[发明专利]非饱和土瞬态导水系数测定仪器及方法

说明书

本发明公开了岩土力学和岩土工程技术领域的非饱和土瞬态导水系数测定仪器及方法，包括压力室、通水通气管路、蒸发补偿装置、显示屏以及气压力传感器，压力室由上端盖和下端盖组成，且上端盖和下端盖之间通过螺栓密封连接，压力室上端盖内腔顶部中间通过螺栓固定有上陶土板，本发明操作简单，土样在整个试验过程中不需要取出压力室，通过蒸发补偿装置和显示屏就可以得到土样排水的变化情况，设计了蒸发补偿系统，因为试验时间长，所以需要考虑盛水天平的水分蒸发，数据处理时，盛水天平的排水量加上对照组的蒸发量可以得到净排水量，通过接在显示屏上的U盘可以记录每一时刻的排水量和蒸发量，并计算渗透系数。

技术领域

本发明涉及岩土力学和岩土工程技术领域，具体为非饱和土瞬态导水系数测定仪器及方法。

背景技术

土水特性曲线和非饱和土瞬态渗透系数是岩土力学和岩土工程中需要测定的重要参数。所述土水特性曲线表达的是基质势，即负的基质吸力与含水率之间的关系，它反应的是土的持水性质，也称为持水特性曲线。土水特性是土的固有的水力性质，是另一种本构关系。当前测量非饱和土土水特性曲线的方法主要是压力板仪法和滤纸法。其中，压力板仪一般适用于基质吸力小于1500kPa的情况；滤纸法一般用于测量土中的总吸力或基质吸力，是建立在滤纸与土的吸力平衡的假设基础上的。滤纸法可用于量测很大范围的吸力值。

非饱和土瞬态渗透系数和土水特性曲线是进行岩土工程所需要的重要参数，土体含水量或基质吸力的变化使得土体性质和力学行为发生变化，从而导致一些自然灾害的发生或施工问题的产生。溢出法实验是当下测量渗透系数和土水特性曲线最广泛的方法，例如Gardner分析方法，它是基于土体的水力扩散系数来估算渗透系数的，不能直接反映出非饱和土渗透系数在每一级气压下的变化；还有van Genuchten-Mualem模型法，是基于土水特性曲线的拟合参数来预测渗透系数的，也无法直接反映非饱和土渗透系数每级气压下的变化过程，基于此，本发明设计了非饱和土瞬态导水系数测定仪器及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供非饱和土瞬态导水系数测定仪器及方法，以解决上述背景技术中提出的采用压力板仪直接测定土和其他孔隙材料瞬时导水系数的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：非饱和土瞬态导水系数测定仪器，包括压力室、通水通气管路、蒸发补偿装置、显示屏以及气压力传感器，所述压力室由上端盖和下端盖组成，且上端盖和下端盖之间通过螺栓密封连接，所述压力室上端盖内腔顶部中间通过螺栓固定有上陶土板，所述压力室下端盖的内腔底部中间通过螺栓固定有下陶土板，所述上陶土板与下陶土板的两端之间均竖向安装有环刀，且两组环刀和下陶土板以及上陶土板之间组成土样放置空间，所述土样放置空间的内腔安放有土样，所述蒸发补偿装置设置在压力室的一侧，所述显示屏与压力室之间安装有气压力传感器，且气压力传感器远离蒸发补偿装置的一端设置，所述显示屏上带有USB接口。

优选的，所述通水通气管路包括进水管、上排水管、下排水管以及进气管，所述进水管设置在压力室上端盖的上方，且进水管的底端与上陶土板的顶部连接，所述上排水管和下排水管上下对称安装在压力室的内腔，且上排水管的一端与上陶土板的顶部连接，所述下排水管的另一端与下陶土板的底部连接，且上排水管和下排水管的另一端通过三通管接头连接有L型排出管，所述进气管设置在压力室的下方，且进气管顶端与压力室的内腔连通。

优选的，所述进水管的外端安装有进水阀，所述L型排出管的外端安装有出水阀，所述进气管的外端安装有进气阀。

优选的，所述蒸发补偿装置包括称量排水天平和蒸发补偿天平，且称量排水天平和蒸发补偿天平的顶部均放置有盛水容器，所述称量排水天平顶部的盛水容器的内腔与L型排出管的底端连通，所述称量排水天平和蒸发补偿天平的数据输出端均通过导线以及USB接口与显示屏的数据输入端连接。

优选的，所述环刀中间设计有带有半透膜的小孔，所述上陶土板和下陶土板只过水不通气。

优选的，所述压力室的上端盖和下端盖的连接处安装有O型密封圈。