基于范德堡法的柱状土体电阻率分布测试理论研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:judy5752
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柱状体是工程和自然界中重要的形状,应用较为广泛。通过测试电阻率轴向分布,可以评价柱状体质量和材料分布特性。现有测试方法如欧姆法等存在测试区域不明确、电极插入损伤本体以及电极接触误差大等不足。范德堡法是一种经典的电阻率测试方法,具有不扰动试样可测试任意形状、稳定性高、接触误差影响小优点。但范德堡法是基于二维保角映射的理论,只适用于扁平状测试物体,无法直接应用于柱状体电阻率的测量。因此,本研究参考范德堡法基本理论框架,充分发挥其优点,探索一种适用于非扁平的柱状体电阻率测试理论。本研究所提方法具有较强的理论价值和工程意义。本文从静电学基本理论出发,在三维柱坐标系下构建了柱状体的静电学模型;对其理论公式进行了推导研究;并分析了模型中各参数变化对于电阻率测试的影响;最后通过试验对比验证了理论可靠性。研究内容与主要成果如下:(1)推导了柱坐标系下柱状体轴向电极布置模型,根据静电学边界条件推导了其电势函数理论通解并讨论敛散性;通解公式由两部分级数解组成,可对于二维、三维电极布置形式进行理论计算;当模型高度趋近0时,本文电势函数通解公式可化简为经典范德堡公式。(2)通过柱状体模型适应性研究发现,电极高度对电阻率测试影响在与试样等高布置时消除;在二维条件下电极宽度影响较小,对应弧度角为π/6时计算误差仅为1%,但在三维形式下受电极宽度影响明显不可忽略需代入公式计算;当模型厚度与直径比小于0.45时,满足经典范德堡公式扁平试样要求,超过0.45后范德堡公式开始失效;最后提出了三维模型中柱状体电阻率分布测试公式,并根据80 mm高三轴试样给出了公式的位置影响参数值。(3)将电势公式反算得出的视电阻率理论值与室内土体电阻率实验数据进行对比,对比结果验证了本文公式的适应性。提出在80 mm高三轴柱状体试样中,建议电极间距设置为20 mm以便于利用本文公式进行电阻率反演计算。
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