[发明专利]一种测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法

说明书

本发明公开了一种测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法，装置包括：基座；设置在基座上的试样固定机构，试样固定机构用于固定试样并提供密封试样的闭合空间；围压系统，围压室顶部设置有伸入围压室内的测温计；温度控制系统，温度控制系统包括水温可调的热水箱和设置于基座上的热交换室；吸力控制系统，用于施加吸力给试样；称量系统，与试样排水通道连通以测量试样的排水量。通过设置温度可调控的热水箱可以提供不同温度的热水，为本装置测量的试样营造不同温度下试验环境，并且本装置采用加压与调温分离的內外室双重结构，可避免直接在装置中加热所导致的变形和加热不均匀，可以分别实现单独的围压调节或温度调节。

技术领域

本发明涉及地质工程及岩土工程技术领域，特别涉及一种测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法。

背景技术

土水特征曲线定义为土中基质吸力s与含水量w或体积含水量θ、饱和度S之间的关系。它反映了土壤的储水和释水性质，与孔隙结构和孔径分布密切相关，可以用于预测非饱和渗透性函数、抗剪强度等物理和力学参数，因此在非饱和土力学中有着非常重要的意义。影响土水特征曲线的因素有很多，如滞回性、液体粘滞性影响、应力状态影响、应力历史影响、颗粒级配等，这些因素对土壤的持水能力影响很大，因而引起了众多学者的关注。相比较而言，自然环境中温度的变化是不大的，其对土壤持水能力的影响体现得并不显著，所以往往被忽视。但随着科学技术的不断进步，岩土工程领域所涉及的问题越来越复杂，如地下核废料的处置、二氧化碳地下封存、地热资源开发、石油开采、高压电缆的埋设等，更多的工程设施将承受较大的温度变化。因此，温度对土水特征曲线的影响变得不可忽略。

目前，对非饱和土土-水特征曲线的研究大都是基于试验基础上展开的，通过试验得出某种特定土体在特定条件下的土-水特征曲线，然后归纳出其数学表达式，提出相应的模型。需要指出的是，现有的关于非饱和土基本性质的研究，不论是本构模型还是室内试验，大多是在常温下进行的。为了研究非饱和土持水特性受温度影响的规律，发明了一种测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法，目的是为了研究非饱和土持水特性受温度影响的规律，解决传统研究方法不能揭示温度影响的土水特征曲线以及其影响机理。

根据本发明第一方面的一种测量不同温度下土水特征曲线的装置，包括：基座；设置在所述基座上的试样固定机构，所述试样固定机构用于固定试样并提供密封所述试样的闭合空间，且具有试样排水通道；围压系统，所述围压系统包括设置于所述基座上的围压室、给所述围压室供水的围压进水机构、以及给所述围压室供压的围压控制器，所述围压室包围在所述试样固定机构外以提供外部压力与温度给所述试样，所述围压室顶部设置有伸入所述围压室内的测温计；温度控制系统，所述温度控制系统包括水温可调的热水箱和设置于所述基座上的热交换室，所述热水箱通过管道与所述热交换室连通以提供循环恒温水，所述围压室位于所述热交换室内以用于通过热交换获得恒定温度；吸力控制系统，与所述试样固定机构的闭合空间连通以用于施加吸力给所述试样；称量系统，与所述试样排水通道连通以测量所述试样的排水量。

根据本发明第一方面的测量不同温度下土水特征曲线的装置，至少具有如下有益效果：通过设置温度可调控的热水箱可以提供不同温度的热水，为本装置测量的试样营造不同温度下试验环境，并且本装置采用加压与调温分离的內外室双重结构，位于内室的围压室通过在试样外构造围压系统模拟真实环境中的四周压力，位于外室的热交换室与围压室之间相互隔离只能通过热交换传递热量，可避免直接在装置中加热所导致的变形和加热不均匀，加压与调温分离，可以分别实现单独的围压调节或温度调节，而不受另一因素影响，保证试验的顺利进行。