[发明专利]一种土壤瞬时渗透特性测试仪及土壤渗透特性计算方法

说明书

本发明涉及土壤渗透试验领域，尤其涉及一种土壤瞬时渗透特性测试仪及渗透特性计算方法，包括试样管、陶土板和传感器等部件；而方法包含计算在微吸力分布函数ψ(z，t)等步骤，本测试仪不仅能够测试以往渗透试验中的常规渗透测试；能够模拟在不同饱和度状态土壤的渗透工况，且能够实时获得相应参数，得出渗透曲线；将以往的土壤渗透试验和土水特征曲线试验合二为一，大大缩短了试验时长；而土壤渗透特性测试计算方法由于引入了新的模型参数，使得计算出的渗透系数更为精确，更接近于现实状态。该发明用于涉及不同饱和状态下地基土强度特性、变形特性和渗透特性等的土木工程建设可行性评估，评测更为精确，为后期设计做出更为精确的指导。

技术领域

本发明涉及土壤渗透试验领域，尤其涉及一种土壤瞬时渗透特性测试仪及渗透特性计算方法。

背景技术

作为土的3个重要特性指标之一，渗透系数是分析水分迁移的重要的参数。饱和状态下土体的渗透系数可以很容易得出，但现实的岩土工程及岩土环境工程中涉及到的主要都是非饱和土的渗透，例如降雨入渗下的边坡稳定，生活垃圾及地下废弃料的处理，石油开采等。非饱和土因为其含水率和基质吸力的不同及其之间复杂的相互影响关系，使其充满复杂性和多变性，导致非饱和土的渗透研究困难重重。

Hillel认为，非饱和土的渗透系数最好能直接测量得出，这是因为很多的理论结果并没有得到证实。土体在不同的基质吸力下，渗透系数的变化规律并不相同，在接近饱和状态下(吸力0～1kPa)，吸力的微小变化通常也引起渗透系数变化1～3个数量级。这些都导致非饱和土渗透系数研究困难，也是亟待解决的问题。

国内外学者在测定非饱和土渗透系数上都做了大量的努力，Klute利用稳态试验测定渗水系数；李永乐，李翠然等自制了一套非饱和土三轴仪，对黄河大堤处于非饱和状态的土体进行了渗透特性的试验研究；陈洪凯等通过模拟降雨作用，得出表征强风化泥岩入渗过程的土体降雨入渗公式；高永宝，刘奉银等用水-气运动联合测试仪测定非饱和土渗透系数。这一系列的研究和对仪器的探索使得非饱和土的渗透系数量测变得更加准确和简单。然而对于非饱和土渗透特性的研究尚不完全成熟，还有大量的问题需要处理解决。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提出一种模拟非饱和土渗透试验测试用仪器，采集新的数据，更正引入新的模型参数，并同时提出新的计算方法，纠正以往数据的不准性。

为实现上述目的，本发明提供了一种土壤瞬时渗透特性测试仪，其特征在于：包括试样管，所述试样管下方通过底板形成密封，所述底板内开设至少一个排水口A和排水口B，所述排水口A与陶土板底部的排水环道连通，所述陶土板外周另设有透水孔，所述透水孔下方设置排水口B；所述试样管外周从上至下均匀布置至少五组采集传感器，每组采集传感器均包括含水率传感器、吸力传感器和水压传感器，且所述含水率传感器、吸力传感器和水压传感器沿圆周均匀布置；所述试样管顶部通过法兰连接顶盖，所述顶盖设有对穿的进气口和进水口。

在上述结构中，常规渗透试验时，打开排水口B，关闭排水口A，土壤中的水和空气都通过透水孔排出而在需要测试非饱和状态下土壤渗透特性时，打开排水口A，关闭排水口B，土壤内的水分必须通过陶土板才能够进一步的进入排水口A，而空气无法通过陶土板排出；五组传感器的设置是便于分层监测，测出不同位置的，不同高度的土壤的数据。

进一步，还包括支撑架，所述支撑架包括底座、竖向立柱、横梁和水平放置支撑板；所述底座上设有定位盘，通过定位盘嵌入在底板下方凹槽形成固定；

所述竖向立柱之间通过横梁连接，并在横梁上固定轴向下压气缸，所述轴向下压气缸的活塞杆下端与试样管内的传压板连接；所述轴向下压气缸与活塞杆之间设有荷载传感器，并在荷载传感器底部固定位移触板，所述位移触板上方的横梁上固定位移传感器，所述位移传感器的探针与位移触板接触。