运用盐溶液法测土水特征曲线的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种运用盐溶液法测土水特征曲线的装置及方法，该装置包括瓶盖、瓶身和底槽构成封闭空间，其中瓶盖与瓶身之间，瓶身与底槽之间均为可拆卸连接，瓶身内壁安装有支架，支架上设有载重传感器，载重传感器还连接底盘。本发明专利技术通过将瓶身与底槽设置成可拆卸的结构，可以随时更换底槽来进行不同饱和盐溶液的测定，而且可以使用同一个土样进行测定，避免因土样的差异性对实验结果造成的影响。通过底盘连接载重传感器，可随时监测土样重量的变化，无需将待测土样从装置中取出称重，不仅大幅降低工作量，还避免因需要取出土样进行测量破坏装置内的土样与水蒸气的平衡条件的情况发生，避免取出称量过程中水汽对测量数据的影响，提高数据精度。

Apparatus and Method for Measuring Soil-Water Characteristic Curve by Salt Solution Method

【技术实现步骤摘要】
运用盐溶液法测土水特征曲线的装置及方法
本专利技术涉及岩土工程
，具体为一种运用盐溶液法测土水特征曲线的装置及方法。
技术介绍
土水特征曲线定义为土的含水量与土的吸力之间的关系曲线，土的含水量可以是重力含水量(ω)，体积含水量(θ)，也可以是饱和度(Sr)。吸力可以是基质吸力即毛细压力，也可以说是总的吸力。当吸力值很高时(一般大于1500kPa)，基质吸力和总吸力一般可假定为相等的。可以用盐溶液法进行量测土水特征曲线。饱和盐溶液法是目前最常用的高吸力控制技术之一，通过不同的盐溶液控制环境湿度，从而达到控制土样吸力的目的。非饱和土的土水特征曲线实验研究及应用，周晓菊，北京工业大学，硕士学位论文第18页中给出了盐溶液法测试的具体内容。而在土工试验常用的测定盐溶液法测定土-水特征曲线的实验装置是通过采用多个土样放入不同的种类的饱和盐溶液装置进行测量，试验过程中需要每隔一段时间取出来土样进行测定质量来确认土样与水气是否达到交换平衡，该方法存在一定的弊端：其一，在测定不同种类饱和盐溶液的中土样质量的变化的时候需要准备多个土样，这样容易因为多个土样的差异性对实验结果造成影响；其二：在确定土样与水蒸气之间的水气交换平衡时候，需要将土样从装置中拿出来称重并且需要称量多次，操作繁琐；更为严重的是，在将土样从装置中拿出来称重时，会破坏实验装置内的土样与水蒸气的平衡条件，响土样的质量测定数据。因此需要找到一种解决上述弊端的装置来提升实验质量和效率。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种运用盐溶液法测土水特征曲线的装置及方法，能够提高实验的精度和工作效率。本专利技术采取的技术方案是，运用盐溶液法测土水特征曲线的装置，包括瓶盖、瓶身和底槽构成封闭空间，其中瓶盖与瓶身之间，瓶身与底槽之间均为可拆卸连接，瓶身内壁安装有支架，支架上设有载重传感器，载重传感器还连接底盘。进一步地，所述底盘中心设有支撑柱，支撑柱的上方设有用于放置待测土样的托盘，托盘均匀分布有多个上下贯穿的通孔，托盘上方还设有透水纸。进一步地，所述托盘的直径不小于待测土样的直径，底盘的直径大于托盘的直径。进一步地，所述底槽直径与高之比≥1。进一步地，所述瓶盖与瓶身之间，瓶身与底槽之间均为螺纹连接。进一步地，载重传感器将采集到的数据传输给控制器，并通过控制器对数据进行处理。进一步地，控制器为单片机或嵌入式系统或PLC系统本专利技术还涉及采用所述的装置测定土水特征曲线的方法，包括以下步骤：1)配制多组饱和盐溶液，制备待测土样；2)将待测土样放入托盘上，且在托盘与待测土样之间垫透水纸，将饱和盐溶液倒入底槽中，并将瓶盖、瓶身和底槽组装好，放置后读数，至载重传感器测量的数据不变时认为土样与水蒸气之间的水汽交换达到平衡，认为待测土样中吸力等于饱和蒸气压；3)待测土样不变，在底槽更换不同的饱和盐溶液，将瓶盖、瓶身和底槽组装好，放置后读数，至载重传感器测量的数据不变时认为土样与水蒸气之间的水汽交换达到平衡，认为待测土样中吸力等于饱和蒸气压；4)根据各组饱和盐溶液在不同温度下的相对湿度及载重传感器测得的待测土样质量的变化，计算得出待测土样最终含水率，进而得到土样的体积含水率，最终绘制以待测土样体积含水率为纵坐标，以待测土样的吸力为横坐标的土水特征曲线。进一步地，所述盐溶液为8组，分别为K2SO4、KNO3、KCl、NaCl、NaBr、K2CO3、MgCl2和CH3COOK的饱和溶液。进一步地，所述待测土样采用环刀制成直径61.88mm，高度10mm的压实土样。本专利技术通过不同的盐溶液控制不同的环境相对湿度，然后将待测土样置于不同的相对湿度环境下，待测土样中的水分在相对湿度环境下达到水汽交换平衡后，认为待测土样中吸力等于饱和蒸气压；得到以下关系式，根据相对湿度与吸力之间的关系计算得到待测土样的总吸力。式中：S-土的总吸力：kPaRH-相对湿度R-通用气体常量：8.314J(mol·K)T-热力学温度(K)Vw0-水的比容(m3/kg)ωv-水蒸气的摩尔质量(18.016kg/mol)同时，由于根据待测土样实验前和实验完成后的质量计算待测土样的含水率，具体计算公式如下：式中：ω-土样的最终含水率(％)m-土样的初始质量(g)m1-水气交换平衡时土样的质量(g)。土样的最终含水率就认为是体积含水率，最后绘制以待测土样体积含水率为纵坐标，以待测土样的吸力为横坐标的土水特征曲线。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过将瓶身与底槽设置成可拆卸的结构，可以随时更换底槽来进行不同饱和盐溶液的测定，而且可以使用同一个土样进行测定，避免因土样的差异性对实验结果造成的影响。2、本专利技术装置通过将底盘连接载重传感器，可以随时监测土样重量的变化，无需将待测土样从装置中取出称重，不急大幅降低了工作量，还避免了因为取出土样测量破坏装置内的土样与水蒸气的平衡条件的情况发生，避免了取出称量过程中水汽对测量数据的影响，提高了数据的精度。3、本专利技术通过在载重传感器连接的底盘上方设置支撑柱，支撑柱上方设置托盘，托盘上待测土样的重量通过支撑柱作用在底盘的中心部位，使得载重传感器测得的数据更为精准。4、本专利技术中通过在底盘的上方设置托盘，并且底盘的直径大于托盘的直径，托盘上的待测土样在测试过程中水分流失后可能会松散，造成部分土样的脱落，而脱落后的土样会落入到底盘内，不会因土样掉入到盐溶液中而影响数据的准确性。5、本专利技术中的托盘均匀分布多个上下贯穿的通孔，可以使待测土样的底部与周围环境中的空气充分接触，达到水汽的平衡，使得测量结果更为准确。6、本专利技术装置的各个部件结构简单，容易加工或者可以直接从市面上购买，成本低廉，安装方便，功效提升明显。附图说明图1为本专利技术装置的总体结构示意图。图2为本专利技术装置的底盘俯视图。图3为本专利技术装置的托盘俯视图。图4为本专利技术装置载重传感器的主视图。具体实施方式下面结合实施例，进一步阐明本专利技术。如图1-4所示，本专利技术提供了运用盐溶液法测土水特征曲线的装置，包括瓶盖1、瓶身3和底槽10构成封闭空间，其中瓶盖与瓶身之间，瓶身与底槽之间均为可拆卸连接，瓶身内壁安装有支架8，支架上设有载重传感器9，载重传感器还连接底盘7。优选方案中，所述底盘中心设有支撑柱5，支撑柱的上方设有用于放置待测土样的托盘6，托盘均匀分布有多个上下贯穿的通孔，托盘上方还设有透水纸4。透水纸的设置，一方面便于保持土样的完整性，防止土样从通孔中脱落，另一方面，便于水汽的交换，尽快达到平衡。进一步地，所述托盘的直径不小于待测土样的直径，底盘的直径大于托盘的直径。进一步优选方案中，也可以在托盘的外围设置凸缘，用于挡住脱落的土样。优选方案中，所述底槽直径与高之比≥1。适当增加底槽的面积，可以增大饱和盐溶液与周围环境的接触面积，使空气中的水汽尽快达到平衡。优选方案中，所述瓶盖与瓶身之间，瓶身与底槽之间均为螺纹连接。也可以是键连接或销连接等。优选方案中，载重传感器将采集到的数据传输给控制器2，并通过控制器对数据进行处理。载重传感器可选型号XRL-45。更进一步地，控制器为单片机或嵌入式系统或PLC系统。可选的，单片机的型号为STC89C52。采用所述的装置测定土水特征曲线的方法，包括以下步骤：1)制备待测土样；具体的，待测土样采用环刀制成直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.运用盐溶液法测土水特征曲线的装置，其特征在于：包括瓶盖、瓶身和底槽构成封闭空间，其中瓶盖与瓶身之间，瓶身与底槽之间均为可拆卸连接，瓶身内壁安装有支架，支架上设有载重传感器，载重传感器还连接底盘。

【技术特征摘要】
1.运用盐溶液法测土水特征曲线的装置，其特征在于：包括瓶盖、瓶身和底槽构成封闭空间，其中瓶盖与瓶身之间，瓶身与底槽之间均为可拆卸连接，瓶身内壁安装有支架，支架上设有载重传感器，载重传感器还连接底盘。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述底盘中心设有支撑柱，支撑柱的上方设有用于放置待测土样的托盘，托盘均匀分布有多个上下贯穿的通孔，托盘上方还设有透水纸。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述托盘的直径不小于待测土样的直径，底盘的直径大于托盘的直径。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述底槽直径与高之比≥1。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述瓶盖与瓶身之间，瓶身与底槽之间均为螺纹连接。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：载重传感器将采集到的数据传输给控制器，并通过控制器对数据进行处理。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：控制器为单片机或嵌入式系统或PLC系统。8.采用权利要求1-7任意一项所述的装置测定土水特征曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配制多组饱和盐溶液，制备待测土样；2)将待测土样放入托盘上，且在托盘与待测土样之间垫透水纸，将饱和盐溶液倒入底槽中，并将瓶盖、瓶身和底槽组装好，放置后读数，至载重...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，于光涛，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42