[发明专利]湿度和渗透吸力控制的非饱和土综合试验仪

说明书

相关申请

本专利申请要求美国临时专利申请的优先权。该美国临时专利申请的申请号为61/381645，申请日为2010年9月10日，发明名称为“湿度和渗透吸力控制的非饱和土综合试验仪”。该美国临时专利申请的全部公开内容作为引用结合入本申请文件中。

技术领域

本发明大体上涉及饱和与非饱和土体的力学特性和土水特性的测量，尤其涉及一种有助于这些测量的吸力控制的非饱和土综合试验仪的设计和使用。

背景技术

精确测试和测量饱和与非饱和土体的力学特性和土水特性在各种工程中十分重要，这些工程可包括各种岩土工程和环境岩土工程，诸如自然边坡的稳定性评估、地基或路基的设计、土工建筑物的特性的确定、垃圾填埋场覆盖屏障的有效性评估和围海造陆等。这些工程需要四项关键的土体特性：剪切强度、应力相关土水特征曲线(表征土体在给定吸力处的持水能力)、固结特征、体变特征(例如收缩和膨胀)。

目前，没有任何一套仪器可以在从0到1000MPa的吸力范围内通过单个试样测量这四项关键的土体特性。相反，这些特性存在独立的测试装置，各需要不同的土样。因此，为了获得所需的四项关键土体特性，必须测试四个不同的土样。由于不同土样间存在天然差异性和制样差异性，使得使用四个不同试样是不可靠的，不能够获得一致的结果和参数。此外，使用四个不同试样和四个测试步骤耗时且不经济。

上文分析了传统非饱和土实验仪器的缺点和不足，但其目的不是穷举，而是对现有技术存在的一些问题的简单概述。现有技术的其他不足和本发明的多个非限制性实施例中的一些相应优点，通过对下文详细描述的了解将会变得进一步显而易见。

发明内容

下面将进行简单总结，以提供对在本发明中描述的一些方面的基本了解。该总结不是对所公开的主题进行详细的概述，也不是意图对所公开的主题确定关键环节或决定要素，也不是划定所公开主题的范围。唯一的目的是作为对下文详细描述的前序而以简化的形式呈现所公开主题的一些概念。

为了克服上文提及的现有土体测试仪器的不足和其他缺陷，本发明提供了一种装置，其可提供一种一体式测试平台。该平台通过一套仪器一个试样获得土体在完整吸力范围内(例如从0到1000MPa)的至少四种特性，包括剪切强度、应力相关土水特征曲线、固结特征、体变特征(例如收缩和膨胀)。

在一个实施例中，提供了一种吸力控制的非饱和土综合试验仪，所述吸力控制的非饱和土综合试验仪可通过一个试样获得土体在完整吸力范围内(例如从0到1000MPa)的至少四种特性，包括剪切强度、应力相关土水特征曲线、固结特征、体变特征(例如收缩和膨胀)、以及其他的力学特性和土水特性。所述吸力控制的非饱和土综合试验仪可包括吸力控制部分和力学加载部分。该吸力控制部分可采用不同的组件从而使得该吸力控制的非饱和土综合试验仪可在完整范围的吸力(从0到1000MPa)操作以控制所述土样的吸力。所述不同的组件可包括用于低吸力(从0到大约500kPa)的轴平移组件、用于中等吸力(从大约500kPa到大约10MPa)的渗透控制组件和用于高吸力(大于大约10MPa)的湿度控制组件。力学加载部分可采用水平加载组件、竖直加载组件、水平位移组件和竖直位移组件，以测试土体的多种力学特性。吸力控制部分和力学加载部分的特点允许吸力控制的非饱和土综合试验仪在各种应力状态和吸力状态下测量土体的特性。

在另一个实施例中，提供了一种吸力控制的非饱和土综合试验仪，所述吸力控制的非饱和土综合试验仪可提供一种一体式测试装置。该装置通过一个试样获得土体在完整吸力范围内(例如从0到1,000MPa)的至少四种特性，包括剪切强度、应力相关土水特征曲线、固结特征、体变特征(例如收缩和膨胀)、以及其他的力学特性和土水特性。所述吸力控制的非饱和土综合试验仪可包括吸力控制部分和力学加载部分。该吸力控制的非饱和土综合试验仪还可包括螺旋状水室或基座。该螺旋状水室将通过扩散而聚集的气泡冲刷出该吸力控制的非饱和土综合试验仪。这可有利于更加精确地获得单个土样在各种应力状态和吸力状态下的测试结果，而没有外部气泡带来的问题。

根据另一个实施例，提供了一种实验方法，其可通过使用一个试样测量土体在完整吸力范围内(例如从0到1000MPa)的多种土体特性。例如，本文所描述的吸力控制的非饱和土综合试验仪可以实现该方法，然而也可以采用其他仪器来实现该方法。