[发明专利]一种干湿循环下水土特征曲线测量装置及方法

权利要求书

1.一种干湿循环下水土特征曲线测量装置，其特征在于，包括实验部件，所述实验部件放置在Micro－CT检测设备中，所述实验部件包括土样室(1)、吸力施加部件和连接管路(2)，所述土样室(1)底部设有第一底座(3)，所述吸力施加部件包括储水室(4)、有机玻璃管(5)和第二底座(7)，所述储水室(4)下方通过阀门连接有机玻璃管(5)，所述有机玻璃管(5)下方设有第二底座(7)，所述第二底座(7)与第一底座(3)通过连接管路(2)相连，所述吸力施加部件通过铁架(8)和设置在铁架(8)上的夹具(6)固定，所述铁架(8)上还设有激光位移计(9)，所述激光位移计(9)用于测定有机玻璃管(5)中水位的变化。

2.根据权利要求1所述的干湿循环下水土特征曲线测量装置，其特征在于，所述土样室(1)的顶部设有橡皮塞(10)，所述土样室(1)与第一底座(3)之间设有O型橡胶环和纤维素滤膜。

3.根据权利要求1所述的干湿循环下水土特征曲线测量装置，其特征在于，所述土样室(1)通过螺栓固定设置在第一底座(3)上，所述第一底座(3)上设有多孔板。

4.根据权利要求1所述的干湿循环下水土特征曲线测量装置，其特征在于，所述有机玻璃管(5)通过螺栓固定设置在第二底座(7)上。

5.一种采用权利要求1－4中任一项所述的测量装置进行干湿循环下水土特征曲线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在有机玻璃管和储水室内加入添加了3％质量氯化铯显影剂的蒸馏水；

S2、将实验土样打碎、晾干，并通过漏斗加入土样室，土样高度为230mm；

S3、将土样室放置于CT室承物台上，并使试样中心与承物台圆心重合，移动承物台，使承物台圆心与射线管的距离为80mm；

S4、移动吸力施加部件，使有机玻璃管稳定后的液面高于土样顶部10mm，使土样充分饱和，调节Micro－CT检测设备的射线管能量为180keV，电流为145μA，进行初始扫描7min，得到第一CT图；

S5、向下移动吸力施加部件，使有机玻璃管稳定后的液面低于土样顶部70mm，以水位所在位置为吸力零点，计算吸力值，调节Micro－CT检测设备的射线管能量为155keV，电流为145μA，进行CT扫描，扫描范围为h＝0－50mm，扫描段内的吸力范围为0－490pa，得到第二CT图；

S6、继续向下移动吸力施加部件，使有机玻璃管稳定后的液面低于土样顶部220mm，以水位所在位置为吸力零点，计算吸力值，调节Micro－CT检测设备的射线管能量为155keV，电流为145μA，进行CT扫描，扫描范围为h＝60－210mm，扫描段内的吸力范围为588.6－2060.1pa，得到第三CT图；

S7、向上移动吸力施加部件，使有机玻璃管稳定后的液面低于土样顶部120mm，以水位所在位置为吸力零点，计算吸力值，调节Micro－CT检测设备的射线管能量为165keV，电流为145μA，进行CT扫描，扫描范围为h＝25－110mm，扫描段内的吸力范围为245.25－1079.1pa，得到第四CT图；

S8、继续向上移动吸力施加部件，使有机玻璃管稳定后的液面低于土样顶部40mm，以水位所在位置为吸力零点，计算吸力值，调节Micro－CT检测设备的射线管能量为170keV，电流为145μA，进行CT扫描，扫描范围为h＝0－30mm，扫描段内的吸力范围为0－294.3pa，得到第五CT图；

S9、通过不同高度的吸力值和CT图计算各断面的饱和度，将各断面的吸力值和饱和度绘制水土特征曲线；

S10、重复步骤S5－S9，得到同一土样经过多次干湿循环过程后的水土特征曲线。

6.根据权利要求5所述的干湿循环下水土特征曲线测量方法，其特征在于，所述步骤S9中吸力值ψ的计算公式为：

ψ＝9.81×h (1)

在公式(1)中，h为距吸力零点的高度差。

7.根据权利要求5所述的干湿循环下水土特征曲线测量方法，其特征在于，所述步骤S9中各断面饱和度的计算方法具体为：采用OTSU阈值分割方法可将各断面CT灰度图中的液相和固相分割出来，从而计算得到各断面液相和气相的面积分别为A_l和A_a，各断面饱和度S_r的计算公式为：