土体土水特征曲线及渗透系数测试的试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量土体土水特征曲线以及渗透系数的试验装置及试验方法。包括压力室、用于对压力室施加围压和轴力的气压加载系统、量测系统、水头平衡装置、非饱和土底座气体冲刷系统。压力室及底座部分是测量系统的主体，量测系统包括轴力传感器，轴向位移传感器，吸力传感器、反压饱和器以及智能电子天平。本装置结构简洁明了，易于操作，制作成本低廉，使用寿命长，能同时测试土体土水特征曲线及渗透系数，而且本装置可以同时模拟干化路径和湿化路径进行土水特征曲线测试，可以完全排除土体内部孔隙连通程度对土体的力学性质的影响。相比于传统的土水特征曲线测试仪器，本发明专利技术装置测得曲线误差更小，精度更高。

Test equipment and method of soil water characteristic curve and permeability coefficient test

【技术实现步骤摘要】
土体土水特征曲线及渗透系数测试的试验装置及试验方法
本专利技术涉及的是一种岩土工程
的水力参数测定装置，特别是设计一种用于路基污染土渗透系数以及土水特征曲线的室内试验装置。
技术介绍
路基在建造的过程中，一般是在最佳含水率下进行压实以达到最大干密度；在最大干密度下，有着使用路基土最大的密实度以及承载能力；但是在路基实际服役过程中，受到天气，地下水，毛细作用等的影响，地基内部的含水率会随着时间的推移逐步变化；含水率的变化会导致土体内部吸力的变化，降低土体的承载能力，路基沉降增大，导致路基的提前失效；渗透系数的大小，关系到土体内部孔隙水压力消散的速率，空隙介质多相流等问题上起到关键的作用；因此，确定土体水力学参数在非饱和土研究及工程实践中具有十分重要的意义。目前，针对土水特征曲线的测量大多数在干化路径上进行量测(测量过程中含水率逐渐降低，基质吸力逐渐增加)。在实际状况中，由于降雨，蒸发作用下，土体内部的含水量(基质吸力)变化并不是单一干化路径或者是湿化路径(含水率在测量过程中增加，基质吸力逐渐降低)；因此有必要研制一种仪器，可以测量复杂基质吸力历史下的土水特征曲线；
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单，易于操作的土水特征曲线以及渗透系数联合测试仪器，可以精确的测量在复杂基质吸力历史下的土体的土水特征曲线以及渗透系数，尤其是对于粗粒污染土而言。本专利技术的目的是通过以下技术手段进行实现的，一种土体土水特征曲线及渗透系数测试的试验装置，包括压力室、用于对压力室施加围压和轴力的气压加载系统、量测系统、用于调节水头高度的水头平衡装置、非饱和土底座气体冲刷系统；压力室包括顶盖、压力室底座和固定在顶盖、压力室底座之间的筒体，所述压力室底座由陶土板和置于陶土板底下的钢板组成；顶盖上设有通孔，水头平衡装置通过顶盖上的通孔连接至压力室内；水头平衡装置的高度高于压力室；压力室底座圆周上设有若干个通孔；压力室以及底座是设备的主体，实验对象安装在压力室内，与陶土板底座相连，陶土板可控制试样内部的基质吸力。所述的气压加载系统包括气压加载装置、与气压加载装置固定连接的铁杆、压板和控制气压加载装置加压的气压控制器；铁杆底端竖直穿过顶盖中心并与位于压力室内部的压板固定连接；压板的直径与压力室的筒体直径相配合。气压加载系统可以在土体压实后进一步固结，模拟在不同深度下以及不同应力历史下土体的水力特性。量测系统包含轴力传感器，轴向位移传感器，吸力传感器、反压饱和器以及智能电子天平。轴力传感器和轴向位移传感器安装在铁杆上，吸力传感器固定在压力室的顶盖上；反压饱和器、非饱和土底座气体冲刷系统与压力室底座上的通孔相连；智能电子天平用于测量渗透系数的流速或是测量在吸力变化情况下，土体内部的含水率的变化。进一步地，还包括用于固定装置的荷载架，压力室置放在荷载架的底座上，铁杆顶端穿透荷载架的横梁与气压加载装置固定连接，气压加载装置固定在荷载架的横梁上。进一步地，还包括数据采集仪和电脑，轴力传感器，轴向位移传感器，吸力传感器、反压饱和器和智能电子天平与数据采集仪的数据输入端口相连，数据采集仪输出端口与电脑相连。进一步地，所述的水头平衡装置包括封闭蓄水箱、开口蓄水箱；封闭蓄水箱设有竖直穿入封闭蓄水箱水中的玻璃管，玻璃管顶端用一软木塞塞住；封闭蓄水箱与开口蓄水箱通过管道连接；开口蓄水箱中的水位与封闭蓄水箱中玻璃管底部的位置相等。一种上述试验装置的土水特征曲线试验方法，包括如下步骤：制样：在与压力室尺寸相同的圆形钢筒中利用湿捣法分层击实土体至所需的密实度，拆除钢筒；装样：饱和压力室底座上的陶土板，并在陶土板上依次放置透水石、试样，外部套上压力室的筒体，盖上顶盖并密封：模拟应力路径：按照试验需求通过气压加载系统施加轴向应力；土水特征曲线测试：通过反压饱和器以及气压加载系统分别对土体内部的孔隙水压力、孔隙气压力进行调节，达到目标的基质吸力值。当土体基质吸力平衡后，记录反压饱和器中水体积的变化；通过试样初始状态，进排水量计算得到相应基质吸力下的含水率。测量试样在不同基质吸力下含水率，得到土体的土水特征曲线；依次测试干化路径和湿化路径两种情况下土水特征曲线。再进行下一次吸力值测试时，先通过非饱和土底座冲刷系统对陶土板进行冲刷；一种上述试验装置的渗透系数测试方法，具体为：拆除压力室底座上的陶土板，制样后放入压力室并密封；将水头平衡装置与顶盖上的通孔相连，调整水头高度，待土体内部进水与排水达到平衡，利用达西定律计算土体内部的含水率以及渗透系数。本专利技术的有益效果在于：(1)装置结构简洁明了，易于操作，制作成本低廉，使用寿命长，功能多样，能同时测试土体土水特征曲线及渗透系数，并且改进了以往渗透试验只能模拟单一应力路径下的渗透系数或是土水特征曲线，可以模拟测量在复杂应力路径下的土水特征曲线以及渗透系数。(2)本装置可以同时模拟干化路径和湿化路径进行土水特征曲线测试，可以完全排除土体内部孔隙连通程度对土体的力学性质的影响。相比于传统的土水特征曲线测试仪器，本专利技术装置测得曲线误差更小，精度更高。附图说明图1为本专利技术在不同应力路径下的土水特征曲线以及渗透系数试验装置图。图中，土体加载系统包含：荷载架1、铁杆2、气压加载装置3、气压控制器4；压力室5、通孔6、压力室底座7、压板8、非饱和土底座冲刷系统9、轴力传感器10、轴向位移传感器11、吸力传感器12、反压饱和器13；电脑14、数据采集仪15；封闭蓄水箱16、开口蓄水箱17、管道18、玻璃管19。图2为陶土板底座俯视图。图3为本专利技术试验装置整体装配图。图4为本专利技术试验装置测得的土水特征曲线图。具体实施方式如图1、3所示，一种土体土水特征曲线及渗透系数测试的试验装置，包括压力室5、用于对压力室5施加围压和轴力的气压加载系统、量测系统、用于调节水头高度的水头平衡装置、非饱和土底座气体冲刷系统；非饱和土底座气体冲刷系统用于非饱和土底座气体冲刷，保持陶土板内部的饱和。压力室5包括顶盖、压力室底座7和固定在顶盖、压力室底座7之间的筒体，所述压力室底座7由陶土板和置于陶土板底下的钢板组成，如图2所示；其中陶土板是用于加载吸力；顶盖上设有通孔，水头平衡装置通过顶盖上的通孔连接至压力室5内；水头平衡装置的高度高于压力室5；压力室底座7圆周上设有若干个通孔6；所述的气压加载系统包括气压加载装置3、与气压加载装置3固定连接的铁杆2、压板8和控制气压加载装置3加压的气压控制器4；气压加载装置3还通过一管道与压力室5连通，气压控制器4包括两个控制阀，一个用于控制气压加载装置3施加轴力，另一个控制气压通入压力室5，施加围压。铁杆2底端竖直穿过顶盖中心并与位于压力室5内部的压板8固定连接；压板8的直径与压力室5的筒体直径相配合。量测系统包含轴力传感器10，轴向位移传感器11，吸力传感器12、反压饱和器13以及智能电子天平。轴力传感器10安装在铁杆2上，轴力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土体土水特征曲线及渗透系数测试的试验装置，其特征在于，包括压力室(5)、用于对压力室(5)施加围压和轴力的气压加载系统、量测系统、用于调节水头高度的水头平衡装置、非饱和土底座气体冲刷系统(9)；/n压力室(5)包括顶盖、压力室底座(7)和固定在顶盖、压力室底座(7)之间的筒体，所述压力室底座(7)由陶土板和置于陶土板底下的钢板组成；顶盖上设有通孔，水头平衡装置通过顶盖上的通孔连接至压力室(5)内；水头平衡装置的高度高于压力室(5)；压力室底座(7)圆周上设有若干个通孔(6)；/n所述的气压加载系统包括气压加载装置(3)、与气压加载装置(3)固定连接的铁杆(2)、压板(8)和控制气压加载装置(3)加压的气压控制器(4)；铁杆(2)底端竖直穿过顶盖中心并与位于压力室(5)内部的压板(8)固定连接；压板(8)的直径与压力室(5)的筒体直径相配合。/n量测系统包含轴力传感器(10)，轴向位移传感器(11)，吸力传感器(12)、反压饱和器(13)以及智能电子天平。轴力传感器(10)和轴向位移传感器(11)安装在铁杆(2)上，吸力传感器(12)固定在压力室(5)的顶盖上；反压饱和器(13)、非饱和土底座气体冲刷系统(9)与压力室底座(7)上的通孔(6)相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种土体土水特征曲线及渗透系数测试的试验装置，其特征在于，包括压力室(5)、用于对压力室(5)施加围压和轴力的气压加载系统、量测系统、用于调节水头高度的水头平衡装置、非饱和土底座气体冲刷系统(9)；
压力室(5)包括顶盖、压力室底座(7)和固定在顶盖、压力室底座(7)之间的筒体，所述压力室底座(7)由陶土板和置于陶土板底下的钢板组成；顶盖上设有通孔，水头平衡装置通过顶盖上的通孔连接至压力室(5)内；水头平衡装置的高度高于压力室(5)；压力室底座(7)圆周上设有若干个通孔(6)；
所述的气压加载系统包括气压加载装置(3)、与气压加载装置(3)固定连接的铁杆(2)、压板(8)和控制气压加载装置(3)加压的气压控制器(4)；铁杆(2)底端竖直穿过顶盖中心并与位于压力室(5)内部的压板(8)固定连接；压板(8)的直径与压力室(5)的筒体直径相配合。
量测系统包含轴力传感器(10)，轴向位移传感器(11)，吸力传感器(12)、反压饱和器(13)以及智能电子天平。轴力传感器(10)和轴向位移传感器(11)安装在铁杆(2)上，吸力传感器(12)固定在压力室(5)的顶盖上；反压饱和器(13)、非饱和土底座气体冲刷系统(9)与压力室底座(7)上的通孔(6)相连。


2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，还包括用于固定装置的荷载架(1)，压力室(5)置放在荷载架(1)的底座上，铁杆(2)顶端穿透荷载架(1)的横梁与气压加载装置(3)固定连接，气压加载装置(3)固定在荷载架(1)的横梁上。


3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，还包括数据采集仪(15)和电脑(14)，轴力传感器(10)，轴向位移传感器(11)，吸力传感器(12)、反压饱和器(13)和智能电子天平与数据采集仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志刚，张琪，蔡袁强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33