[发明专利]一种测定非饱和土渗透系数的装置及方法

说明书

本发明公开一种测定非饱和土渗透系数的装置，包括用于盛装非饱和土试样的容器，非饱和土试样内插设有张力计，所述容器底部设有筛网，筛网上表面铺设有滤纸，容器底部与第一测量管顶部连通，第一测量管底部与连接管一端连接，连接管另一端与第二测量管底部连接，第二测量管上设有刻度线；另外本发明还公开与之相应的方法；本发明解决了现有间接法测定非饱和土体渗透系数时操作复杂、成本高和耗时长的技术问题，可根据时间t、流量Q以及对应的负孔隙水压力，确定不同饱和度土样的渗透系数，建立基质吸力与渗透系数的关系。

技术领域

本发明涉及岩土实验技术领域，具体地指一种测定非饱和土渗透系数的装置及方法。

背景技术

随着我国在岩土工程领域的逐渐发展，对于非饱和土的研究越来越受研究学者的重视，非饱和土的渗透系数是研究雨水入渗、坝坡渗流等工程问题的重要参数。目前，测定到饱和土的渗透系数相对简单，而非饱和土的渗透系数的只能通过较为复杂的稳态试验法、瞬态剖面法，也有研究者把实验测定的土水特征曲线分割成若干段，并假设每段为均匀基质吸力段，间接计算非饱和土的渗透系数，其试验设备相对复杂、成本高昂、且耗时较长。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种测定非饱和土渗透系数的装置及方法，解决现有间接法测定非饱和土体渗透系数时操作复杂、成本高和耗时长的技术问题，可根据时间t、流量Q以及对应的负孔隙水压力，确定不同饱和度土样的渗透系数，建立基质吸力与渗透系数的关系。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种测定非饱和土渗透系数的装置，包括用于盛装非饱和土试样的容器，非饱和土试样内插设有张力计，所述容器底部设有筛网，筛网上表面铺设有滤纸，容器底部与第一测量管顶部连通，第一测量管底部与连接管一端连接，连接管另一端与第二测量管底部连接，第二测量管上设有刻度线。

优选地，第一测量管上设有第一阀门，第二测量管顶部通过第二阀门与量筒底部连通。

优选地，所述第二阀门为电磁阀，第二测量管两侧分别设有红外线信号发射器和红外线信号接收器，红外线信号接收器与控制器信号输入端连接，控制器与第二阀门控制端连接。

优选地，所述容器、第一测量管和第二测量管均为透明玻璃材质，连接管为橡胶管，所述容器为圆柱形结构，容器底部与第一测量管顶部连通的位置处设置筛网。

优选地，所述第一测量管安装于第一支撑架上，第二测量管安装于第二支撑架上。

另外，本发明还提供使用上述装置来测定非饱和土渗透系数的方法，它包括以下步骤：

步骤1）：在容器底部安装筛网，再在筛网上铺设滤纸；

步骤2）：将非饱和土试样放入容器，并确保其与滤纸完全接触；

步骤3）：在非饱和土试样中安装张力计，测定非饱和土试样的初始负孔隙水压力；

步骤4）：向第二测量管顶部的量筒注水，打开第二阀门，使得水依次流入第二测量管、连接管和第一测量管，保证注水后第一测量管和第二测量管内的液面高度与圆柱形容器内的滤纸平齐，然后关闭第二阀门；

步骤5）：关闭第一阀门，降低第二测量管高度，直至第二测量管顶部降低到滤纸所在水平位置以下，这时第一测量管和第二测量管所形成的水头差对滤纸产生向下的负压力，非饱和土试样对滤纸产生向上的负孔隙水压力，并且使得水头差对滤纸产生的负压力绝对值小于非饱和土试样对滤纸产生的负孔隙水压力绝对值；

步骤6）：记录量筒水位，打开第一阀门；

步骤7）：在非饱和土试样的负孔隙水压力作用下，第一测量管内的水会透过滤纸逐步向容器内流动，与之连通的第二测量管的水位会随之下降，这时打开第二阀门，量筒内的水进入到第二测量管内，确保第一测量管和第二测量管所形成的水头差不变后，再次关闭第二阀门；