[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

说明书

本发明提供了一种饱和非饱和土水特征参数测试装置及实验方法，该测试装置包括饱和土水特征参数测定装置和非饱和土水特征参数测定装置：该实验方法包括以下步骤：测定饱和土水特征参数的步骤和测定非饱和土水特征参数的步骤。本发明的有益效果为：本发明既可以用于土样测试饱和土的渗透系数，也能用于土样非饱和土水特征参数的测试；可一样两用、更换及使用操作简单，可节约实验制样和测试时间，提高实验效率；可用于粒度较大土体的土水特征参数测试，如碎石土、粗粒土、砂砾土等。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体是对饱和非饱和土水的渗透系数、基质吸力、湿度和温度等特征参数的测试，尤其涉及一种饱和非饱和土水特征参数测试装置及实验方法。

背景技术

达西定律是土体中水的渗流速度与水力坡降之间的呈现一定线性关系的规律。由于液体在土颗粒之间不均匀孔隙中运动，为了描述土体中渗透特性，引入了渗透系数，渗透系数是研究土颗粒性质重要参数之一。渗透系数k是一个代表土的渗透性强弱的定量指标，也是渗透计算时必须用到的一个基本土中参数。不同类型的土，渗透系数k值也存在着较大差异，因而为了研究土的性质，测量土的渗透系数具有非常重要的意义，其结果也对于实际工程具体施工建设具有重要的指导意义。渗透系数试验测定方法，通常包括实验室测定法和野外现场测定两大类。测定渗透系数一般采用土工实验室常用的仪器设备，但对于颗粒较大的土体，例如土石混合料，采用传统的设备装样，不仅容纳土样量较小，而且由于设备、试验材料等因素，也加剧了夯实土样的难度，不易方便操作，也耗费了大量的人力物力，增加实验所需的成本。

此外，自然界存在一定的饱和土壤，但土大部分以非饱和土方式存在。为了探究非饱和土的性质特性，其中基质吸力对其特性有着举重若轻的影响。根据非饱和土的基质吸力是指水气界面两侧的压力差，从而确定非饱和土的基质吸力与土的含水率之间存在着一定比例的关系。为了测量非饱和土的基质吸力，一般采用滤纸法、压力板仪法和张力计法进行基质吸力测量。滤纸法通常适用于实验室中的吸力量测，可以测量具有较大范围的基质吸力，但对其操作步骤要求较为严格，细微的差错就会导致试验结果与理想结果产生偏差。而压力板仪法的缺陷在于无法考虑压应力对土水曲线的影响，并且试验周期长。此外，普通张力计法不适用于高量程的测量范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种饱和非饱和土水特征参数测试装置及实验方法，用来测试土特性的渗透系数、基质吸力、湿度和温度等特征参数。

本发明是通过如下措施实现的：一种饱和非饱和土水特征参数测试装置，其中，包括螺母、封闭顶板、支撑杆、渗透室、底板、数显水压压力表、出水口水管、水管配件、进水口水管、水压稳压器，透水石、土样、量杯、圆环顶板、土壤水分传感器、基质吸力传感器、数据采集卡、辅助板、电脑、螺栓孔和圆环密封槽；

饱和土水特征参数测定装置：

所述支撑杆的顶部和底部分别与封闭顶板、底板连接，并用螺母拧紧，所述封闭顶板、底板均开设有螺纹孔；所述封闭顶板、底板均设有一定厚度的圆环密封槽，所述圆环密封槽与渗透室通过圆环硅胶垫片相互扣合达到止水效果；所述出水口水管、进水口水管分别与所述封闭顶板、底板通过水管配件连接，水的流向自下而上；所述数显水压压力表由三通角阀内外丝与进水口水管紧密连接；所述透水石放置在土样两侧；

非饱和土水特征参数测定装置为：

所述土壤水分传感器和基质吸力传感器放入土样中，且放置土壤水分传感器和基质吸力传感器端部位置位于同一水平面；所述土壤水分传感器和基质吸力传感器通过数据采集卡转换信号；所述圆环顶板更换封闭顶板，所述辅助板更换上部透水石。

作为本发明提供的一种饱和非饱和土水特征参数测试装置进一步优化方案，所述土样不仅用作饱和土测试，也可以用作非饱和土测试。

作为本发明提供的一种饱和非饱和土水特征参数测试装置进一步优化方案，所述辅助板具有三个圆形通孔、四个方形通孔，