁军,杨民烽,杜卫民,卞建锋,刘杨,郭仕平,刘刚才,刘守江.烘干称重法与TDR法观测土壤湿度的比较研究[J].水土保持应用技术,2018(04):7-9.[3]徐爱珍,胡建民,熊永,邹国庆,陈晓安.TDR法、干烧法及烘干法测定土壤含水量的比较研究[J].水资源与水工程学报,2018,29(02):253-256.[4]杨静,陈洪松,王升,王发,傅伟.TDR测定喀斯特地区石灰土含水量的标定研究[J].中国岩溶,2017,36(01):75-80.[5]张瑞国,罗强,蒋良潍,张良,张正.土体含水率TDR测试技术的影响因素分析[J].传感器与微系统,2016,35(05):16-19+24. -全文完-