[发明专利]一种测定非饱和土土水特征曲线的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种测定非饱和土土水特征曲线的试验装置及方法，其特征在于：它包括圆柱箱、微波加热系统、喷雾加湿系统、蒸发量测试系统、吸力量测系统、天平量测系统和旋转控制系统；通过圆柱箱和微波加热系统对土样进行密封和加热；通过喷雾加湿系统实现土体定量吸湿；通过蒸发量测试系统精准控制蒸发量；通过吸力量测系统和天平量测系统分别时时监测土体含水量和吸力变化；通过旋转控制系统加速土样水分迁移。本装置操作简便，控制精细，测量准确，实用性强，可为快速测定非饱和土土水特征曲线提供新的技术支持，同时也可用于日常教学工作。

技术领域

本发明涉及土水特征曲线测量技术领域，特别涉及一种测定非饱和土土水特征曲线的试验装置及方法。

背景技术

在自然状态下，气候的变化如降雨入渗和蒸发作用等使土体经历过多次干湿循环作用，对非饱和土的水力-力学性质有着显著的影响，干湿循环作用引起的岩土工程灾害问题日益严重，造成巨大的生命财产损失。近些年来，针对干湿循环作用对非饱和土水力-力学性质的影响引起了大家特别的重视。

土水特征曲线(SWCC)被定义为基质吸力随重量含水量(或饱和度，体积含水率)变化的关系曲线，是非饱和土最重要的本构关系之一。它反映了土体在基质吸力作用下的持水能力，可以用于预测非饱和土渗透系数、变形模量及强度等重要参数，因此在非饱和土力学中有着非常重要的意义。目前实验测定非饱和土土水特征曲线的常见方法有简易蒸发法、压力板法、滤纸法和盐溶液法等，其中简易蒸发法仅使土样表面水分蒸发，导致土样内部含水量和基质吸力分布极不均匀，该方法只能得到脱湿曲线且测量可靠性较低；压力板法采用轴平移技术，将孔隙水压平移至零，直接通过孔隙气压的变化来控制基质吸力值，该方法存在两个方面的缺陷：一方面，每次加压后需要等待土样内气压稳定才能继续加压，而在较高气压时其稳定时间很长；另一方面，轴平移环境和自然环境中吸力存在差异，导致测量精度偏低；滤纸法需先获取滤纸的率定曲线，即建立滤纸含水率-基质吸力关系曲线，然后根据率定曲线推求土样含水量和对应基质吸力，该方法耗时较长、对操作人员的要求很高，且率定曲线的准确性、温度波动及天平精度误差将直接影响测量结果；盐溶液法通过不同的盐溶液控制环境湿度，从而达到控制土样基质吸力的目的，该方法需要多次取出不同土样称量以确认土样与水汽是否达到交换平衡，操作繁琐，测量误差大。综上所述，现有测试技术存在耗时、自动化水平低、数据采集不够精确、吸力平衡条件不易判断等缺点。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种测定非饱和土土水特征曲线的试验装置及方法，以解决目前测量干湿循环下非饱和土土水特征曲线测量时间长、测量误差大的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种测定非饱和土土水特征曲线的试验装置，包括圆柱箱、微波加热系统、喷雾加湿系统、蒸发量测试系统、吸力量测系统、天平量测系统和旋转控制系统，所述圆柱箱内安装有吸力量测系统，所述吸力量测系统底部连接有天平量测系统，所述天平量测系统底部连接有旋转控制系统；所述圆柱箱内部与喷雾加湿系统、蒸发量测试系统、微波加热系统连通。

进一步的改进，所述圆柱箱由双层真空玻璃与钢架拼接而成，分为上下两部分，所述上下两部分采用法兰圈连接；所述圆柱箱底部设有内、外环形开孔，且所述内、外环形开孔两侧分别设置有内滑轨和外滑轨；所述圆柱箱底部中心设有中心孔，所述中心孔处设有滚珠轴承。

进一步的改进，所述内、外环形开孔内分别嵌入有内活塞套和外活塞套，所述内活塞套和外活塞套上分别固定有内密封套、外密封套，所述内密封套、外密封套分别与内滑轨、外滑轨咬合。

进一步的改进，所述旋转控制系统包括电动机，所述电动机连接传动杆，所述传动杆上端连接转轴，所述转轴与圆柱箱底部的滚珠轴承焊接，且转轴与圆柱箱底部的滚珠轴承焊接处的两端用T形密封圈密封；所述传动轴上设置有转盘一和转盘二，所述转盘一在圆柱箱外部，所述转盘二在圆柱箱内部。