[发明专利]一种非饱和岩土材料应力渗透测量仪

说明书

本发明公开了一种非饱和岩土材料应力渗透测量仪，属于实验测量仪器技术领域，包括加载平台、密封容器、伺服加载泵、金属管和数据采集系统，所述加载平台设置在密封容器内，所述密封容器的顶部固定设置有质量传感器。本发明中，该非饱和岩土材料应力渗透测量仪上安装有抽风扇b，通过抽风扇b转动的抽出容器瓶内部的空气，密封容器内的空气通过输气管进入到容器瓶的内部，使得容器瓶内部的气压保持平衡，加快了容器瓶内部的饱和盐溶液挥发到空气中的速度，加快了密封容器内部空气湿度的速度，缩短了进行非饱和岩土材料应力渗透测量实验所花费的时间，提高了对非饱和岩土材料应力渗透测量的效率。

技术领域

本发明涉及实验测量仪器技术领域，更具体地说，特别涉及一种非饱和岩土材料应力渗透测量仪。

背景技术

非饱和问题是岩土工程的重要议题之一，诸多岩土工程灾害与材料非饱和特性密切相关，比如土质边坡由于地下水位的变化使得非饱和部分力学特性逐渐弱化而引起失稳，地下隧道由于湿度季节性周期性变化导致围岩产生大量裂纹，使得力学特性和水力特性弱化而对工程安全造成危险。目前，非饱和土力学测试技术相对于饱和土力学而言发展较慢。

非饱和土力学测试技术主要受制于吸力的精确控制和多相物理量的精确测量。根据对期刊文献和专利检索，关于非饱和岩土材料应力-渗透测量仪有以下结果：

不少研究者在吸力控制技术上提出了不少解决方案：英国帝国理工学院在快速高量程张力计(Soil matrix suction:some examples of its measurement andapplication in geotechnical engineering[J],Geotechnique,2003,53,241-253)取得了进展，他们研发了一种微型孔隙水压力传感器，可以快速量测1500kpa以下的吸力，武汉大学的王钊教授研制成功了基质吸力原位量测装置(滤纸法在现场基质吸力量测中的应用[J],岩土工程学报，2003，25，405-408)。

人们一般还是采用质量测量法确定不同饱和度下的岩土含水情况，但是目前，一般都是针对已经经过干燥或湿润过程的岩土试样进行质量测量。

非饱和土的渗透测量，陈正汉等(非饱和土的水气运动规律及其工程性质研究[J],岩土工程学报，1993，15，9-20)1991年设计了一种非饱和渗气试验装置，它可以保证试样不脱模，用量测试验过程中的出水量代替流过试样的空气体积，提高了测气体积精度。法国学者研制了(多孔介质中多相渗流的图像显示研究以及相对渗透率的理论与试验研究[D],北京石油勘探开发科学研究院，1989)一套一维水、气渗流联测装置，他们利用两种半渗透膜，一种透水不透气，置于水的进口和出口，另一种透气不透水，置于气的进口和出口，从而实现水、气的独立控制与量测。

但是，目前没有在已有文献中检索到关于非饱和岩土材料应力-渗透测量仪，同时进行不同应力条件下的非饱和渗透测量和水分跟踪测量设备。

经检索，中国专利授权公告号为CN103645128B，公开了一种非饱和岩土材料应力渗透测量仪，其包括加载平台、三角形金属垫块、下部加压垫块、第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、金属连接钩、活动传力活塞、密封圈、受力油腔、密封螺丝、金属进油管、伺服加载泵、饱和盐溶液、器皿、长方形密闭容器、质量传感器、温度湿度传感器、应变片和数据采集系统，利用该设备针对粘土岩开展了非饱和试验，试验方案是针对高为40mm，直径为36mm的圆柱形试样施加6MPa轴向压力，并开展了干湿循环(湿度在98％到32％之间变化)试验。试验结果表明，轴向压力保持6MPa两周，密闭容箱内湿度控制与预设值只有2％的偏差，质量变化可以实时跟踪，最后测量精度为0.1g。通过该质量变化和Fick扩散方程，确定出了该材料的水气扩散系数为1.0x10-10m/s。同时，应变测量显示其变化规律与质量变化以及湿度变化一一对应的，因此，该设备可以顺利地进行非饱和岩土材料的应力-渗透测试，尤其是针对高应力条件下的测量。