【摘 要】對(duì)于巖土工程的土體含水量是巖土工程中相對(duì)關(guān)鍵的一個(gè)物理參數(shù)，伴隨著當(dāng)前施工技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，土體含水量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)也是相當(dāng)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，包括常用的對(duì)于土體壓實(shí)質(zhì)量控制以及污染程度評(píng)價(jià)射線法與現(xiàn)場(chǎng)烘干法、電阻法等，TDR技術(shù)也是一種能夠 快速、安全的含水量測(cè)試法。本文就TDR的各項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行深入的研究，幫助更好的運(yùn)用TDR技術(shù)在巖土工程中。

【關(guān)鍵詞】TDR技術(shù)；測(cè)試技術(shù)；巖土工程；應(yīng)用分析

伴隨著巖土工程施工技術(shù)研究的不斷進(jìn)步，巖土工程測(cè)試技術(shù)逐漸有了更加準(zhǔn)確性、便捷性以及遠(yuǎn)程控制性上的要求，這也給現(xiàn)代研究提出了一定的高要求。TDR測(cè)試技術(shù)，即時(shí)域反射法屬于一種遠(yuǎn)程的遙感測(cè)試技術(shù)，最初是在20世紀(jì)30年代被用于電力以及電訊事業(yè)的電纜線路缺陷定位與識(shí)別上。而經(jīng)過不斷的深入研究與發(fā)展，TDR技術(shù)已經(jīng)逐漸得到了提升并被用于眾多的領(lǐng)域中。近幾年，TDR技術(shù)也逐漸被引入巖土工程中，主要用于對(duì)巖土工程的土體進(jìn)行水量、干密度與滑坡穩(wěn)定性、地下水位以及電導(dǎo)率、甚至被用到了土體污染和化學(xué)加固土體質(zhì)量控制上，在這些環(huán)節(jié)中發(fā)揮著方便、安全、經(jīng)濟(jì)、數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)，備受人們的喜愛。

1.TDR測(cè)試技術(shù)概述

TDR技術(shù)其實(shí)是在雷達(dá)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，首先，雷達(dá)的工作原理是由無線電發(fā)射機(jī)來發(fā)射能量脈沖，并通過一定的技術(shù)來測(cè)定該脈沖能量在被測(cè)對(duì)象上反射的回波時(shí)間來定位的。與雷達(dá)相似，TDR系統(tǒng)的工作原理也是這樣的，因此常被理解為一種閉合回路的雷達(dá)。主要是由信號(hào)發(fā)生器激發(fā)出以電磁波的行駛在同軸傳輸線以及測(cè)試探頭中傳播的電脈沖，如果在傳播的途中遇到抗阻不連續(xù)面時(shí)，勢(shì)必會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，反射波形被數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集，最后再通過反射波形分析得到介電常數(shù)、電導(dǎo)率反射系數(shù)等等信息與數(shù)據(jù)。

2.TDR測(cè)試技術(shù)在巖土工程中的主要應(yīng)用

2.1土體含水量測(cè)試

2.1.1含水量測(cè)試的理論

對(duì)于巖土工程中的土體含水量測(cè)試，TDR測(cè)試技術(shù)主要是通過分析反射波形的方式來確定被測(cè)土體的介電常數(shù)的情況來確定。通常情況下，水的介電常數(shù)為81，而相對(duì)于土體顆粒的介電常數(shù)而言要大得多，因此，我們常常通過判斷土體的含水量來確定土體的介電常數(shù)，這樣一來就使得介電常數(shù)的測(cè)試成為了獲得含水量的有效工具。在這方面，使用最為廣泛的土體介電常數(shù)與含水量的經(jīng)驗(yàn)公式為Topp，具體公式情況如下：

=4.3x10-6Ka3-5.5x10-4Ka2+2.92x10-2Ka-5.3x10-2

這其中代表的就是土體體積積水量，Ka就是介電常數(shù)，這樣的經(jīng)驗(yàn)公式就是在土體介電常數(shù)與土體體積含水量之間建立起來的一定聯(lián)系。而就近幾年來使用的規(guī)范的公式主要是來自美國purdue大學(xué)研究提出，如下面公式所示，該方式主要也是以土體介電常數(shù)為基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)的就是介電常數(shù)與質(zhì)量含水量以及土體干密度之間的聯(lián)系，這個(gè)方式相比與其他經(jīng)驗(yàn)公式相對(duì)規(guī)范，因此也已經(jīng)被列入了美國的規(guī)范中。

=a+bw

該公式中的w是指土體的質(zhì)量含水量，而ρd指的是土體的干密度，因此ρw指的就是水的密度，a與b則代表常數(shù)。這種測(cè)試技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的技術(shù)來講有相當(dāng)高的精度。

2.1.2含水量的測(cè)試方法

但隨著進(jìn)一步不斷的研究，我們發(fā)現(xiàn)了電磁波在相對(duì)更高含水量的粘土或者污染土等高電導(dǎo)率中傳播的時(shí)候，會(huì)因部分電導(dǎo)損失而導(dǎo)致電磁波的嚴(yán)重衰減現(xiàn)象，造成探頭末端的反射消失，最終導(dǎo)致難以確認(rèn)波在探頭中的時(shí)間而無法計(jì)算介電常數(shù)。通常來說，測(cè)試土體含水量的方式有兩種，分別是利用土體介電常數(shù)測(cè)試含水量也稱兩步法，以及根據(jù)介電常數(shù)與電導(dǎo)率來測(cè)試土體含水量的一步法。土本身的介電特征與土體的電磁場(chǎng)的極化性質(zhì)密切相關(guān)，而且極化類型的產(chǎn)生還與外加電場(chǎng)的頻率有很大的關(guān)系，因此，TDR測(cè)試儀運(yùn)行在頻率范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生電子位移極化、離子極化等等現(xiàn)象。所以在利用TDR測(cè)試技術(shù)是應(yīng)充分考慮各個(gè)影響因素。

2.2地下水土污染勘察

2.2.1采用TDR測(cè)試技術(shù)的必要性

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，工業(yè)生產(chǎn)與化工產(chǎn)品事業(yè)幾乎已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)巔峰狀態(tài)。而伴隨而來的還有非水相流體、重金屬離子等含有嚴(yán)重污染物的對(duì)土壤與地下水造成破壞的污染等問題，此類型的污染區(qū)域較大、離散性較高、遷移深度也比較強(qiáng)，因此這也成為當(dāng)前急需治理的問題。對(duì)于前面提到的污染情況，一般的治理方式就是采取現(xiàn)場(chǎng)鉆孔取樣帶回化學(xué)分析的方式，從而來確定污染的分布區(qū)域與污染程度。雖然這種方法比較準(zhǔn)確、可靠，但花費(fèi)的時(shí)間太長，取樣困難，因此TDR技術(shù)準(zhǔn)確、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)已被用在治理污染場(chǎng)地上了。

2.2.2 TDR測(cè)試技術(shù)的具體應(yīng)用

針對(duì)水下的水土污染測(cè)試來講，一般主要對(duì)離子型的污染土和NAPLs污染土進(jìn)行電學(xué)性質(zhì)上的研究，與前面提到過的原理相同。主要也是通過測(cè)定介電常數(shù)與電導(dǎo)率來獲得土介質(zhì)的孔隙率，利用這種方式就能很好的測(cè)試離子型的污染物勘察，還能保證其準(zhǔn)確度與快捷性。另外，針對(duì)NAPLs污染土的污染物測(cè)試得出，在一定含水量的狀態(tài)下，NAPLs污染土體積的含量逐漸增加時(shí)，介電常數(shù)是有變化的，但電導(dǎo)率幾乎是不變的；而當(dāng)NAPLs污染土體積一定時(shí)，介電常數(shù)與電導(dǎo)率會(huì)隨著體積含水量和NAPLs污染土體積的比例增大而增加。這兩種方式都是驗(yàn)證TDR技術(shù)用于地下水污染勘察發(fā)揮的主要作用。

3.結(jié)語

總而言之，TDR測(cè)試技術(shù)以其方便、快捷、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)在巖土工程中發(fā)揮著不可替代的作用，相信未來，TDR技術(shù)還能不斷發(fā)展，在其他各項(xiàng)領(lǐng)域中不斷發(fā)揮其強(qiáng)大作用。

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