[发明专利]一种路基土中毛细水上升高度的模拟试验装置及试验方法

说明书

本发明提供了一种路基土中毛细水上升高度的模拟试验装置及试验方法，所述装置包括：蓄水池，用于承装试验用水，其中的试验用水位于设定的水位；透水石，其被放置在所述蓄水池内，且高度与所述蓄水池中设定的水位一致；模具，其形状为中空的筒形，横截面为正方形以便于击实，所述中空部分在竖直方向上的投影位于所述透水石的上表面内，用于容纳土壤样品以形成土柱；所述模具的材质具有不透水性，且所述模具在土柱的四周具有开孔以在所述土柱中埋设土壤湿度计，采用蜡封堵开孔以防止水分蒸发。本发明结构简单，操作方便，能够更准确地测量施工现场路基土中毛细水上升高度。

技术领域

本发明属于市政工程领域，特别地涉及一种路基土中毛细水上升高度的模拟试验装置及试验方法。

背景技术

岩石中毛细水上升高度对于研究包气带水运动、大气降水入渗补给地下水、农田灌溉、盐碱地改良、地下水污染及工程建筑地基处理设计与稳定性评价等，都具有重要意义。

松散岩石的毛细水上升高度测定方法有直接观察法和卡明斯基仪法。前者适用于粗砂和中砂，后者则适用于粉砂和粘土。

直接观察法是将试样装入有刻度的玻璃管中，管的底部缚有滤网，并放置于盛蓄水池中，直接观测毛细水的上升高度。该试验取代表性风干土样，用漏斗分数次装入玻璃管，并用捣棒轻轻捣实。管的底部缚上滤网，放置于盛蓄水池中，保持盛蓄水池中水位不变，且高出玻璃管底部0.5-1.0cm。根据砂土颜色深浅变化，每隔10min观察一次毛细水上升高度(以盛蓄水池中水面为基点)，直至水面高度稳定。

卡明斯基仪法是根据被动毛细力支持下降水柱的作用和应用连通管测定等压面的原理进行。仪器的基本部分是高约20厘米，直径4-6cm的玻璃管，管底装有金属网，并附有双孔橡皮塞。在塞子的小孔中插入附有橡皮管和夹子的细管，塞子的另一个孔则插入直径为0.5-1.0cm的玻璃管，管子的下端用橡皮管与另一玻璃管连成U字型的压力计，压力计下端连接一个三通管，其自由端与另外一个三通相联，三通管的自由端用橡皮管与给蓄水池连接，管上装一个夹子。三通的另一端则连一附有夹子且长约10-12cm 的橡皮管。压力计和橡皮管装在木板上悬挂在墙壁上，在木板上沿压力计右方管有厘米刻度标尺，标尺零点上端与金属网在同一水平面上。实验步骤如下：将试样装入玻璃管中至8cm高。装样时分次数进行并分层捣实。四周孔隙用蜡密封，使之不漏气。筒的下端用有孔橡皮塞塞紧，防止漏气；打开管夹使土样逐渐被水饱和至表面出现水膜为止；土壤饱和后松开管夹 C，使测压管右边水面逐渐下降，至管内水面停止下降，接着水面突然上升时，记下此时测压管的读数，即为毛细水上升的高度H；重复做第二次试验，取算术平均值。如果两次试验相差较大，应该重复试验。

决定土中毛细水上升高度的主要因素包括土的颗粒成分、土体结构、水的温度、水的矿化度及土的电化学性质等等。砂土的孔隙越大，水沿孔隙形成的毛细管上升的速度就越快，但其上升的高度(亦即最大毛细上升高度)并不大。而细粒岩石及粘土中，水的毛细上升高度很大，但速度缓慢，到达最大毛细上升高度的时间很长。当水的矿化度增高或温度降低时毛细管水上升高度增加。毛细管水上升速度随着水的矿化程度的增加而递减，同时速度也取决于盐的成分，如K2SO3溶液上升高度大于NaCl,更大于Na2CO3。

在实际的道路路基土体中，地下水的矿化度随工程地理位置不同而不同，土壤成份、压实度、各结构层厚度、土壤中温度皆不同，而这些都是影响毛细水上升高度的关键因素。特别需要指出的是，道路结构中路面需要承受行车动荷载，行驶车辆对路基土产生的振动影响着毛细水在土壤中的存在形式。

但是，不管采用直接观察法还是卡明斯基毛细仪法，试验条件与真实土体都存在较大差异。直接观察法中，土样的压实度与现场土壤的压实度不同，表明毛细水的渗透环境完全不同；试验用水采用试验室内水，与工程现场地下水的水质差异较大；玻璃管体积相对于半无限弹性体的工程土体而言，太过微小，水力路径与真实情况差别较大。卡明斯基毛细仪法实际上是一种理论方法，有研究证实试验结果与直接观察法相差很大，毛细水很难上升到理论高度。因此，使用现有的测试装置和方法无法准确地确定路基土中毛细水上升高度，进而影响了工程的施工质量。