[发明专利]增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置及方法。

背景技术

土体湿化病害带来的危害已逐渐受到重视，如黄土湿陷性、边坡湿化失稳和路基湿化变形等。然而土体湿化过程的机理解释尚不成熟，这主要由于土体湿化过程的复杂性。土体的土水特征曲线存在滞回性，即脱湿路径、增湿路径下的土水特征曲线具有差别。一般来说，增湿路径下的土水特征曲线拥有偏小的进气值，而且非饱和渗透系数在增湿、脱湿路径下也存在滞回性。可见，准确测量土体在增湿、脱湿路径下的土水特征曲线和非饱和渗透系数是不仅困难而且重要。尤其是准确测量湿化过程中的土水特征曲线和非饱和渗透系数，是理解土体湿化机理的基础，更是采取适当措施预防湿化灾害的依据。

传统的稳态法测量增湿、脱湿路径下的土水特征曲线，耗时很长，试验周期为3个月到1年不等。近年来，基于瞬态剖面单元法的简易蒸发法被用来测量土体的土水特征曲线和非饱和渗透系数，缩短了试验时间，但是此方法仅能测量脱湿路径下土体的水力特性，不能用于测量增湿路径下非饱和土体的水力特性。中国专利申请CN201210196089提出一种测量增湿路径下渗透系数的方法，此方法不适用于进气值大于100kPa的土体，另外由于湿化产生的浸润线影响，降低了此专利提出的方法的测量精度，此专利中应用传感器测量土体含水率（精度为3%），存在较大误差。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置，包括基座、试样容器、半透膜、丝网，所述试样容器设有用于容纳待测土体试样的腔室，所述试样容器顶部设有盖板，所述试样容器的腔室紧密扣合于基座，所述基座之上设有丝网、所述丝网上方铺设有半透膜，所述基座上还设有用于测量待测土体试样的负孔隙水压力的土体水势测量仪，所述增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置还设有计重装置、容纳瓶、进水管、出水管，所述蠕动泵设置于所述进水管，所述进水管与出水管穿设于基座中，所述进水管与出水管的一端连通于所述腔室，所述进水管与出水管的另一端连通于容纳瓶。

进一步的，所述基座设有集水槽，所述集水槽呈螺旋状盘绕，其一端设置于基座中心，另一端设置于基座边缘。

进一步的，所述进水管连通于集水槽位于基座边缘的一端，所述出水管连通于集水槽位于基座中心的一端。

进一步的，所述试样容器沿竖直方向排布设有至少两个土体水势测量仪。

进一步的，相邻土体水势测量仪之间的间距为20mm至150mm。

进一步的，相邻土体水势测量仪之间的间距为30mm。

进一步的，所述土体水势测量仪的反应时间为0.5min至2min。

进一步的，所述土体水势测量仪的反应时间为1.5min。

一种使用如前所述的增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置的增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量方法，包括以下步骤：

步骤一：组装增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置；将基座、进水管、出水管、容纳瓶相互组装连接，检查气密性；

步骤二：将待测土体试样放置于试样容器的腔室中； 

步骤三：将装有待测土体试样的试样容器密封连接至基座，盖上盖板；

步骤四：安装土体水势测量仪，待土体水势测量仪数值稳定后记录土体水势测量仪的初始读数。

步骤五：根据土体水势测量仪初始读数和干湿路径要求，调整大分子溶液浓度，使大分子溶液在导管中循环运动，记录天平读数和土体水势测量仪读数。

步骤六：待吸力平衡后，调整大分子溶液浓度，记录天平读数和土体水势测量仪读数，直到吸力再次平衡。

步骤七：重复步骤六。

进一步的，所述大分子溶液采用PEG溶液。

相较于现有技术，本发明通过渗析技术控制土体试样吸力和增/脱湿路径，吸力控制范围超过100kPa，避免了湿润锋影响。基于瞬态剖面法测量同一土体增湿和脱湿路径下非饱和土体水力特性参数，大大缩短了测量时间，尤其可以测量湿化路径下非饱和土体的水力特性参数；可同时测量土体的土水特征曲线和非饱和渗透系数；本发明的增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置及检测方法还可测量不同增/脱湿历史下的非饱和土体水力特性参数。

附图说明

图1是本发明的增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置的结构示意图。

图2是本发明的增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置的基座的俯视图。

具体实施方式