[发明专利]非饱和冻土的气透性测试系统及测试方法

说明书

本发明公开了一种非饱和冻土的气透性测试系统及测试方法，它包括样品容器、温湿度控制系统、吸气控制量测装置、测压系统和环境模拟箱，测压系统包括多个压力传感器；样品容器的一端为进气端、另一端为抽气端，其容器壁上沿气体流通方向设有一排测压口；样品容器置于环境模拟箱内、进气端与温度控制系统连通、抽气端与吸气控制量测装置连通，各测压口分别与对应的压力传感器相连。冻土试样置于样品容器内，后置于环境模拟箱内，启动吸气控制量测装置，吸取外部空气，得压力梯度、气压力差，由达西公式可求渗透系数。通过温湿度控制系统控制了渗透气体的温度并保持渗透气体干燥，通过吸气控制量测装置控制吸力与渗气量，从而能够提高测试精度。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种非饱和冻土的气透性测试系统及测试方法。

背景技术

路基冻土病害是困扰我国各项建设的重大问题。近年以来，我国对于冻土机理的研究主要集中于水分，认为冻胀的发生是由于土中孔隙水的温度达到冰点结冰，然而路基土冻结原因中的其中一项重要原因为气态水的冻结成冰。在以往关于高速铁路冻胀现象的研究中，很少有关于水汽的冻结与迁移的理论与实验。

长期以来，非饱和冻土渗透系数测试的复杂性直接影响着人们对非饱和冻土孔隙流体运移规律的认识。目前，人们关注较多的是对渗水系数的测试，主要研究渗水系数与吸力的关系或建立渗透系数与粒度、湿度、密度、结构性之间的关系，即渗透函数。

国内国外也出现了不少测试设备，设备如Barden(1969)的三轴渗透仪及Fleureau1994)的ECD稳态渗透仪并进行了相关研究，但这些测试设备均未很好地解决直接测量渗水量时精度较差的问题。非饱和冻土孔隙水、气处于同一个体系中，渗水系数、渗气系数随孔隙水、气相对含量而变化并相互影响，由达西公式可得出两者之间存在一定的联系。工程中遇到的非饱和土大多处于气连通状态，因此渗气量测试比较容易，且精度较高。例如赵敏、何晖利用水-气运动联合测试仪测定非饱和土渗气系数，但精度较低，且无法测定冻结土特性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种精度较高的非饱和冻土的气透性测试系统及测试方法。

本发明提供的这种非饱和冻土的气透性测试系统，它包括样品容器、温湿度控制系统、吸气控制量测装置、测压系统和环境模拟箱，测压系统包括多个压力传感器；样品容器的一端为进气端、另一端为抽气端，其容器壁上沿气体流通方向设有一排测压口；样品容器置于环境模拟箱内、进气端与温度控制系统连通、抽气端与吸气控制量测装置连通，各测压口分别与对应的压力传感器相连。

在一个具体实施方式中，使所述湿度控制系统包括依次连通的冷干机、干燥器和螺旋玻璃管，螺旋玻璃管的出口与样品容器进气端的气孔连通。

在一个具体实施方式中，使所述吸气控制量测装置包括缸头、缸体、柱塞和驱动机构，缸头连接于缸体的进气端，柱塞的内端装配于缸体内、外端与驱动机构相连；驱动机构带动柱塞沿缸体运动形成负压以吸气。

进一步的，使所述缸头为圆柱头，其内端面上设有环形槽，其内设有相互连通的轴向孔和径向孔，轴向孔的外端设有接头、内端位于环形槽内，径向孔的外端设有放气阀；所述缸体的一端插入环形槽内固接，装配面上设有密封圈。

作为优选，在所述缸体外对应缸头的内端面位置处设有压环。

作为优选，所述柱塞的轴向中心设有螺纹孔。

为了便于掌控吸气力，使所述驱动机构包括丝杆、轴承座、电机和转速传感器，丝杆的一端通过轴承座与电机的输出轴相连、另一端螺纹连接于柱塞的螺纹孔内，电机驱动丝杆转动使柱塞丝杆轴向运动；转速传感器设置于电机外测量电机转速。

为了便于显示吸气量，在所述缸体上设有用于测量所述柱塞行程的位移传感器。