专利名称：一种测定非饱和土水分特征参数的试验方法
技术领域：
本发明是一种测定非饱和土水分特征参数的试验方法，属于土木工程技术领域。
背景技术：
非饱和土在我国分布广泛，地球表面广泛分布的天然沉积土，以及工程建设中遇 到的土体问题，几乎都是非饱和土问题，真正意义上的饱和土在工程实践中很少见到，这使 得非饱和土力学的研究具有非常现实和实际的意义。水力滞后是非饱和土的一个重要特 征，水力滞后通常表现在土水保持曲线的滞后性，且土水保持曲线的滞后性受到多种因素 影响，如土结构，温度尤其是应力状态的影响。用来描述非饱和土水分特征的两个重要参数 就是非饱和渗透系数与土水保持曲线即土体基质吸力与含水量的对应关系。目前国内外还 没有用来测定三向加载状态下的土水保持曲线和非饱和渗透系数的仪器与试验方法。本发 明就是用来测定三向加载状态下非饱和土土水保持曲线的试验方法。

发明内容
本发明目的是提供一种非饱和土水分特征参数测定方法，解决非饱和土在三向加 载状态下的非饱和土土水保持曲线的测试问题。本发明的技术解决方案是，利用一种非饱和土试验装置测定水分特征参数，该装 置主要由垂直位移量测计1、螺栓2、加压轴3、压力室12、试样顶帽13、固定栓24、试样底座 25组成。其中压力室12与仪器底座27通过螺栓2连接，压力室12顶部有垂直位移量测计 1与加压轴3。压力室12顶部的第二气压管路15连接有压力室12、第一气压传感器16、第 一气压控制阀门18、气压泵21，仪器底座27里的压力室充水管路28与充水控制阀门29相 连。仪器底座27上面安装有试样底座25，试样底座上面镶嵌有下陶土板36。试样底座中 央的第二水压管路20连接有下陶土板36、第二水压传感器38、第二水体积量测管17、第二 水压控制阀门19、气压泵21，第二水体积量测管17上部有第二封水橡胶塞37。上陶土板 14与下陶土板36的最大进气值均要求不小于1500kPa，垂直位移量测计1的量程要求大于 50mm，精度要求达到0. 01mm。试样顶帽13下部镶嵌有上陶土板14，试样顶帽13中央第一 水压管路4连接有上陶土板14、第一水压传感器9、第一水体积量测管6、第一水压控制阀 门7、真空泵8，第一水体积量测管6上部有第一封水橡胶塞5。上陶土板14与下陶土板36 中间安装试样30，试样顶帽13、上陶土板14、试样30、试样底座25由橡胶膜包裹。试样30 中间部位穿过橡胶膜的第一气压管路11连接有试样30、第二气压传感器23、第二气压控制 阀门22、气压泵21。砝码26通过加压框架10与加压轴3，对准试样顶帽13顶部凹槽对试 样施加垂直压力。加载框架10由砝码26、杠杆32、大砝码33、第一转动轴31、第二转动轴 39、第三转动轴40、第四转动轴41组成，加载框架10通过固定栓24与仪器底座27连接，带 动框架10升降的第二转动轴39和第四转动轴41通过第一金属钩34连接，砝码26与杠杆 31通过第二金属钩35连接。本发明优点
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该测定方法应用简单，测量精度高，满足三向应力要求，可以量测土水保持曲线的 增湿段与减湿段。本发明适用范围适用于土木工程中遇到的各种土质在非饱和状态下土水保持曲线的量测问题。


图1是测定非饱和土水分特征参数的试验方法所用测定装置的结构示意图。其中 有垂直位移量测计1、螺栓2、加压轴3、第一水压管路4、第一封水橡胶塞5、第一水体积量 测管6、第一水压控制阀门7、真空泵8、第一水压传感器9、加载框架10、第一气压管路11、 压力室12、试样顶帽13、上陶土板14、第二气压管路15、第一气压传感器16、第二水体积量 测管17、第一气压控制阀门18、第二水压控制阀门19、第二水压管路20、气压泵21、第二气 压控制阀门22、第二气压传感器23、固定栓24、试样底座25、砝码26、仪器底座27、充水管 路28、充水控制阀门29、试样30、下陶土板36、第二封水橡胶塞37、第二水压传感器38。图2是图1的A-A右视图。其中有加载框架10、固定栓24、第一转动轴31、杠杆 32、大砝码33、第一金属钩34、第二金属钩35、第二转动轴39、第三转动轴40、第四转动轴 41。
具体实施例方式实施例非饱和土水分特征参数，即土水保持曲线的测定方法如下，①将第一气压管路11从气压泵21上拆除，将第一水压管路4与气压泵21连接， 关闭第一气压控制阀门18与第二气压控制阀门22，启动气压泵21，打开第一水压控制阀门 7和第二水压控制阀门19，加压将上陶土板14与下陶土板36充水饱和；②上陶土板14与下陶土板36饱和后，关闭气压泵21，将第一水压管路4与真空泵 8连接，关闭第一水压控制阀门7与第二水压控制阀门19，将第一气压管路11与气压泵21 连接，将试样顶帽13和试样30安装在底座25上，外面套上橡皮膜，压力室12与底座27由 螺栓2连接，通过充水管路28往压力室内充水，待水面距离压力室顶面5 10cm时，关闭 充水控制阀门29 ；③将第二水压管路20从气压泵21上拆下，按试验要求增加砝码26，施加垂直压力 于试样顶帽13上，同时启动气压泵21，调节第一气压控制阀门18，施加围压，打开第二水压 水压阀门19排水，直到达到要求的试样应力状态；④关闭第二水压控制阀门19，将第二水压管路20与气压泵21连接，调节第二气压 控制阀门22与第二水压控制阀门19，通过第二气压传感器23和第二水压传感器38，控制 一定大小的孔隙气压力与孔隙水压力，二者之差即为试样基质吸力S(l，通过第二水体积量 测管17可以读出进出试样水量大小，待第二水体积量测管17液面平稳后，结合已知试样含 水量w，可以得出对应基质吸力s。的试样含水量w。，即可得到土水保持曲线上的一组试验数 据s0与w0 ；⑤调节第二气压控制阀门22与第二水压控制阀门19，通过第二气压传感器23和 第二水压传感器38，改变试样内孔隙气压力与孔隙水压力的大小，即改变试样基质吸力s 的大小，待第二水体积量测管17液面变化平稳后，读出进出试样的水量变化值，得到新的对应基质吸力Sl的试样含水量Wl，即可得到土水保持曲线上的另一组试验数据Sl与；
⑥按试验要求，重复步骤⑤，即可得到整条土水保持曲线上的试验数据，即可绘出 整条土水保持曲线。
权利要求
一种测定非饱和土水分特征参数的试验方法，其特征是用一种试验装置测定非饱和土水分特征参数，该装置由垂直位移量测计(1)、螺栓(2)、加压轴(3)、压力室(12)、试样顶帽(13)、固定栓(24)、试样底座(25)组成，其中上陶土板(14)与下陶土板(36)的最大进气值均要求不小于1500kPa，垂直位移量测计(1)的量程要求大于50mm，精度要求达到0.01mm，用该试验装置测定非饱和土水分特征参数，即土水保持曲线的试验方法如下，①将第一气压管路(11)从气压泵(21)上拆除，将第一水压管路(4)与气压泵(21)连接，关闭第一气压控制阀门(18)与第二气压控制阀门(22)，启动气压泵(21)，打开第一水压控制阀门(7)与第二水压控制阀门(19)，加压将上陶土板(14)和下陶土板(36)充水饱和；②上陶土板(14)与下陶土板(36)饱和后，关闭气压泵(21)，将第一水压管路(4)与真空泵(8)连接，关闭第一水压控制阀门(7)与第二水压控制阀门(19)，将第一气压管路(11)与气压泵(21)连接，将试样顶帽(13)和试样(30)安装在底座(25)上，外面套上橡皮膜，压力室(12)与底座(27)由螺栓(2)连接，通过充水管路(28)往压力室内充水，待水面距离压力室顶面5～10cm时，关闭充水控制阀门(29)；③将第二水压管路(20)从气压泵(21)上拆下，按试验要求增加砝码(26)，施加垂直压力于试样顶帽(13)上，同时启动气压泵(21)，调节第一气压控制阀门(18)，施加围压，打开第二水压控制阀门(19)排水，直到达到要求的试样应力状态；④关闭第二水压控制阀门(19)，将第二水压管路(20)与气压泵(21)连接，调节第二气压控制阀门(22)与第二水压控制阀门(19)，通过第二气压传感器(23)和第二水压传感器(38)，控制一定大小的孔隙气压力与孔隙水压力，二者之差即为试样的基质吸力s0，通过第二水体积量测管(17)可以读出进出试样的水量大小，待第二水体积量测管(17)液面平稳后，结合已知的试样含水量w，可以得出对应基质吸力s0的试样含水量w0，即可得到土水保持曲线上的一组试验数据s0与w0；⑤调节第二气压控制阀门(22)与第二水压控制阀门(19)，通过第二气压传感器(23)和第二水压传感器(38)，改变试样内孔隙气压力与孔隙水压力的大小，即改变试样基质吸力s的大小，待第二水体积量测管(17)液面平稳后，读出进出试样的水量变化值，得到新的对应基质吸力s1的试样含水量w1，即可得到土水保持曲线上的另一组试验数据s1与w1；⑥按试验要求，重复步骤⑤，即可得到整条土水保持曲线上的试验数据，即可绘出整条土水保持曲线。
全文摘要
本发明是一种测定非饱和土水分特征参数的试验方法，该方法是利用一种试验装置测量土体的土水保持曲线。该装置主要由垂直位移量测计1、螺栓2、加压轴3、压力室12、试样顶帽13、固定栓24、试样底座25组成。调节第二气压控制阀门22与第二水压控制阀门19，通过第二气压传感器23和第二水压传感器38，改变试样内孔隙气压力与孔隙水压力的大小，即改变试样基质吸力s的大小，待第二水体积量测管17液面平稳后，读出进出试样的水量变化值，得到新的对应基质吸力s1的试样含水量w1，即可得到土水保持曲线上的一组试验数据s1与w1。该测定方法使用方便，测量精度高，满足三向应力要求，可以量测土水特征曲线的增湿段与减湿段，适用于土木工程中遇到的各种土质的土水保持曲线的量测。
文档编号G01N15/08GK101865810SQ20101016810
公开日2010年10月20日 申请日期2009年3月25日 优先权日2009年3月25日
发明者李志清, 胡瑞林 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所