[发明专利]一种饱和非饱和土水特征参数测试装置及实验方法

权利要求书

1.一种饱和非饱和土水特征参数测试装置，其特征在于，包括螺母(1)、封闭顶板(2)、支撑杆(3)、渗透室(4)、底板(5)、数显水压压力表(6)、出水口水管(7)、水管配件(8)、进水口水管(9)、水压稳压器(10)，透水石(11)、土样(12)、量杯(13)、圆环顶板(14)、土壤水分传感器(15)、基质吸力传感器(16)、数据采集卡(17)、辅助板(18)、电脑(19)、螺栓孔(20)和圆环密封槽(21)；

所述水压稳压器(10)设置在进水口水管(9)上，量杯(13)与出水口水管(7)连通，电脑(19)与数据采集卡(17)连接；

饱和土水特征参数测定装置为：

所述支撑杆(3)的顶部和底部分别与封闭顶板(2)、底板(5)连接，并用螺母(1)拧紧，所述封闭顶板(2)、底板(5)均开设有螺纹孔；所述封闭顶板(2)、底板(5)均设有一定厚度的圆环密封槽(21)，所述圆环密封槽(21)与渗透室(4)两侧通过圆环硅胶垫片相互扣合；所述出水口水管(7)、进水口水管(9)分别与所述封闭顶板(2)、底板(5)通过水管配件(8)连接，水的流向自下而上；所述数显水压压力表(6)由三通角阀内外丝与进水口水管(9)紧密连接；所述透水石(11)放置在渗透室(4)中的土样(12)两侧；

非饱和土水特征参数测定装置为：

所述土壤水分传感器(15)和基质吸力传感器(16)放入饱和土水特征参数装置中的土样(12)中，且放置土壤水分传感器(15)和基质吸力传感器(16)端部位置位于同一水平面；所述土壤水分传感器(15)和基质吸力传感器(16)通过数据采集卡(17)转换信号；所述圆环顶板(14)更换封闭顶板(2)，所述辅助板(18)更换上部透水石(11)；

所述辅助板(18)具有三个圆形通孔、四个方形通孔，圆形通孔用于放置所述基质吸力传感器(16)，方形通孔用于放置所述土壤水分传感器(15)和夯实板的导向夯实；

所述夯实板具有四个螺栓孔(20)，用于根据不同夯实能量选择增加等厚度的夯实板和其中两个长螺栓用于拎起夯实板。

2.根据权利要求1所述的饱和非饱和土水特征参数测试装置，其特征在于，所述封闭顶板(2)、圆环顶板(14)和底板(5)均有圆环密封槽(21)，圆环密封槽(21)槽内放置圆环硅胶。

3.根据权利要求2所述的饱和非饱和土水特征参数测试装置，其特征在于，所述封闭顶板(2)、圆环顶板(14)和底板(5)均开设有圆环密封槽(21)，圆环密封槽(21)槽内嵌合有圆环硅胶。

4.根据权利要求3所述的饱和非饱和土水特征参数测试装置，其特征在于，所述支撑杆(3)用于支撑装置和平衡加固装置；

所述的封闭顶板(2)或者圆环顶板(14)、底板(5)、支撑杆(3)通过螺母(1)紧密拧紧固定。

5.根据权利要求4所述的饱和非饱和土水特征参数测试装置，其特征在于，所述圆环顶板(14)开设有大圆环通孔。

6.一种基于权利要求 5所述的饱和非饱和土水特征参数测试装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

测定饱和土水特征参数：

1)数显水压压力表(6)，用于测量进水口水管(9)中流动的水压，待到水压稳定后，在一定的时间t内，测出水压的压强P；

2)量杯(13)，用于测量从渗透室(4)自下而上在渗流流经下渗出水量Q；

渗透室(4)，用于测量土样横断面积A以及土样渗流流经的长度L；

3)得出饱和土水渗透系数

测定非饱和土水特征参数：

1)基质吸力传感器(16)，用于测量非饱和土中的基质吸力，基质吸力金属探头放置土样中，另一侧通过数据采集卡(17)跟电脑(19)连接，通过数据采集系统采集数据；

2)土壤水分传感器(15)，用于测量非饱和土中的温度和湿度，土壤水分传感器(15)头部金属探针全部放进土壤中，另一侧通过数据采集卡(17)跟电脑(19)连接，通过数据采集系统采集数据；

所述的基质吸力传感器(16)和土壤水分传感器(15)放置的高度均在同一水平位置。

7.根据权利要求6所述的饱和非饱和土水特征参数测试装置的实验方法，其特征在于，所述饱和土水特征参数测试装置的实验方法如下：

步骤1：配置实验所需级配土样(12)并分层夯实；

步骤2：在土样(12)顶部和底部放置透水石(11)和滤纸，将封闭顶板和底板与支撑杆一一连接，均匀的拧紧螺母，达到一个密封的容器；

步骤3：在封闭顶板和底板连接水管配件，将出水口水管、进水口水管、水管配件、三通角阀、数显水压压力表、量杯和水龙头一一对应连接，保持整个装置内处于一个密封的环境；

步骤4：调节水压稳压器，为了让数显水压压力表数值处于相对稳定的状态，在规定的时间t＝10min内开始计时，待时间结束后，读取相应各项数值,其中Q＝8.3×10^-3m³,q＝100kpa，由装置的高300mm，直径200mm,可得A＝0.1²×πm²；L＝0.3m；

步骤5：根据实验所得的各项数值，计算可得该土样的渗透系数k＝1.321×10^-5；

非饱和土水特征参数装置实验方法如下：

步骤1：拆解饱和土水特征参数装置，用圆环顶板更换封闭顶板，辅助板替换土样上部透水石，并在土样预埋孔道中放入土壤水分传感器和基质吸力传感器；

步骤2：土壤水分传感器和基质吸力传感器通过数据采集卡连接电脑，电脑上数据采集系统采集实验所得基质吸力、温度和湿度数据，其中基质吸力传感器所测试验范围从50kpa-100kpa,土壤水分传感器所测的温度与室温大致处于20℃，湿度含量在20％-40％；

步骤3：处理土壤水分传感器和基质吸力传感器所测得数据，根据试验所需，数据处理可得基质吸力与土壤湿度呈反比关系。