[发明专利]一种非饱和粗粒土渗透仪及其测试方法

说明书

本发明涉及一种非饱和粗粒土渗透仪及其测试方法，其中渗透仪由密封室、加压系统和测量系统组成。密封室、加压系统和测量系统间通过导气管和导水管连接。密封室由外室和内室组成，内室上、下面均设置陶瓷板，内室侧壁均匀分布小孔。加压系统包括空气压缩机、过滤瓶、调压阀和加压管。测量系统包括测量平台、千分表、气压计、测量管和水箱。该方法基于轴平移的原理，通过测量粗粒土试样在不同吸力下的吸水、排水量，得到试样的土‑水特征曲线和非饱和渗透系数。与现有技术相比，本发明可实现粗粒土的土‑水特征曲线和非饱和渗透系数的测量，测量对象可以是所有砂土，也可以是碎石土、粉土和混合土料。

技术领域

本发明属岩土工程技术领域，具体涉及一种非饱和粗粒土渗透仪及方法。

背景技术

非饱和土分布十分广泛，与工程实践紧密联系的地表土几乎都是非饱和土。经典的饱和土力学原理与概念并不完全符合非饱和土的实际性状，在工程设计中采用饱和土力学的方法，会造成设计过于保守或安全系数过低。因此按非饱和状态下研究土体的工程力学性质是土力学发展的趋势，将非饱和土力学理论应用于实际工程是工程实践的需要。

粗粒土在工程应用中是较为常见的，如路堤和人工坝的填土。与高岭土、黄土及红土相比，粗粒土非饱和性质参数的确定具有一定困难，主要包括：粗粒土粒径范围广，已有的非饱和渗透仪内径多为3.9～10.0cm，不能满足实验需求；当粗粒土黏粒含量较少时，其进气值较小，为确定其进气值，需要试验仪器能控制较小范围的吸力。虽采用土柱法能控制较小吸力且满足较大内径的需要，但测定进出水量较为困难。虽在土柱法中加入传感器(如TDR传感器、孔压计和张力计或湿度计)可以增加含水量测量的精度，但可测量吸力的范围受仪器高度限制，多不超过10kPa。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可用于测量粗粒土土-水特征曲线和非饱和渗透系数的非饱和粗粒土渗透仪及其应用方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种非饱和粗粒土渗透仪，其特征在于，包括密封室、加压系统和测量系统；

所述密封室包括外室(1)和内室(2)，内室(2)置于外室(1)中，外室(1)通过导气管(8)与加压系统相连，内室(2)通过导水管(9)与加压系统相连；

所述加压系统包括空气压缩机(3)、过滤瓶(4)、调压阀(5)、加压管(6)和阀门(7)，所述的空气压缩机(3)通过导气管(8)经过过滤瓶(4)后分别连接外室(1)和加压管(6)；

所述测量系统包括测量平台(10)、千分表(11)、气压计(12)、测量管(13)和水箱(14)，所述的测量平台(10)内设置多个并联的测量管(13)，各测量管(13)通过导水管(9)与加压管(6)相连，所述的千分表(11)设置在密封室上，所述的气压计(12)通过导气管(8)与加压系统相连，水箱(14)通过导水管(9)与加压管(6)和测量管(13)相连。

所述的外室(1)由顶盖(15)、外套筒(16)与底座(17)组成，用O形环(18)密封；

所述的内室(2)由内套筒(22)、加载盘(21)与底盘(23)组成，通过O形环(18)密封。

所述的内套筒(22)侧壁均匀分布有小孔，可施加均匀的气压于试样侧壁；所述加载盘(21)和底盘(23)上装有陶瓷板(24)，陶瓷板(24)与导水管(9)相连，可控制吸力并进行双面排水。

所述的顶盖(15)上安装有加载杆(19)，用于对粗粒土施加所需应力；试验过程中，加载杆(19)和加载盘(21)竖向移动并保持密封，采用千分表(11)测得试样在不同吸力下的体积变化，实现饱和度的精确计算及饱和度对孔隙比影响的测定。

所述的加压管(6)包括上加压管(61)和下加压管(62)，分别通过导水管(9)与加载盘(21)和底盘(23)相连。