[发明专利]受污染土体饱和与非饱和强度测定装置及方法

权利要求书

1.一种受污染土体饱和与非饱和强度测定装置，其特征在于，包括试样柱、气相吸力控制模块、膜吸力控制模块和加载模块，所述试样柱中设置试样土体，两端分别设置有一透水石，所述试样柱设置在一支撑结构上，通过所述支撑结构夹紧固定，所述气相吸力控制模块与所述试样柱的两端连通，通过气相法控制所述试样土体的吸力，所述膜吸力控制模块与所述试样土体的底端连通，通过半透膜控制所述试样土体的吸力，所述加载模块与所述试样柱的一端相对应，能向所述试样柱加载压力；

所述气相吸力控制模块通过第一通气管与所述试样柱的顶端连通，所述试样柱的顶端与底端通过第二通气管连通，所述膜吸力控制模块通过第一通液管与所述试样柱底端连通，通过第二通液管与所述第二通气管的底端连通；

所述气相吸力控制模块主要由气源和气泵组成，所述第一通气管连通所述气源与所述试样柱的顶端，所述气泵设置在所述第一通气管上；

所述膜吸力控制模块主要由化学溶液瓶、蠕动泵和半透膜组成，所述半透膜为PEG膜，所述PEG膜设置在所述试样柱底端的透水石下表面，所述第一通液管的一端与所述化学溶液瓶连通，另一端与所述试样柱底端连通，所述蠕动泵设置在所述第一通液管上，所述第二通液管的一端与所述化学溶液瓶连通，另一端与所述第二通气管的底端连通；

所述试样柱由两个半筒组成，所述半筒通过折页铰接，所述试样柱上还设置有箍紧件和密封条，所述箍紧件设置在两个所述半筒中部，所述密封条贴合在两个所述半筒相接的缝隙处。

2.根据权利要求1所述的受污染土体饱和与非饱和强度测定装置，其特征在于，所述试样柱为圆筒形结构，竖直安装在所述支撑结构上，所述支撑结构包括设置在地面上的底座，所述底座上固定安装有多根竖直的螺柱，所述螺柱上设置有一圆盘形的活塞，所述活塞活动套设在全部所述螺柱上，所述活塞的底端与所述试样柱顶端挤压接触；每根所述螺柱上均螺旋套设有一螺帽，所述螺帽的下表面与所述活塞的上表面接触。

3.根据权利要求2所述的受污染土体饱和与非饱和强度测定装置，其特征在于，所述试样柱的顶端与所述活塞接触的缝隙位置、所述试样柱的底端与所述底座接触的缝隙位置还分别设置有一密封圈。

4.根据权利要求2所述的受污染土体饱和与非饱和强度测定装置，其特征在于，所述活塞上设置有一加载通孔和多个安装管道的通孔，所述底座上同样设置有多个所述通孔。

5.根据权利要求1所述的受污染土体饱和与非饱和强度测定装置，其特征在于，所述第一通气管、所述第二通气管与所述试样柱顶端的连接处分别设置有一开关，所述第一通液管与所述试样柱底端的连接处设置有一所述开关，所述第二通气管的、与所述第二通液管连接点的两侧管段内分别设置有一所述开关。

6.根据权利要求4所述的受污染土体饱和与非饱和强度测定装置，其特征在于，所述加载模块包括架设在所述试样柱上方的加载架，所述加载架上设置有一竖直的加载柱，所述加载柱与所述加载通孔相对应，所述加载柱的顶端与一弹性体连接，所述加载架的两侧均设置有刻度条，所述加载柱上设置有压力传感器，所述压力传感器与一可视化的压力控制器连接。

7.一种受污染土体饱和与非饱和强度测定方法，采用如权利要求1-6任意一项所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将试样土体、透水石装入试样柱中，再将PEG膜安装在试样柱底端的透水石下表面，或者不装PEG膜，利用箍紧件和密封条箍紧试样柱且密封接口处，将试样柱竖直安装在支撑结构上，拧紧螺帽使底座和活塞夹紧固定试样柱，将气相吸力控制模块以及膜吸力控制模块安装，使第一通气管与试样柱顶端连通，第二通气管将试样柱的顶端和底端连通，第一通液管与试样柱底端连通，第二通液管接通第二通气管底端；

步骤二、打开第一通液管、第二通气管靠近试样柱底端的开关，接通化学溶液瓶与蠕动泵，向试样土体泵送化学溶液，使化学溶液均匀渗入试样土体，直至试样土体饱和，从试样柱顶端的透水石以及通气管中能观测到渗出液；

或者，开启气源、气泵和蠕动泵、化学溶液瓶中装有饱和盐溶液，打开全部开关，调节试样土体与气体的相通性，使试样土体处于自然状态下，模拟受污染土体非饱和状态下的吸力变化过程，试样达到吸力平衡时，基于开尔文公式得到不同饱和盐溶液对应的吸力，最后得出试样土体对应的吸力值，以此来绘制试样土体的土-水特征曲线；

或者，打开第一通液管、第二通气管靠近试样柱底端的开关，化学溶液瓶中装有大分子的PEG溶液，接通化学溶液瓶与蠕动泵，向试样土体泵送溶液，直至试样土体中的吸力与PEG溶液的吸力达到平衡，此时PEG溶液所对应的吸力即对应为此时试样土体中的吸力值，以此来绘制试样土体的土-水特征曲线；

或者，开启气源、气泵和蠕动泵、化学溶液瓶中装有大分子的PEG溶液，打开全部开关，观察试样土体在气相法和PEG膜法的有机结合下的吸力变化，模拟受污染土体非饱和状态下的吸力变化过程，最后测定试样土体吸力参数，由此来绘制试样土体整个吸力范围内的土-水特征曲线；

步骤三、关闭对应的设备和开关，拆除箍紧件，安装加载模块，对试样土体顶端加压、进行无侧限抗压强度试验，得到试样土体饱和/非饱和强度参数及形变特征，通过试验获得的强度参数和形变特征，可以及时反馈饱和/非饱和污染土体力学特性的演化规律；

步骤四、采集试样土体和化学溶液，进行后续辅助试验分析。