[发明专利]一种干湿循环下水土特征曲线测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种干湿循环下水土特征曲线测量装置及方法，包括实验部件，实验部件放置在Micro－CT检测设备中，实验部件包括土样室、吸力施加部件和连接管路，土样室底部设有第一底座，吸力施加部件包括储水室、有机玻璃管和第二底座，储水室下方通过阀门连接有机玻璃管，有机玻璃管下方设有第二底座，第二底座与第一底座通过连接管路相连，吸力施加部件通过铁架和设置在铁架上的夹具固定，铁架上还设有激光位移计，激光位移计用于测定有机玻璃管中水位的变化。

技术领域

本发明涉及水土特征技术领域，具体涉及一种干湿循环下水土特征曲线测量装置及方法。

背景技术

自然条件下的土体在经历“降雨—干燥”若干个干湿循环，土的机械和水力学性质会发生很大变化，尤其是边坡在经历这种过程后，变得更容易发生表层溜坍、滑坡等自然灾害，造成巨大的生命财产损失。从微观角度，解释非饱和土在干湿循环后的性质变得尤为重要。

非饱和土的水土特征曲线是反映土的含水状态(如饱和度、体积含水量、质量含水量等)和非饱和土的基质吸力之间关系的曲线，它能反映出非饱和土的材料性质和力学性质之间的关系，在非饱和问题的研究中占有非常重要的地位。目前实验室测定水土特征曲线的方法有张力计法、轴平移技术、电导率传感器法等等。这些方法存在吸力施加缓慢、测量时间长、对试验条件要求高、不能反映非饱和土的孔隙、材料构造等微观特点等缺点。

而对于非饱和土的微观结构研究，通常有计算机断层扫描(CT)和扫描电子显微镜(SEM)两条途径。前者多应用于医疗、生命领域，在土木工程领域的应用经验缺乏，且分辨率较低，无法满足研究要求。后者试样较小，且试验过程中需对土壤试样进行表面镀金属处理，对土样产生破坏，且同一土样无法重复试验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种干湿循环下水土特征曲线测量装置及方法，解决试验结果精确度不高，测量困难的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种干湿循环下水土特征曲线测量装置，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、吸力施加部件和连接管路，所述土样室底部设有第一底座，所述吸力施加部件包括储水室、有机玻璃管和第二底座，所述储水室下方通过阀门连接有机玻璃管，所述有机玻璃管下方设有第二底座，所述第二底座与第一底座通过连接管路相连，所述吸力施加部件通过铁架和设置在铁架上的夹具固定，所述铁架上还设有激光位移计，所述激光位移计用于测定有机玻璃管中水位的变化。

进一步，所述土样室的顶部设有橡皮塞，所述土样室与第一底座之间设有O型橡胶环和纤维素滤膜。

进一步，所述土样室通过螺栓固定设置在第一底座上，所述第一底座上设有多孔板。

进一步，所述有机玻璃管通过螺栓固定设置在第二底座上。

一种干湿循环下水土特征曲线测量方法，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，使其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，使其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；