[实用新型]测量土水特征曲线的压力板仪

说明书

本实用新型具体公开了一种测量土水特征曲线的压力板仪，包括包括工控机、与工控机连接的控制器、与控制器连接的调压柜和压力固结主机，所述压力固结主机包括垂直加载框架和压力室，所述控制器可对垂直加载框架和压力室进行控制，通过设置于垂直加载框架的横梁上的轴向增压气缸对压力室内的试样进行轴向加载。本装置可获得不同应力状态下完整的脱湿和吸湿土水特征曲线，该仪器的压力板配有两个不同规格的压力表和调节器，在低压范围提高测试精度；本装置的设计可控制基质吸力高达1500kPa；用本装置测得的应力相关的土水特征曲线比传统的土水特征曲线更准确，更接近现场土的性质。

技术领域

本实用新型涉及一种岩土工程测量装置，特别是涉及一种测量土水特征曲线的压力板仪。

背景技术

土水特征曲线的研究是非饱和土研究的一项重要内容，其主要是指非饱和土中形成的基质吸力与土中含水率或者饱和度之间的关系曲线，体现了在基质吸力作用下土体的持水能力。通过土水特征曲线能够有效的确定非饱和土的抗剪强度、渗透特性、扩散特性、体应变等，故在非饱和土力学中占有重要的地位。

研究发现，影响非饱和土土-水特征曲线的因素有很多，除土体自身的影响因素(土体类型、矿物成分、孔隙结构、初始含水率、初始孔隙比等)外，还包括外界因素的影响，如土体所处的应力状态、固结压力、温度等，这些因素的影响最终将反映在非饱和土的土水特征曲线的进气值、减湿率和残余含水率等方面。而通常对非饱和土土水特征曲线的试验研究多采用土-水特征曲线压力板仪，土水特征曲线压力板仪主要是研究非饱和土的固结特性，以及土体在吸湿和脱湿过程中的土-水特征曲线及其滞后性。

因此，为了更精确、有效的进行非饱和土特性的研究，应在一定程度上提高土-水特征曲线压力板仪的各项指标的精确度。针对土体所处的应力状态和固结压力方面的作用，在试验仪器方面，则主要体现在试验过程中试验仪器对试样轴向力的加载方法和轴向力加载的稳定性方面。

目前，测定非饱和土土水特征曲线的常规试验方法为压力板法，可以适用于基质吸力小于1500kPa的土样土水特征参数测量。其原理是利用饱和的高进气值陶土板，采用轴平移技术控制土样的基质吸力，即通过施加一定的气压控制孔隙气压力，使孔隙水压力保持为零，该气压即为当前所施加的基质吸力值。现有的非饱和土测试仪器一般包括活塞式密封的组合式压力腔室，压力腔室的顶盖、底座和透明套筒可以通过组装和拆卸进行土样的装载或移出，压力腔室的各组装部分通过卡槽、密封条和紧固构件实现压力腔室的密封组装，紧固构件对压力腔室各个角度进行加固，压力腔室的顶盖设有内外相通的进气孔，压力腔室底座有与外部连通的进水孔和出水孔，活塞头部为端承板，活塞伸向压力腔室外部的加载端可以承载外来的压力，在加载端还设有测量活塞在压力腔室中竖向平移位移的位移传感器，压力腔室底部安装一块多孔陶土板，土样放置于多孔陶土板之上进行土水特征参数测量。在外加的基质吸力作用下，土样吸水或排水，以达到土样内部的吸力平衡，即土样内部的基质吸力与所施加的基质吸力达到平衡。当土样的水体积不再变化，通过体变管中水头的变化计算得出此时土样的含水量。然后改变气压，等待吸力平衡后再计算含水量。多次重复这一操作，得到一系列的基质吸力以及与之相对应的土样含水量，从而得到基质吸力与含水量间的关系曲线。同时，假定试验过程中，试样环向不发生变形，通过对土样竖向变形的测定，可得到某一基质吸力下土样的饱和度，即可得到基质吸力与饱和度间的关系曲线。但测定饱和度吸力间关系有一前提条件，即试样未脱离环刀或未发生环向变形，等同假设试样环向体积未发生收缩或膨胀，此时仅靠竖向位移计即可得到体积变化。而对大多数非饱和土来讲，在湿化即吸湿过程中，土体产生弹性膨胀，干化即脱湿过程中，土样产生明显的塑性收缩。如膨润土为高膨胀性土，其在吸湿过程中体积膨胀明显。要想得到饱和度与吸力间的关系曲线，就需要在每级吸力平衡时，将吸力解除，取出试样测定试样的质量、体积，然后再重新加载。这一过程，经过卸载、再加载过程，会产生一定的试验误差，以致不能实时的得到准确的饱和度与吸力间关系曲线，量测过程中由于技术要求高而产生的人为误差也会使非饱和土试验装置的应用受到影响。而实际上，现有的用于非饱和土试验仪器由于结构过于复杂，设计和制造成本较高，操作也很不方便。

实用新型内容