[实用新型]一种土水特性曲线测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，特别涉及一种土水特性曲线测试装置。

背景技术

非饱和土水特性主要由土水特性曲线和相对渗透率函数表征，其中基质吸力与饱和度的关系曲线称为土水特性曲线。

直接测量土的基质吸力和相应土水特性曲线的试验测试方法有很多种。根据试验场地的不同，主要分为试验室方法和田间方法两种方式，试验室内测定基质吸力的方法主要有张力计法、砂性漏斗法、压力板仪法、离心机法、滤纸法等，田间测定方法大都是用张力计法与取土烘干法或时域反射计法相结合。

张力计测基质吸力的前提是假定土中气与大气是连通的，孔隙中气压力为大气压力，由于Pc=Pg-Pw，Pg为孔隙压力，Pw为孔隙水压力，Pc为基质吸力，故认为基质吸力的值等于负孔隙水压力值。张力计技术实质上是利用张力计直接测量土中负孔隙水压力。张力计发明很大程度上推进了土水特征曲线量测研究进程，但是土壤吸水过程是短暂的，往往张力计很难捕捉到。

根据张力计测试基质吸力的原理，可知张力计理论上能够测出的最大负压为负的一个大气压（-101.325KPa），但实际上由于空化现象能测出的最大负压为-90KPa左右。而且若土样和测量装置内的水不连续时，测试精度将受到很大影响。此外，对于可溶盐，陶瓷头上并不能形成水气交界面（收缩膜），因此张力计不能直接用于测量含有可溶盐的土壤。

目前最主要测试基质吸力的方法是压力板仪法，相对于张力计来说，压力板仪同样是假定土中气与大气是连通的，其测试原理是首先保持孔隙水压力为零，改变孔隙气压力，根据试样渗出水量或土样质量的变化，来确定土样的含水率，而土样的基质吸力等于平衡状态时施加的气压力值。

采用上述传统方法直接测量土体土水特征曲线，要求试样在各级吸力作用下达到平衡状态，测试时间长、操作复杂。对于试样渗出水量还是采用人工称量，再进行描点绘图，这不仅会在视觉上造成一定的误差，而且无法实时监测试样渗出水量的变化，难以得到确切的土水特性曲线函数。而且压力板仪法施加的压力不容易控制，容易出现误差。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种土水特性曲线测试装置，以实现对饱和度与基质吸力关系曲线测试，同时可以实现土水特性曲线参数的反演，可以实现试样渗出水量的精确测量。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种土水特性曲线测试装置，包括装样与集水系统、注水与加气循环系统和自动控制与采集系统；所述装样与集水系统包括盛装土样的装样容器和设置在装样容器下端的集水管，装样容器下端设置透水层，集水管的上端设置与大气连接的通气管，集水管下端连接第一电磁阀；所述注水与加气循环系统包括空压机，空压机通过导管、第二电磁阀、高压水瓶、第三电磁阀与装样容器连接，第二电磁阀和高压水瓶与第三电磁阀所在的管路并联；所述自动控制与采集系统包括第一压力传感器、第二压力传感器、压差传感器以及数据采集装置以及计算机，第一压力传感器和第二压力传感器分别设置在装样容器的上下两端，压差传感器分别与集水管的上下两端连接，第一压力传感器、第二压力传感器和压差传感器与数据采集装置的端口连接，数据采集装置与计算机连接。

优选的方案中，所述自动控制与采集系统包括控制器，第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀以及空压机通过控制器与计算机连接。

优选的方案中，所述集水管上设置刻度。

优选的方案中，所述透水层为海绵。

优选的方案中，所述透水层为陶土板。

优选的方案中，所述集水管下方设置集水容器。

优选的方案中，所述通气管为水平“L”型。

本实用新型提供的一种土水特性曲线测试装置，通过数据采集装置和计算机程序实现对渗出水上下压力差的数据采集，从而实现对渗出水量的测量，摆脱了肉眼读取数据的误差，测试精度有明显的提高，根据气压力以及渗水量可以换算出基质吸力和饱和度的关系，同时根据选定的数学模型以及基质吸力和饱和度，利用计算机内置程序，可以实现土水特性模型参数的反演。优选的方案中，设置的控制器，对于大样本试验，当出水量较大时，能够通过第一电磁阀的循环放水进行持续测量，避免了天平称量时超量程需要倒水的弊端。设置的陶土板，空隙较小，使整个装置可以在高压环境下测试。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的控制电路图。