[发明专利]一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置和方法

说明书

本发明公开一种非饱和颗粒材料粒间接触角测试装置和方法，该装置包括压力室、颗粒移动平台、液滴控制系统、温度湿度控制系统以及外部终端。压力室安装在颗粒移动平台底座沟槽上；颗粒移动平台位于压力室内且由底座、导轨、推进螺栓及滑动平台组成；液滴控制系统采用胶头滴管精准控制；温度湿度控制系统实现对压力室内吸力的控制；外部终端为大光圈高清数码相机、计算机及传感器。本发明还给出一种颗粒材料粒间接触角实验方法，该方法使用如上述的接触角实验装置，通过计算机连接大光圈高清数码相机和传感器的输出端，接收图像数据和温湿度数据。与传统的方法相比，该方法直接用于测试颗粒材料粒间接触角，准确度高，操作简单，易于推广使用。

技术领域

本发明属于土工实验仪器技术领域，涉及非饱和颗粒材料的测试，特别涉及一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置和方法。

背景技术

非饱和颗粒材料，如岩土材料等由于有吸力(毛细力)的存在而使得材料的的力学性质变得非常复杂。影响吸力的因素很多，而水-气交界面的存在是根本原因，目前采用接触角来准确定义任意两相物质间的界面特性。接触角的准确测试一直以来是一个技术难题，现有的技术手段主要是利用液滴直接滴在试样表明进行拍照计算得到接触角，由于大部分颗粒材料，如岩土材料，受固-液-气三相空间分布的随机性，难以准确测得粒间接触角。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置和方法，解决了传统测试手段无法准确获得颗粒材料粒间接触角的难题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置，包括压力室3、颗粒移动平台、液滴控制系统、温度湿度控制系统以及外部终端，其中：

所述颗粒移动平台位于压力室3中，包括底座4，在底座4上设置有水平的可拆卸导轨6，在可拆卸导轨6上设置有两个等高的用于放置待测非饱和颗粒的滑动平台2，每个滑动平台2下方设置有与其配合的水平的推进螺栓8，推进螺栓8穿过压力室3侧壁，尾端位于压力室3外部，通过推进螺栓8控制相应滑动平台2在可拆卸导轨6的水平移动；

所述液滴控制系统包括胶头滴管1，胶头滴管1穿过压力室3的顶面，且滴头高度高于滑动平台2的顶面；

所述温度湿度控制系统包括温度、湿度控制器11，执行端位于压力室3中，控制端位于压力室3外，实现对压力室3内吸力的控制；

所述外部终端包括设置于压力室3外的大光圈高清数码相机9和计算机10及连接于压力室3侧壁的传感器12，其中大光圈高清数码相机9的镜头对准两个滑动平台2的正面，所述传感器12采集压力室3的温湿度数据，所述计算机10连接所述大光圈高清数码相机9和传感器12的输出端，接收图像数据和温湿度数据。

所述压力室3由高透无机玻璃材料制成，并通过沟槽14安装于颗粒移动平台的底座4上。

所述可拆卸导轨6有两条，相互平行，通过支架设置在底座4上，每个滑动平台2骑跨于两条可拆卸导轨6上，滑动平台2的下部与推进螺栓8的螺纹区域配合。

所述胶头滴管1位于两个滑动平台2的中央位置上方。

温度、湿度控制器11可分别选则美国Omega CN32Pt及RHCN-3型温度、湿度控制器，其配备标准USB、可选以太网等实现通讯功能，并以标准的TCP/IP数据包形式传输数据，控制端可在控制器面板操作，执行端位于压力室内部。

本发明还提供了基于所述测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤一：移动两个滑动平台2相互靠近，选取颗粒试样分别放置于两个滑动平台2的相邻侧的顶面位置；

步骤二：设置压力室3内部温度和湿度；