[发明专利]用于渗析法测量无侧限条件下非饱和土土水特征曲线的装置

说明书

技术领域

本发明属于地质工程、岩土工程技术领域，尤其是涉及一种用于渗析法测量无侧限条件下非饱和土土水特征曲线的装置。

背景技术

土水特征曲线（Soil-Water Characteristic Curve，简称SWCC）是非饱和土力学中描述土的非饱和状态对其水力、力学特性影响的一个重要工具，它在“含水量-吸力”空间中的位置和形状能够反映土中孔隙结构的特点（孔隙的大小和分布规律）以及土的持水能力；非饱和土力学中的许多研究领域，如强度理论、渗流理论、固结理论、本构理论都涉及到SWCC的应用。目前已有方法测量SWCC低吸力值（小于2MPa）部分中最为简便和常用的是渗析法，然而，以往渗析法测量非饱和土试样土水特征曲线往往直接使用半透膜将试样包裹起来放入预定浓度聚乙二醇（PEG）溶液中进行吸力平衡从而获得非饱和土含水率与吸力之间的关系，但由于受到半透膜尺寸的限制无法对较大尺寸试验进行试验，因此当非饱和土试样均匀性较差时，由于取样位置的差异往往无法获得真实有效的试验结果。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术缺陷而提供的一种用于渗析法测量无侧限条件下非饱和土土水特征曲线的装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于渗析法测量无侧限条件下非饱和土土水特征曲线的装置，其特征在于，该装置包括土试样、乳胶膜和相互呈轴对称放置的一对固定元件，所述土试样为被测对象并制作成圆柱体，圆柱体土试样被塞入有弹性的套筒形乳胶膜内，并置于两个固定元件之间，

所述每个固定元件包括外钢环、透水石、内钢环和半透膜，所述透水石设置于外钢环中心内，所述半透膜作为测试装置的关键功能部件放置在内、外钢环之间，

所述内、外钢环之间通过其两者之间的接触面内采用密封措施以保证内、外钢环之间的密闭性，

所述弹性的套筒形乳胶膜的两端分别穿过其各边侧的内钢环中心圆孔，并在内外钢环间隙伸出且其外沿部反套在内钢环外表面，在所述的反套处采用橡胶圈夹紧限定，以保证密闭；

整个装置的轴向通过螺栓将外钢环、半透膜、内钢环夹紧。

所述“内、外钢环之间通过其两者之间的接触面内采用密封措施”，具体设计为：在内、外钢环之间接触面内设置若干道闭合橡胶圈，同时在内、外钢环连接部位均设有对应的若干条环形凹槽用于固定所述的各橡胶圈。 

如此，本装置内土试样与外部环境之间水分子的交换通道限定为：透水石--半透膜--土试样。本发明装置实验前需进行抽真空排气，被测对象试样需制成圆柱状且直径等于装置中乳胶膜内径。

本发明的使用：将试样制成圆柱状且直径等于乳胶膜内径，利用承膜筒将乳胶膜套在试样外，将装有试样的乳胶膜两端分别穿过两个内钢环中心圆孔，并在内、外钢环间隙伸出且其外沿部反套在内钢环外表面，反套处采用橡胶圈夹紧限定，半透膜放置在内、外钢环之间，利用螺栓将外钢环、半透膜和内钢环夹紧。对整个装置进行抽真空排气后放入预定浓度聚乙二醇（PEG）溶液中进行吸力平衡。

本发明将试样装入乳胶膜中，利用两端钢环密封使其仅能通过两端半透膜与外界进行水力联系，克服了原有方法直接使用半透膜包裹试样导致试样大小受到半透膜尺寸的限制。同时由于本发明在试样径向使用乳胶膜包裹，轴向两端钢环之间无刚性连接，因此当试样具有膨胀性时可进行自由变形而不受约束实现无侧限条件。因此本发明可用于测定较大尺寸不均匀非饱和土土水特征曲线（SWCC），为地质工程、岩土工程等相关领域提供非饱和土参数，具有较高的科研、实用价值。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的内、外钢环结构示意图；

图3为本发明的装置使用方法示意图；

图1中，1为内钢环，2为外钢环，21为透水石，3为螺栓，4为橡胶圈，5为乳胶膜，6为试验土样。

图2中，1为内钢环， 11为中心圆孔，12为螺栓孔，13为橡胶圈，14为半透膜，2为外钢环，21为透水石，22为螺栓孔，23为橡胶圈，4为橡胶圈。

图3中，7为本发明装置整体，8为预定浓度聚乙二醇（PEG）溶液，9为烧杯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例