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申请/专利权人：中国科学院武汉岩土力学研究所

摘要：一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置及方法，通过搭建污泥土的基质吸力测试装置，采用结构光测量方法测得土样的高度li、裂缝体积ΔVi和土样截面积Si，进而修正离心土样既定转速ni及对应的基质吸力σi；根据三相并联电导率模型、测量污泥土中含水率wi及质量守恒定律，得到污泥土wi与σi的关系曲线和woi与σi的关系曲线。本发明的效果是修正了土样离心变形对污泥土基质吸力的影响，显著提高了污泥土土水特征曲线的精确性，为研究污泥土的持水能力、渗透系数及抗剪强度等提供基础参数；扣除离心过程中透水石中残留的有机质，准确得到离心过程中有机质的含量与基质吸力的变化曲线，对高效处理污泥土中有机质及优化污泥的固化效果具有重要作用。

主权项：1.一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试方法，所述方法利用修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置，所述装置包括：离心机（1）、土样模具（2）、天平（3）、结构光测量系统（4）、测量装置支架（5）、电子设备（6）；所述土样模具（2）包括模具顶盖（7）、模具筒（8）、透水石（9）和储水室（10），土样模具用于盛装离心土样；所述天平（3）设置于测量装置支架（5）上，天平（3）的上表面设置有土样模具卡槽（11）；所述结构光测量系统（4）安装在测量装置支架（5）上，结构光测量系统（4）包括激光投射器（12）、CCD摄像机（13）；在离心前，土样模具（2）配置在离心机（1）中，经过离心机（1）离心后的土样模具（2）卡置在天平（3）上的土样模具卡槽（11）处，在除去模具顶盖（7）时，电子设备（6）用于读取离心土样的相关参数；其特征在于，该方法包括如下步骤：1）称量并记录土样离心前土样中土颗粒质量ms、有机质含量mo、水的质量mw、透水石干燥时的质量m1和透水石饱和状态的质量m2；2）设置离心机（1）的转速为ni、离心时间为ti，其中，i表示离心试验次数，i=1,2,3，……，ni表示第i次离心试验时离心机（1）的转速，ti表示第i次离心试验时的离心时间；3）待离心机（1）完成转速为ni的离心试验后，将土样模具（2）卡置在土样模具卡槽（11）处，打开模具顶盖（7），将激光投射器（12）及CCD摄像机（13）对准离心土样，借由电子设备（6）读取离心土样的高度li、裂缝体积ΔVi和土样截面积Si，并计算第i次离心试验后的离心土样的修正高度Li，Li通过以下公式（1）获得： （1）然后，根据离心土样的修正高度Li，借由电子设备（6），计算第i次离心试验后的基质吸力σi，σi通过以下公式（2）获得： （2）其中，c为离心机（1）中心到离心土样底部的垂直距离；为水的密度；4）通过微谱分析得到储水室（10）中水的质量mai和有机质的质量mbi，通过以下公式（3）获得模具筒（8）中水的质量mci和透水石（9）中水的质量mei之和， （3）并通过以下公式（4）获得模具筒（8）中有机质的质量mdi和透水石（9）中残留的有机质质量mfi之和， （4）5）采用近红外法测得第i次离心试验后模具筒（8）中离心土样的含水率wi；6）通过离心土样的含水率wi，借由电子设备（6），计算模具筒（8）中水的质量mci，mci通过以下公式（5）获得： （5）7）根据公式（3）、公式（5），借由电子设备（6），计算透水石（9）中水的体积Vei，Vei通过以下公式（6）获得： （6）8）根据透水石干燥时的质量m1和透水石饱和状态的质量m2，借由电子设备（6）计算透水石（9）的孔隙体积Vv，Vv通过以下公式（7）获得： （7）此外，透水石（9）的孔隙体积Vv还满足以下公式（8）： （8）其中，Vfi为透水石（9）中残留的有机质的体积；Vgi为透水石（9）孔隙中气体体积；9）根据透水石（9）中水的体积Vei，透水石（9）中残留的有机质的体积Vfi，透水石（9）孔隙中气体体积Vgi，采用高密度电导率测试方法，测试透水石（9）中水、残留有机质和气体的电导率，并根据三相并联电阻率模型，借由电子设备（6），计算综合电导率ρ’，ρ’通过以下公式（9）获得： （9）其中，ρw’为水的电导率；ρo’为有机质的电导率；ρg’为气体的电导率；d为电导率阴阳两级之间的距离；10）根据透水石（9）中残留的有机质的体积Vfi，借由电子设备（6），计算透水石（9）中残留的有机质的质量mfi，mfi通过以下公式（10）获得： （10）其中，ρo为有机质的密度；11）根据土样离心前土样中土颗粒质量ms、式（10）、和公式（4），借由电子设备（6），计算污泥土中有机质含量woi，woi通过以下公式（11）获得： （11）12依据步骤1~11分别绘制wi与σi的污泥土的土水特征关系曲线、woi与σi的污泥土中有机质含量与基质吸力变化曲线。

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