[发明专利]土体土水特征曲线及渗透系数测试的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种测量土体土水特征曲线以及渗透系数的试验装置及试验方法。包括压力室、用于对压力室施加围压和轴力的气压加载系统、量测系统、水头平衡装置、非饱和土底座气体冲刷系统。压力室及底座部分是测量系统的主体，量测系统包括轴力传感器，轴向位移传感器，吸力传感器、反压饱和器以及智能电子天平。本装置结构简洁明了，易于操作，制作成本低廉，使用寿命长，能同时测试土体土水特征曲线及渗透系数，而且本装置可以同时模拟干化路径和湿化路径进行土水特征曲线测试，可以完全排除土体内部孔隙连通程度对土体的力学性质的影响。相比于传统的土水特征曲线测试仪器，本发明装置测得曲线误差更小，精度更高。

技术领域

本发明涉及的是一种岩土工程技术领域的水力参数测定装置，特别是设计一种用于路基污染土渗透系数以及土水特征曲线的室内试验装置。

背景技术

路基在建造的过程中，一般是在最佳含水率下进行压实以达到最大干密度；在最大干密度下，有着使用路基土最大的密实度以及承载能力；但是在路基实际服役过程中，受到天气，地下水，毛细作用等的影响，地基内部的含水率会随着时间的推移逐步变化；含水率的变化会导致土体内部吸力的变化，降低土体的承载能力，路基沉降增大，导致路基的提前失效；渗透系数的大小，关系到土体内部孔隙水压力消散的速率，空隙介质多相流等问题上起到关键的作用；因此，确定土体水力学参数在非饱和土研究及工程实践中具有十分重要的意义。

目前，针对土水特征曲线的测量大多数在干化路径上进行量测(测量过程中含水率逐渐降低，基质吸力逐渐增加)。在实际状况中，由于降雨，蒸发作用下，土体内部的含水量(基质吸力)变化并不是单一干化路径或者是湿化路径(含水率在测量过程中增加，基质吸力逐渐降低)；因此有必要研制一种仪器，可以测量复杂基质吸力历史下的土水特征曲线；

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，易于操作的土水特征曲线以及渗透系数联合测试仪器，可以精确的测量在复杂基质吸力历史下的土体的土水特征曲线以及渗透系数，尤其是对于粗粒污染土而言。

本发明的目的是通过以下技术手段进行实现的，一种土体土水特征曲线及渗透系数测试的试验装置，包括压力室、用于对压力室施加围压和轴力的气压加载系统、量测系统、用于调节水头高度的水头平衡装置、非饱和土底座气体冲刷系统；

压力室包括顶盖、压力室底座和固定在顶盖、压力室底座之间的筒体，所述压力室底座由陶土板和置于陶土板底下的钢板组成；顶盖上设有通孔，水头平衡装置通过顶盖上的通孔连接至压力室内；水头平衡装置的高度高于压力室；压力室底座圆周上设有若干个通孔；压力室以及底座是设备的主体，实验对象安装在压力室内，与陶土板底座相连，陶土板可控制试样内部的基质吸力。

所述的气压加载系统包括气压加载装置、与气压加载装置固定连接的铁杆、压板和控制气压加载装置加压的气压控制器；铁杆底端竖直穿过顶盖中心并与位于压力室内部的压板固定连接；压板的直径与压力室的筒体直径相配合。气压加载系统可以在土体压实后进一步固结，模拟在不同深度下以及不同应力历史下土体的水力特性。

量测系统包含轴力传感器，轴向位移传感器，吸力传感器、反压饱和器以及智能电子天平。轴力传感器和轴向位移传感器安装在铁杆上，吸力传感器固定在压力室的顶盖上；反压饱和器、非饱和土底座气体冲刷系统与压力室底座上的通孔相连；智能电子天平用于测量渗透系数的流速或是测量在吸力变化情况下，土体内部的含水率的变化。

进一步地，还包括用于固定装置的荷载架，压力室置放在荷载架的底座上，铁杆顶端穿透荷载架的横梁与气压加载装置固定连接，气压加载装置固定在荷载架的横梁上。

进一步地，还包括数据采集仪和电脑，轴力传感器，轴向位移传感器，吸力传感器、反压饱和器和智能电子天平与数据采集仪的数据输入端口相连，数据采集仪输出端口与电脑相连。