[发明专利]一种可控制应力状态的非饱和黄土渗透系数曲线测试装置

说明书

本发明一种可控制应力状态的非饱和黄土渗透系数曲线测试装置，包括电脑、加载架、加载杆、电子位移计、套筒、仪表盘支架、水阀、多孔金属加载板、亚克力空心桶、测试土柱、三针式金属探头、张力计、底座、电压信号采集器、马氏瓶、稳压电源、塑料桶和电子秤；所述的亚克力空心桶设在底座上，所述的测试土柱设在亚克力空心桶内，测试土柱的上下两端均设有透水石，测试土柱上端的透水石上方设有多孔金属加载板，所述的多孔金属加载板与亚克力空心桶顶部之间留有空腔；本发明功能齐全、测试精度高、操作方便、响应快捷，对评估非饱和黄土渗透以及湿陷性，解决黄土地区因雨水入渗导致的工程建设问题具有重要的价值。

技术领域

本发明属于岩土工程领域的非饱和土水力学特性试验领域，具体涉及一种可控制应力状态的非饱和黄土渗透系数曲线测试装置。

背景技术

黄土是典型的非饱和土，在实际工程建设中，经过压实或强夯处理的黄土可被用作筑坝、路堤、挡土结构和斜坡的工程填料。然而，黄土的湿陷性是工程建设者所面临的棘手问题，大量工程实践表明，在雨季或暴雨之后，雨水入渗是导致黄土地区工程灾害发生的重要因素之一。为了解决这些建立于黄土之上的土工构筑物和非饱和边坡的水-力耦合渗流问题，准确测试评估其水力学特性至关重要。非饱和黄土的渗透系数，作为非饱和水-力耦合分析的核心参数，对黄土湿陷和雨水入渗引起的工程滑坡研究具有重要理论意义。

应力状态直接影响非饱和土体孔隙结构，进而改变土体的渗透特性。尤其对于黄土这类具有湿陷性的特殊土，其孔隙结构受应力状态的影响更为显著。目前测试非饱和土体渗透系数曲线的方法主要有稳态和瞬态方法。稳态测试非饱和土渗透系数曲线的技术具有耗时的缺点，例如基于非饱和土达西定律的常水头试验多适用于渗透系数较大的非饱和土。对于渗透系数低的土，因流出的水量很少，不仅试验周期长，而且对流入/流出水体积的测量精度要求高。针对上述稳态方法的缺陷，一些学者提出了非饱和土渗透系数曲线的瞬态试验方法和相关装置。现有瞬态的方法虽极大节省了测试时间，但未考虑到土体在入渗过程中应力状态的控制以及变形的量测，对黄土这类具有湿陷性的特殊土并不适用。因此如何快速、可灵活控制应力状态地测试非饱和黄土的水力学特性仍是一个难题。

发明内容

为了克服现有渗透土柱装置不能控制应力状态的问题，本发明提供一种可控制应力状态的非饱和黄土渗透系数曲线测试装置，本发明结构简单，可快速测试应力状态相关的非饱和黄土渗透系数曲线。

本发明采用以下技术方案：

一种可控制应力状态的非饱和黄土渗透系数曲线测试装置，包括电脑、加载架、加载杆、电子位移计、套筒、仪表盘支架、水阀、多孔金属加载板、亚克力空心桶、测试土柱、三针式金属探头、张力计、底座、电压信号采集器、马氏瓶、稳压电源、塑料桶和电子秤；

所述的亚克力空心桶设在底座上，所述的测试土柱设在亚克力空心桶内，测试土柱的上下两端均设有透水石，测试土柱上端的透水石上方设有多孔金属加载板，所述的多孔金属加载板与亚克力空心桶顶部之间留有空腔；

所述的亚克力空心桶的上部侧壁上设有水阀，所述的水阀与马氏瓶连接；

所述的电子秤位于底座一侧，所述的塑料桶放置在电子秤上，所述的亚克力空心桶下端与塑料桶顶部进口连通；

所述的底座上对称设有螺柱，所述的亚克力空心桶上方依次设有仪表盘支架和加载架；所述的加载架和仪表盘支架均可沿着螺柱上下移动，所述的加载架和仪表盘支架均通过螺栓固定在螺柱上；所述的加载杆位于加载架和仪表盘支架之间；所述的套筒设在仪表盘支架上，所述的加载架上设有压力气缸，所述的压力气缸的活塞向下穿过加载架并垂直作用在加载杆上，所述的加载杆下端穿过套筒垂直作用在多孔金属加载板上；所述的电子位移计记录加载杆在受力运动时的竖向位移；所述的测试土柱一侧设有多个三针式金属探头，所述的张力计为多个，均设在测试土柱内，且与多个三针式金属探头一一对应；多个三针式金属探头均与稳压电源电连接；所述的张力计通过电压信号采集器与电脑电信号连接。

所述的水阀与马氏瓶通过橡胶管连接。