一种测量不均匀沉降作用下裂隙土水力特性的装置和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于测量土体不均匀沉降下土体水力特性测量的装置和测量方法，所述测量装置包括测量装置本体，所述测量装置本体包括天平、沉降底座、气袋、土体试样、土样壁、透水石、负孔压计、砝码、位移计、温度计、湿度计、进气口、出气口和高像素相机。所述底座为一中空的台阶状圆柱，所述底座中空的部位放置所述可冲/泄气的气袋，所述土样壁为透明有机玻璃；在所述土体试样中间插入所述负孔压计。土体试样上部为透水石，透水石上部放置砝码。有益效果是有效测量因不均匀沉降引起的裂隙开度和深度的开展，以及在此不均匀沉降条件下土体水力特性，此测量方法简单，用时短，成本低。

Device and method for measuring hydraulic characteristics of fissured soil under uneven settlement

The present invention provides a method for measurement of soil hydraulic characteristics of the uneven settlement of the soil under measurement device and measurement method, the measuring device comprises a measuring device body, the measuring device comprises a base, an air bag, sedimentation balance, soil sample, soil wall, permeable stone, negative pore pressure gauge, weight, displacement meter, thermometer, hygrometer, inlet, outlet and high pixel camera. The base is a hollow cylindrical step shape, the base hollow parts for placing the blunt / deflated airbag, the soil wall is made of transparent organic glass; in the middle of the soil sample is inserted into the negative pore pressure gauge. The upper permeable soil sample, permeable stone is placed on the upper part of the weight. The utility model has the advantages that the utility model can effectively measure the opening and the depth of the cracks caused by the uneven settlement, and the hydraulic characteristics of the soil under the condition of uneven settlement, the measuring method is simple, the time is short, and the cost is low.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土体测量
，涉及一种测量土体水力特性的装置，尤其涉及一种用于测量不均匀沉降作用下裂隙土水力特性的装置和测量方法。
技术介绍
垃圾填埋场覆盖系统位于垃圾堆体的顶部，主要作用是阻止或减少雨水的入渗。由于垃圾的降解，覆盖系统不可避免会产生较大的不均匀沉降。研究表明，覆盖系统的沉降量高达200cm，不均匀沉降最高可达50cm，其引发的裂隙不可忽视。裂隙的存在必然降低覆盖系统的防渗性能，有必要对覆盖系统不均匀沉降引发的裂隙以及水力特性进行测量。现有技术对非饱和土体水力特性的测量较多，如专利(201210196089.4)提出了一种测定非饱和土体渗透系数的装置，该方法能够利用一维入渗试验结合迭代法直接获得非饱和渗透系数；专利(201410021771.9)提出了增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置及方法，能够测量土体湿化和干燥过程中土体的水力特性；专利(201410024072.X)也提出了能够利用同一个土体测量土体横向和纵向的水力特性。然而，上述方法均不能测量土体中裂隙沿深度的开展，亦不能测量裂隙开展后的水力特性。目前，尚无装置和技术能模拟裂隙的开展，以及测量在此过程中水力特性的变化。
技术实现思路
为了弥补现有技术中的空白，本专利技术提供了一种用于测量不均匀沉降作用下裂隙土水力特性的测量装置和测量方法。本专利技术提供了一种用于测量土体不均匀沉降作用下土体水力特性的装置，包括测量装置本体，所述测量装置本体包括底座2、气袋3、土样壁5、透水石6、相机7、负孔压计8、砝码9、位移计10、温度计11、湿度计12以及待测试的土体试样4，所述底座2为中空的台阶状圆柱，所述底座中空的部位放置所述气袋3，所述土样壁5设置于底座2上侧；在所述土体试样4中间插入所述负孔压计8，土体试样上部为透水石6，透水石上部放置砝码9，所述位移计10可以测量土体整体的不均匀沉降，利用所述相机7对土样沉降过程进行拍照，比较照片中土体红、蓝、绿三基色的关联值，确认土体内部变形，进而获取土样内部裂隙16开展的宽度和长度，测量装置本体放置于所述天平1上，测量土体含水量变化。作为本专利技术的进一步改进，所述底座为中空的台阶状圆柱，底座的材质为刚性材料，外侧边长为60mm-300mm，高度为30mm-150mm；中空部位长50mm-280mm，高15mm-75mm。所述土样壁为有机玻璃材料，高度为15mm-75mm，长度为55mm-290mm，厚度为2.5-5mm。作为本专利技术的进一步改进，所述气袋为塑料制品，厚度为2mm-5mm；所述透水石中间开孔，孔径与负孔压计外径相同；所述砝码中心开孔，孔径为3mm-6mm。作为本专利技术的进一步改进，所述底座的四侧密封，中间开有凹槽。所述土样壁为透明有机玻璃，可利用相机拍摄所述土体试样的变化。所述气袋可进行充气/泄气。作为本专利技术的进一步改进，所述透水石的中心开设负孔压计安装孔，孔径比负孔压计外径大1-2mm。所述砝码中心开孔，孔径为3mm-6mm。作为本专利技术的进一步改进，所述天平的测量面大于所述底座，量程大于所述底座、负孔压计和待测试的土体试样总重。本专利技术还提供了一种用于测量土体不均匀沉降作用下土体水力特性的方法，使用前述的装置，定量释放气袋中的气体，使土样发生不均匀沉降。同时，在密封的环境箱一侧进气孔吹入干燥空气，另一侧出气孔排放空气，以加速土样水分变化。根据水势和含水量变化，可测量不均匀沉降作用下土体的水力特性；作为本专利技术所述方法的进一步改进，在密封的环境箱一侧进气孔吹入湿润空气，另一侧出气孔排放空气，使干燥土样湿化。以研究裂隙自愈合和其水力特性；具体地，本专利技术所述的一种用于测量土体不均匀沉降作用下土体水力特性的方法，包括如下步骤：A.将所述气袋(3)放置在所述底座(2)的中间凹槽内，充气使气袋(3)上表面与底座(2)的上表面持平。将待测试的土体试样(4)放置在所述底座(2)，如果待测试土样为重塑土，按设计的干密度在底座(2)中压实；如果土体试样为原状土，将土样切成合适形状放入底座(2)中。B.在所述底座(2)中饱和待测试的土体试样(4)；C.安装负孔压计(8)，土体试样上表面依次放置所述透水石(6)和所述砝码(7)。并将所述底座(2)、负孔压计(8)和待测试的土体试样(4)放在所述的天平(1)上，摆放好相机，相机拍摄频率为1s-100min不等，具体频率视试验需要设定。D.定量释放气袋(3)中的气体，使土样发生不均匀沉降，之后顶部进行自由蒸发，记录负孔压计(8)读数和天平(1)读数，直到负孔压计(8)读数超过量程，测量不均匀沉降下裂隙土的非饱和水力特性参数；E.环境箱一侧进气孔(13)吹入湿润空气，另一侧出气孔(14)排放空气，使干燥土样湿化到干燥前的水势；F.重复步骤D-E。本专利技术相对于现有技术有益效果是：有效测量裂隙深度方向的开展过程，以及不同裂隙程度的土体水力特性，测量方法简单，用时短，成本低。附图说明图1是不均匀沉降作用下裂隙土水力特性测量装置示意图。1-天平；2-底座；3-气袋；4-土体试样；5-土样壁；6-透水石；7-相机；8-负孔压计；9-砝码；10-位移计；11-温度计；12-湿度计；13-进气孔；14-出气孔；15-干燥/湿润空气；16-裂隙。图2是经裂隙作用下土样位移场示意图。16-裂隙；17-变形矢量；4-土体试样。图3是土体位移场放大示意图。16-裂隙；17-变形矢量；4-土体试样。图4是裂隙开度达到2mm时的水力特性曲线。具体实施方式下面结合实例和附图对本专利技术加以解释，但本专利技术不局限于此。如图1所示，一种用于测量土体不均匀沉降作用下土体水力特性的装置，包括测量装置本体，所述测量装置本体包括底座2、气袋3、土样壁5、透水石6、相机7、负孔压计8、砝码9、位移计10、温度计11、湿度计12以及待测试的土体试样4，所述底座2为中空的台阶状圆柱，所述底座中空的部位放置所述气袋3，所述土样壁5设置于底座2上侧；在所述土体试样4中间插入所述负孔压计8，土体试样上部为透水石6，透水石上部放置砝码9，所述位移计10可以测量土体整体的不均匀沉降，利用所述相机7对土样沉降过程进行拍照，测量土样内部裂隙16开展的宽度和长度，测量装置本体放置于所述天平1上，测量土体含水量变化。整套设备可以测量不均匀沉降作用下裂隙土的水力特性。所述为中空的台阶状圆柱，底座(2)的材质为刚性材料，外侧边长为60mm-300mm，高度为60mm-300mm，作为优选方式，所述底座(2)为有机玻璃，外边长为200mm，高度200mm；中空部位长50mm-280mm，高30mm-150mm，作为优选方式，所述中空部位长180mm，高100mm。所述土样壁(5)为有机玻璃材料，高度为15mm-75mm，长度为55mm-290mm，厚度为2.5-5mm，作为优选方式，所述土样壁(5)高度50mm，长200mm，壁厚5mm。所述气袋(3)为塑料制品，厚度为2mm-5mm，作为优选方式，厚度3mm；所述透水石(6)中间开孔，孔径比负孔压计外径大1-2mm，作为优选方式，透水石(6)的直径比负孔压计外径大1mm；所述砝码(9)中心开孔，孔径为3mm-6mm，作为优选方式，孔径为5mm；所述底座(2)的四侧密封，中间开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量土体不均匀沉降作用下土体水力特性的装置，其特征在于：包括测量装置本体，所述测量装置本体包括底座(2)、气袋(3)、土样壁(5)、透水石(6)、相机(7)、负孔压计(8)、砝码(9)、位移计(10)、温度计(11)、湿度计(12)以及待测试的土体试样(4)，所述底座(2)为中空的台阶状圆柱，所述底座中空的部位放置所述气袋(3)，所述土样壁(5)设置于底座(2)上侧；在所述土体试样(4)中间插入所述负孔压计(8)，土体试样上部为透水石(6)，透水石上部放置砝码(9)，所述位移计(10)可以测量土体整体的不均匀沉降，利用所述相机(7)对土样沉降过程进行拍照，比较照片中土体红、蓝、绿三基色的关联值，确认土体内部变形，进而获取土样裂隙(16)开展的宽度和深度，测量装置本体放置于所述天平(1)上，测量土体含水量变化。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量土体不均匀沉降作用下土体水力特性的装置，其特征在于：包括测量装置本体，所述测量装置本体包括底座(2)、气袋(3)、土样壁(5)、透水石(6)、相机(7)、负孔压计(8)、砝码(9)、位移计(10)、温度计(11)、湿度计(12)以及待测试的土体试样(4)，所述底座(2)为中空的台阶状圆柱，所述底座中空的部位放置所述气袋(3)，所述土样壁(5)设置于底座(2)上侧；在所述土体试样(4)中间插入所述负孔压计(8)，土体试样上部为透水石(6)，透水石上部放置砝码(9)，所述位移计(10)可以测量土体整体的不均匀沉降，利用所述相机(7)对土样沉降过程进行拍照，比较照片中土体红、蓝、绿三基色的关联值，确认土体内部变形，进而获取土样裂隙(16)开展的宽度和深度，测量装置本体放置于所述天平(1)上，测量土体含水量变化。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述底座(2)为中空的台阶状圆柱，底座(2)的材质为刚性材料，具体长度和高度以满足自身试验要求为准，中空部位长度和高度均小于所述底座(2)的长度和高度，所述土样壁(5)为透明有机玻璃材料，高度小于所述中空部位的高度，外长度和所述底座(2)一样，厚度视土样大小决定，所述气袋(3)为塑料制品，所述透水石(6)中心开孔放置负孔压计，所述砝码(9)中心开孔。3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述底座(2)的四侧密封，中间开有凹槽；所述土样壁(5)为透明有机玻璃，可利用相机拍摄所述土体试样(4)的变化；所述气袋(3)可进行充气/泄气。4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述透水石的中心开设负孔压计安装孔，孔径比负孔压计外径大1-2mm。所述砝码中心开孔，孔径为3mm-6mm。5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述天平(1)的测量面大于所述底座(2)，量程大于所述底座(2)、负孔压计(8)和待测试的土体试样(4)总重...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坚，陈锐，梅振，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44