本发明专利技术公开了一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置及方法，测试装置包括探头、水分交换管、排气系统、气压测试装置；探头侧壁从内至外分别为内透水石层、亲水膜、外透水石层；内透水石层、外透水石层的渗透系数均为亲水膜渗透系数的5~20倍；水分交换管的两端分别与探头和储水管密封连接，储水管为密封结构，水分交换管包括顺直管段和波纹管段；排气系统包括排气管，排气管的一端与探头连接，排气管的另一端贯穿水分交换管、储水管之后与排气水箱连接，排气水箱的内部为负压状态；气压测试装置用于测试储水管内的水分由于被土体的基质吸力吸出而产生的负压。本发明专利技术测试时间快、探头小、自动化程度高，提高了测试准确性。提高了测试准确性。提高了测试准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置及方法
[0001]本专利技术属于土壤测试
，涉及一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置及方法。
技术介绍
[0002]土体为固、液、气三相介质的混合物，三种介质的表面会产生相互作用力，称为基质吸力。这一力已经被表明会显著影响路基土的力学性能，也是20世纪以来，土力学发展的一个重要方向。基质吸力的大小受外界降雨、蒸发、植被吸收等因素影响，处于不确定状态，这对评价路基结构的安全性能不利，因此测试路基土基质吸力的技术至关重要。目前路基土基质吸力的测试场景分为室内试验和室外现场两大类。室外现场测试的手段有很多研究，并有较好的应用。
[0003]但对于室内试验而言，对基质吸力的测试设备提出了新的要求：（1）探头要小。开展室内试验时，往往采用的模型很小、需要埋设的传感器很多，因此，没有大量的空间用来埋设基质吸力测试探头。
[0004]（2）测试要快。开展室内试验时，试验周期一般都很短，同时在测试某些工况时需要传感器能够快速获取数据，因此需要基质吸力测试装置能够更快获得试验数据。
[0005]目前在进行室内试验时，采用陶土探头进行基质吸力测试，由于陶土的透水性很差，造成土体和探头水气平衡的时间长，一般测试一个准确的基质吸力值的时间在24h左右，这不利于准确测试在降雨等条件作用下基质吸力剧烈变化时的值。也有采用金属探头插入土内通电后获取其介电常数，然后利用内置的介电常数与基质吸力的关系曲线进行换算获得，但介电常数与基质吸力的关系会随土体类型、应力状态等不同而存在差异，导致这一技术测试时每次都需要进行校正。
技术实现思路
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置，测试时间快、探头小、自动化程度高，同时解决了气泡在系统内难以去除的问题，提高了测试准确性。
[0007]本专利技术的另一目的是，提供一种土壤基质吸力的快速自动测试方法。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置，包括：探头，所述探头为空心柱体，探头的侧壁从内至外分别为内透水石层、亲水膜、外透水石层，探头的一端通过底座密封；内透水石层、外透水石层的渗透系数均为亲水膜渗透系数的5~20倍；水分交换管，所述水分交换管的两端分别与探头未设底座的一端以及储水管密封连接，储水管为密封结构，储水管上方设有注水口；水分交换管包括顺直管段和波纹管段；排气系统，所述排气系统包括排气管，排气管的一端与探头的内腔连接，排气管的
另一端贯穿水分交换管、储水管，与排气水箱连接，排气水箱的内部为负压状态，负压上限为亲水膜的进气值；其中，排气管贯穿储水管的位置为密封连接；气压测试装置，用于测试储水管内的水分由于被土体的基质吸力吸出而产生的负压。
[0009]进一步的，所述波纹管段端口与探头的间距为10cm
‑
30cm，波纹管段的长度为5cm
‑
10cm。
[0010]进一步的，所述波纹管段采用异形锯齿状，每个锯齿的夹角为45
°‑
135
°
，锯齿外凸高度为管道直径的1/2
‑
1/3；所述顺直管段的截面为梅花型。
[0011]进一步的，所述排气水箱的顶部与真空泵连接，排气管与排气水箱连接处设有密封阀门。
[0012]进一步的，所述排气管采用透明材质制得，直径2
‑
5mm。
[0013]进一步的，所述探头的外部设有防护网。
[0014]进一步的，所述储水管的底部设有排水口。
[0015]进一步的，所述气压测试装置包括数显气压表，数显气压表与储水管之间安装有控制阀。
[0016]进一步的，多个所述测试装置的储水管通过固定螺栓固定于固定架上。
[0017]一种路基土基质吸力的室内快速自动测试方法，包括以下步骤：S1，将探头放入无气泡水内饱和0.5
‑
1h；S2，从注水口向储水管内注入足量的无气泡水，用于排出水分交换管和探头中的空气；S3，开启排气系统，在排气水箱内负压作用下，水分交换管和探头内部的空气通过排气管排出至排气水箱内，使得储水管的无气泡水充满水分交换管和探头；密封排气管与排气水箱的连接端；S4，根据试验需求，设置多个基质吸力测试装置，通过固定螺栓固定于同一固定架上，对土体的基质吸力进行测试。
[0018]本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术实施例采用了透水性好、难透气的亲水膜，透水效果比现有陶土探头好，使得测试时，测试系统达到水气平衡的时间缩短，最终整个测试时间变短；以采用聚醚砜制作的亲水膜为例，其达到水气平衡的时间在2h左右，比传统陶土材料的24h，节约时间90%。
[0019]（2）本专利技术实施例采用数显气压表，可以自动保存过程数据；同时采用排气系统进行自动冲刷气泡，使得操作更为简单，自动化程度高。
[0020]（3）本专利技术实施例通过排气系统进行自动冲刷气泡，同时在水分交换管设置波纹管段，波纹管段内形成特定水流，一方面促进水流出现紊动现场、起到微脉冲作用；另一方面锯齿状的管道刺破大气泡，使其难以大面积聚集，快速去除附着在管道内壁上的气泡，克服了气泡在系统内难以去除的问题。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本专利技术实施例的结构示意图。
[0023]图2a是本专利技术实施例中探头的结构示意图。
[0024]图2b是本专利技术实施例中防护网的结构示意图。
[0025]图3a是本专利技术实施例中顺直管段和排气管的截面图。
[0026]图3b是本专利技术实施例中波纹管段的结构示意图。
[0027]图4是本专利技术实施例的安装示意图。
[0028]图中，1.固定架，2.注水口，3.储水管，3
‑
1.水箱，4.隔绝塞，5.密封阀门，6.排水口，7.控制阀，8.数显气压表，9.水分交换管，10.排气管，11.探头，12.真空泵，13.底座，14.内透水石层，15.亲水膜，16.外透水石层，17.固定螺栓，18.土体，19.波纹管段，20.防护网，21.排气水箱。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例1，一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置，如图1所示，包括注水口2、储水管3、水分交换管9、探头11、气压测试装置和排气系统。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置，其特征在于，包括：探头（11），所述探头（11）为空心柱体，探头（11）侧壁从内至外分别为内透水石层（14）、亲水膜（15）、外透水石层（16），探头（11）一端通过底座（13）密封；内透水石层（14）、外透水石层（16）的渗透系数均为亲水膜（15）渗透系数的5~20倍；水分交换管（9），所述水分交换管（9）的两端分别与探头（11）未设底座（13）的一端以及储水管（3）密封连接，储水管（3）为密封结构，储水管（3）上方设有注水口（2）；水分交换管（9）包括顺直管段和波纹管段（19）；排气系统，所述排气系统包括排气管（10），排气管（10）的一端与探头（11）的内腔连接，排气管（10）的另一端贯穿水分交换管（9）、储水管（3），与排气水箱（21）连接，排气水箱（21）的内部为负压状态，负压上限为亲水膜（15）的进气值；其中，排气管（10）贯穿储水管（3）的位置为密封连接；气压测试装置，用于测试储水管（3）内的水分由于被土体（18）的基质吸力吸出而产生的负压。2.根据权利要求1所述一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置，其特征在于，所述，波纹管段（19）端口与探头（11）的间距为10cm
‑
30cm，波纹管段（19）的长度为5cm
‑
10cm。3.根据权利要求1所述一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置，其特征在于，所述波纹管段（19）采用异形锯齿状，每个锯齿的夹角为45
°‑
135
°
，锯齿外凸高度为管道直径的1/2
‑
1/3；所述顺直管段的截面为梅花型。4.根据权利要求1所述一种路基土基质吸力的室内快速自动测试装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，胡惠仁，刘绍平，彭俊辉，赵赋节，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
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