[发明专利]基于陶瓷参照块的土水特征曲线测试装置及测试方法

说明书

本发明涉及一种基于陶瓷参照块的土水特征曲线测试装置与测试方法，该装置包括电子秤、样品盒、待测土样和陶瓷参照块。待测土样和陶瓷参照块自下而上依次放置在样品盒内，样品盒放置在电子秤上，依次改变待测土样和陶瓷参照块的含水率，并每隔24小时记录待测土样质量，待连续两次待测土样质量差小于0.01g时，视为待测土样和陶瓷参照块吸力达到平衡，记录多组待测土样和陶瓷参照块的含水率和相对应的质量，并根据陶瓷参照块含水率和吸力相关性标定曲线，计算待测土样与陶瓷参照块在各级吸力平衡状态下的吸力值。使用本发明中的测试装置及方法所得到的土水特征曲线的吸力范围大，精度高，且装置成本低，可重复使用，通过多个相同装置可同时开展多个样品的测试，显著提高了测试效率。

技术领域

本发明涉及岩土工程和土力学技术领域，尤其涉及一种基于陶瓷参照块的土水特征曲线测试装置与测试方法。

背景技术

土水特征曲线定义为土的含水率与土的吸力之间的关系曲线，是描述土体在不同含水率状态下物理力学特性的关键指标曲线。目前，测量土水特征曲线的实验方法有很多种，它们在试验成本、复杂程度和测量范围上各有不同，主要有轴平移法、张力计法、相对湿度控制法、冷镜法和接触式滤纸法等。

现有的土水特征曲线测试方法中，轴平移法与张力计法受高进气值材料的限制，仅可开展待测土样低吸力段的土水特征曲线测试。而相对湿度控制法与冷镜法，仅可开展待测土样高吸力段的土水特征曲线测试。上述方法除了测试吸力范围有限外，其测试装置还包含高进气值材料、压力控制装置、相对湿度控制或测量装置等，测试仪器成本高，不利于多台仪器同时开展试验，测试效率低。接触式滤纸法虽然成本低，且吸力测试范围更大，但由于不同种类或生产批次的滤纸孔隙结构存在差异，通过含水率与吸力值相关性标定的滤纸不能完全代表所有滤纸的特性，且由于滤纸的孔隙结构经过干湿循环后会发生变化，其含水率与吸力值相关性也随之发生变化，无法重复使用。此外，由于滤纸的质量较小，对其进行标定和测试时，质量的称量与含水率计算误差较大，造成土水特征曲线的标定与测试结果存在较大的误差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于陶瓷参照块的土水特征曲线测试装置与测试方法。主要是通过建立陶瓷参照块的含水率与吸力相关性标定曲线，横向比对出待测土样在达到吸力平衡时的吸力值。

本发明中基于陶瓷参照块的土水特征曲线测试装置，包括：

自下而上依次放置在样品盒内部的放置板、待测土样和陶瓷参照块，所述样品盒上端口盖设有密封盖，所述密封盖与所述样品盒密封连接；

设置于所述样品盒内的弹簧，所述弹簧处于压缩状态，且上端连接所述密封盖的底面、下端接触所述陶瓷参照块顶面；

以及用于对所述待测土样和所述陶瓷参照块称重的称重件；

其中通过所述称重件分别称出所述待测土样和所述陶瓷参照块在完全饱和状态、吸力平衡状态及被烘干状态的各自质量，进而可计算出所述待测土样和所述陶瓷参照块的含水率，从而可依据所述陶瓷参照块的含水率与吸力相关性标定曲线来确定所述待测土样的土水特征曲线。

进一步地，所述称重件的称重精度高于等于0.01g，所述样品盒放置在所述称重件上。

进一步地，所述放置板上设有多个贯穿孔，所述放置板与所述样品盒内壁固定连接；所述放置板位于所述样品盒下部，且不接触所述样品盒底面，所述贯穿孔用于使所述待测土样的下端接触所述样品盒内的空气。

进一步地，所述陶瓷参照块由粒径0.001～0.1mm的氧化铝或氧化锆颗粒压实烧结制成。

进一步地，所述样品盒制作材料为透明塑料或透明玻璃。

根据上述基于陶瓷参照块的土水特征曲线测试装置提出一种测试方法，该测试方法包括以下步骤：

S1、利用轴平移法和相对湿度控制法获取陶瓷参照块的含水率与吸力相关性标定曲线；