一种测量不同温度下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测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法，装置包括：基座；设置在基座上的试样固定机构，试样固定机构用于固定试样并提供密封试样的闭合空间；围压系统，围压室顶部设置有伸入围压室内的测温计；温度控制系统，温度控制系统包括水温可调的热水箱和设置于基座上的热交换室；吸力控制系统，用于施加吸力给试样；称量系统，与试样排水通道连通以测量试样的排水量。通过设置温度可调控的热水箱可以提供不同温度的热水，为本装置测量的试样营造不同温度下试验环境，并且本装置采用加压与调温分离的內外室双重结构，可避免直接在装置中加热所导致的变形和加热不均匀，可以分别实现单独的围压调节或温度调节。

A device and method for measuring soil water characteristic curve at different temperatures

【技术实现步骤摘要】
一种测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法
本专利技术涉及地质工程及岩土工程
，特别涉及一种测量不同温度下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中基质吸力s与含水量w或体积含水量θ、饱和度S之间的关系。它反映了土壤的储水和释水性质，与孔隙结构和孔径分布密切相关，可以用于预测非饱和渗透性函数、抗剪强度等物理和力学参数，因此在非饱和土力学中有着非常重要的意义。影响土水特征曲线的因素有很多，如滞回性、液体粘滞性影响、应力状态影响、应力历史影响、颗粒级配等，这些因素对土壤的持水能力影响很大，因而引起了众多学者的关注。相比较而言，自然环境中温度的变化是不大的，其对土壤持水能力的影响体现得并不显著，所以往往被忽视。但随着科学技术的不断进步，岩土工程领域所涉及的问题越来越复杂，如地下核废料的处置、二氧化碳地下封存、地热资源开发、石油开采、高压电缆的埋设等，更多的工程设施将承受较大的温度变化。因此，温度对土水特征曲线的影响变得不可忽略。目前，对非饱和土土-水特征曲线的研究大都是基于试验基础上展开的，通过试验得出某种特定土体在特定条件下的土-水特征曲线，然后归纳出其数学表达式，提出相应的模型。需要指出的是，现有的关于非饱和土基本性质的研究，不论是本构模型还是室内试验，大多是在常温下进行的。为了研究非饱和土持水特性受温度影响的规律，专利技术了一种测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种测量不同温度下土水特征曲线的装置及方法，目的是为了研究非饱和土持水特性受温度影响的规律，解决传统研究方法不能揭示温度影响的土水特征曲线以及其影响机理。根据本专利技术第一方面的一种测量不同温度下土水特征曲线的装置，包括：基座；设置在所述基座上的试样固定机构，所述试样固定机构用于固定试样并提供密封所述试样的闭合空间，且具有试样排水通道；围压系统，所述围压系统包括设置于所述基座上的围压室、给所述围压室供水的围压进水机构、以及给所述围压室供压的围压控制器，所述围压室包围在所述试样固定机构外以提供外部压力与温度给所述试样，所述围压室顶部设置有伸入所述围压室内的测温计；温度控制系统，所述温度控制系统包括水温可调的热水箱和设置于所述基座上的热交换室，所述热水箱通过管道与所述热交换室连通以提供循环恒温水，所述围压室位于所述热交换室内以用于通过热交换获得恒定温度；吸力控制系统，与所述试样固定机构的闭合空间连通以用于施加吸力给所述试样；称量系统，与所述试样排水通道连通以测量所述试样的排水量。根据本专利技术第一方面的测量不同温度下土水特征曲线的装置，至少具有如下有益效果：通过设置温度可调控的热水箱可以提供不同温度的热水，为本装置测量的试样营造不同温度下试验环境，并且本装置采用加压与调温分离的內外室双重结构，位于内室的围压室通过在试样外构造围压系统模拟真实环境中的四周压力，位于外室的热交换室与围压室之间相互隔离只能通过热交换传递热量，可避免直接在装置中加热所导致的变形和加热不均匀，加压与调温分离，可以分别实现单独的围压调节或温度调节，而不受另一因素影响，保证试验的顺利进行。根据本专利技术第一方面的一些方案，所述试样固定机构包括第一螺杆、试样帽、透水石、陶土板、试样底座及密封件；所述试样底座设置于所述基座上，所述试样排水通道从试样底座贯穿所述基座，所述密封件用于套设在所述试样外侧并与所述试样帽、所述试样底座连接以构成密封所述试样的闭合空间，所述透水石设置在所述试样上且位于所述试样帽内，所述陶土板设置在所述试样下端并置于所述试样底座的顶部凹槽内，所述第一螺杆设置在所述围压室顶部且下端与所述试样帽抵接以用于固定所述试样。根据本专利技术第一方面的一些方案，所述试样底座的顶部凹槽内设置有与所述试样排水通道连通的渗水孔、和位于所述渗水孔外侧且具有开口的多个同心水槽，相邻所述同心水槽的开口相反。根据本专利技术第一方面的一些方案，所述热交换室由罩设在所述基座上的有机玻璃罩构成，所述有机玻璃罩通过第二螺杆与所述基座上的螺孔螺纹连接固定；所述围压室由罩设在所述基座与有机玻璃罩顶部之间的有机塑料直筒构成；所述有机玻璃罩与所述基座之间设置有第一密封圈，所述基座与所述有机塑料直筒之间设置有第二密封圈，所述有机玻璃罩顶部与有机塑料直筒之间设置有第三密封圈。根据本专利技术第一方面的一些方案，所述围压进水机构包括依次连接的水泵、设有内室进水开关的管道和内室进水通道，所述内室进水通道设置于所述基座内且其输出端与所述围压室连通；所述围压控制器通过设有内室加压控制开关的管道与设置在所述基座内的内室加压通道连接，所述内室加压通道的输出端与所述围压室连通。根据本专利技术第一方面的一些方案，所述热交换室的顶部设有外室出水通道，所述基座设有连通所述热交换室的外室进水通道，所述热水箱输出侧的管道设置有外室进水开关并与所述外室进水通道连通，所述热水箱输入侧的管道连通所述外室出水通道。根据本专利技术第一方面的一些方案，所述吸力控制系统包括依次连接的气压控制器、设置有吸力控制开关的管道、气压通道，所述气压通道从所述基座延伸至所述试样固定机构的闭合空间内。根据本专利技术第一方面的一些方案，所述称量系统包括设置有排水通道开关的排水管、具有刻度的三角烧瓶、高精度电子天平，所述三角烧瓶置于所述高精度电子天平中密封，所述排水管一端与所述试样排水通道连通、另一端伸入所述高精度电子天平内与所述三角烧瓶连通。根据本专利技术第一方面的一些方案，所述的测量不同温度下土水特征曲线的装置还包括数据采集系统和与所述数据采集系统连接的智能终端，所述数据采集系统分别与所述所述测温计、所述热水箱、围压系统、所述吸力控制系统、所述称量系统连接以控制其工作并采集数据反馈给所述智能终端，所述智能终端用于根据所述数据采集系统采集的温度数据、围压值、吸力值、排水量生成不同温度下的土水特征曲线。根据本专利技术第二方面方案的一种测量不同温度下土水特征曲线的方法，包括以下步骤：步骤1：将待测量的试样固定、密封；步骤2：构造包围试样的围压室与包围围压室的热交换室；步骤3：往围压室注满水并启动围压室水温测量；步骤4：由热水箱向热交换室注入循环恒温水与所述围压室内的水进行热交换；步骤5：给围压室加压到设定围压；步骤6：称量系统对接围压室内的试样排水通道；步骤7：测量到围压室水温达到与热交换室内水温相同的恒定温度时，给试样施加第一级吸力，同时连通试样排水通道以使得称量系统测量所述试样的排水量，定时测量一次所述试样的排水量，当排水量趋于稳定后读取水的质量m1，然后施加下一级吸力，读取每一级吸力平衡后的排水量mk直至试验完成；步骤8：停止实验，排水泄压取出试样；步骤9：测量残余含水量:称量试样质量m，然后将试样放入烘箱烘干并测其质量ms，残余含水量mw=m-ms;步骤10：计算第i级吸力平衡后的含水质量mwi第i级吸力平衡后的体积含水量θ其中，ρd为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量不同温度下土水特征曲线的装置，其特征在于：包括/n基座（9）；/n设置在所述基座（9）上的试样固定机构，所述试样固定机构用于固定试样（6）并提供密封所述试样（6）的闭合空间，且具有试样排水通道（16）；/n围压系统，所述围压系统包括设置于所述基座（9）上的围压室、给所述围压室供水的围压进水机构、以及给所述围压室供压的围压控制器（26），所述围压室包围在所述试样固定机构外以提供外部压力与温度给所述试样（6），所述围压室顶部设置有伸入所述围压室内的测温计（19）；/n温度控制系统，所述温度控制系统包括水温可调的热水箱（21）和设置于所述基座（9）上的热交换室，所述热水箱（21）通过管道与所述热交换室连通以提供循环恒温水，所述围压室位于所述热交换室内以用于通过热交换获得恒定温度；/n吸力控制系统，与所述试样固定机构的闭合空间连通以用于施加吸力给所述试样（6）；/n称量系统，与所述试样排水通道（16）连通以测量所述试样（6）的排水量。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量不同温度下土水特征曲线的装置，其特征在于：包括
基座（9）；
设置在所述基座（9）上的试样固定机构，所述试样固定机构用于固定试样（6）并提供密封所述试样（6）的闭合空间，且具有试样排水通道（16）；
围压系统，所述围压系统包括设置于所述基座（9）上的围压室、给所述围压室供水的围压进水机构、以及给所述围压室供压的围压控制器（26），所述围压室包围在所述试样固定机构外以提供外部压力与温度给所述试样（6），所述围压室顶部设置有伸入所述围压室内的测温计（19）；
温度控制系统，所述温度控制系统包括水温可调的热水箱（21）和设置于所述基座（9）上的热交换室，所述热水箱（21）通过管道与所述热交换室连通以提供循环恒温水，所述围压室位于所述热交换室内以用于通过热交换获得恒定温度；
吸力控制系统，与所述试样固定机构的闭合空间连通以用于施加吸力给所述试样（6）；
称量系统，与所述试样排水通道（16）连通以测量所述试样（6）的排水量。


2.根据权利要求1所述的测量不同温度下土水特征曲线的装置，其特征在于：所述试样固定机构包括第一螺杆（3）、试样帽（4）、透水石（5）、陶土板（7）、试样底座（8）及密封件；所述试样底座（8）设置于所述基座（9）上，所述试样排水通道（16）从试样底座（8）贯穿所述基座（9），所述密封件用于套设在所述试样（6）外侧并与所述试样帽（4）、所述试样底座（8）连接以构成密封所述试样（6）的闭合空间，所述透水石（5）设置在所述试样（6）上且位于所述试样帽（4）内，所述陶土板（7）设置在所述试样（6）下端并置于所述试样底座（8）的顶部凹槽内，所述第一螺杆（3）设置在所述围压室顶部且下端与所述试样帽（4）抵接以用于固定所述试样（6）。


3.根据权利要求2所述的测量不同温度下土水特征曲线的装置，其特征在于：所述试样底座（8）的顶部凹槽内设置有与所述试样排水通道（16）连通的渗水孔（31）、和位于所述渗水孔（31）外侧且具有开口的多个同心水槽（32），相邻所述同心水槽（32）的开口相反。


4.根据权利要求1所述的测量不同温度下土水特征曲线的装置，其特征在于：所述热交换室由罩设在所述基座（9）上的有机玻璃罩（1）构成，所述有机玻璃罩（1）通过第二螺杆（20）与所述基座（9）上的螺孔（35）螺纹连接固定；所述围压室由罩设在所述基座（9）与有机玻璃罩（1）顶部之间的有机塑料直筒（2）构成；所述有机玻璃罩（1）与所述基座（9）之间设置有第一密封圈（34），所述基座（9）与所述有机塑料直筒（2）之间设置有第二密封圈（33），所述有机玻璃罩（1）顶部与有机塑料直筒（2）之间设置有第三密封圈（36）。


5.根据权利要求1所述的测量不同温度下土水特征曲线的装置，其特征在于：所述围压进水机构包括依次连接的水泵、设有内室进水开关（29）的管道和内室进水通道（30），所述内室进水通道（30）设置于所述基座（9）内且其输出端与所述围压室连通；所述围压控制器（26）通过设有内室加压控制开关（15）的管道与设置在所述基座（9）内的内室加压通道（14）连接，所述内室加压通道（14）的输出端与所述围压室连通。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张闯，李建中，张绍和，贺勇，张玉炘，胡天杨，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43