[发明专利]一种基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置

权利要求书

1.一种基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，主要由气压力室、溶液循环系统、溶质浓度实时监测系统组成。

2.权利要求1所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：气压力室(3)内土样(7)底部设有陶土板(9)，通过控制气压力室内的气压控制土样含水率；土样底部设有溶液循环系统，通过控制土样底部溶液浓度可以控制溶质扩散的方向；溶质浓度实时监测系统可实时测量土样不同高度处的溶质浓度。通过上述三个特征，该装置能用一个土样实现不同含水率下的扩散系数测试，即不需重复制样。

3.权利要求2所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：陶土板(9)，与气压力室外壁处通过O型圈(11)密封，气压力室外壁与顶板(2)、底板(13)通过螺栓和螺母(1)紧固，也通过O型圈密封，通过气压进口(4)向气压力室(3)内部施加气压。

4.权利要求2所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：陶土板(9)为2Bar高进气值陶土板，饱和后微孔隙处的水气界面(弯液面)可承受2个标准大气压而不被击穿，从而起到阻水阻气作用，同时，与土样(3)中饱水小孔隙相接触的陶土板微孔隙中没有水气界面，保持畅通，可以排水。

5.权利要求3所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：土样(7)容纳于土样桶(5)内，置于陶土板上，在气压升高后，土样中稍大的充水孔隙中的弯液面张力不足以平衡气压，水通过陶土板上的饱水微孔隙排出，直至稍小孔隙中弯液面(曲率更大)张力与气压平衡，排水停止。每一级气压都与相应大小的孔隙含水(由弯液面曲率决定)相对应，从而可以实现通过气压精确控制土样含水率。

6.权利要求5所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：土样桶(5)，为一端有刃口的环刀，可用于取原状土样。沿环刀高度方向均匀开两排孔，孔中插电极(6)后用胶密封。

7.权利要求2所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：溶液循环系统，溶液进口管(15)设置在透水石(12)底面，出口管(16)设在边缘间隙(14)处，通过溶液进口管和出口管进行溶液循环，逐渐使透水石和陶土板中的溶液浓度达到(或接近)指定浓度，这一过程中，由于陶土板的阻水阻气作用，该处的溶液循环不会影响土样含水率。当陶土板微孔隙中溶液的溶质浓度高于土样孔隙水浓度时，溶质向土样中扩散，而当使用去离子水循环时，陶土板中浓度逐渐降低，溶质自土样中向下扩散。

8.权利要求7所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：溶液进口管和出口管，穿过气压力室外壁处用O型圈密封。溶液进口管(15)关闭、溶液出口管(16)开放时，可用于测试每级气压对应的土样含水率。

9.权利要求2所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：溶质浓度实时监测系统，包括插入土中的电极(6)、导线(8)和电阻测试仪(10)，能实现不同含水率下试样不同高度处孔隙水中溶质浓度的实时监测，根据各高度处溶质浓度随时间的变化，分析可得到溶质扩散系数。

10.权利要求9所述的基于电阻率测试的非饱和土扩散系数测试装置，其主要特征在于：电极为通电后不易氧化的钛棒，直径1-2mm，固定于土样桶壁(5)上，间距5-10mm，插入土中深度3-8mm。针对所测试土样，在控制的干密度下对不同含水率和不同浓度溶质对应的电阻率事先进行标定后，根据相邻电极间测得的电阻可以直接得出对应的溶质浓度。电极设置两排，每高度处的测试结果取平均值；所述的电阻测试仪(10)，可采用LCR数字电桥，测试时的电流频率不小于200Hz。