[發明專利]濾紙法測土吸力的試驗裝置

無效

• 申請號: 201010227659.2
• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN101915717A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 孫德安;孟德林;陳瑤瑤;陳立文;吳波
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種土木工程土工試驗領域的一種用濾紙法測非飽和土吸力的試驗裝置。

背景技術

土材料是由固相、液相和氣相三種相體的組合，土材料的固體顆粒之間形成土骨架的孔隙，在這些孔隙中含有液體和氣體。當土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當土的孔隙中存在氣體時，則此土稱為非飽和土；非飽和土包括兩相系和三相系，如當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土；當土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土。土的飽和度即定義為土中水的體積與孔隙體積的比值，即水充填土中孔隙的程度。非飽和土的物理力學性質在土工領域具有重要的現實意義。但目前由于量測手段和理論水平的局限，通常把土當作固相和液相的二相材料來處理，而實際工程中的土材料往往以非飽和狀態存在，因而這也就大大增加了對土材料性質研究的誤差。吸力是研究非飽和土工程性質的一項重要參數，吸力的變化直接影響著非飽和土的滲透系數、抗剪強度和變形特性，目前在實驗室測量吸力的方法主要有濾紙法、熱電偶干濕計法、張力計法、熱傳導傳感器法等。現有的一些儀器如張力計、熱偶濕度計等，不是設備比較復雜、耗時長，就是對實驗環境要求高，而且量測范圍有一定的限制，從而限制了吸力在解決非飽和土工程實際問題中的應用。

濾紙法是一種既簡單又有效的方法，是建立在濾紙含水量與土中的水分可以在相同吸力條件下不出現水分遷移而達到平衡的理論基礎上，根據濾紙的吸力-含水量率定關系曲線，推算出土的吸力。濾紙可視為一個傳感器，將濾紙與土樣直接貼放在一起，水分會在土樣和濾紙間遷移，直到平衡為止，從而推算出土的基質吸力；同樣，把濾紙放置在土樣上方，而不與土樣直接接觸，二者也會通過水蒸氣的遷移達到平衡，從而推算出土的總吸力。濾紙的率定是通過建立濾紙的含水率與吸力之間的關系來確定的。一方法是利用已知滲透吸力的鹽溶液與濾紙達到平衡時的含水率來加以建立；另一種方法則是借助壓力板吸力儀、密封的容器和高精度天平等設備來確定的。濾紙法作為一種間接的吸力測量方法，其精度必定要受到多種因素的影響：濾紙率定時環境水汽的變化、濾紙與土樣接觸程度的好壞、濾紙的穩定性、濾紙的擺放方式等。此外，量測過程中由于技術要求高而產生的人為誤差也限制了它的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種濾紙法測土吸力的試驗裝置，可以方便測定土的總吸力或基質吸力，具有較好的測試精度，裝置構造簡單，操作方便，易于掌握，且測量吸力時濾紙的穩定性好。

為達到上述發明目的，解決其技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種濾紙法測土吸力的試驗裝置，包括裝置底座、裝置上蓋、玻璃套筒和隔片，玻璃套筒的上下端分別與裝置底座和裝置上蓋相匹配，并且它們之間的連接處都墊有一層橡皮圈。裝置底座的上表面和裝置上蓋的下表面均有套筒槽，與玻璃套筒相插配，橡皮圈分別嵌入套筒槽中。橡皮圈可以防止裝置密封后裝置內的氣體與外界發生交流以及測量濾紙吸力-含水量率定關系曲線的試驗中，防止飽和鹽溶液的外漏。

玻璃套筒的外圍設置帶有螺紋的拉桿，拉桿穿過裝置上蓋的通孔，拉桿的螺紋和裝置底座上表面的帶有內螺紋的沉孔相配合。

在濾紙法測土的吸力的試驗中，最重要的就是要保證土樣與濾紙的緊密接觸，以及在測量濾紙的吸力-含水量率定關系曲線的試驗中，保證濾紙的穩定性，本發明用幾塊網格狀的隔片以及螺帽可以充分實現這一點。本發明不僅可以做濾紙法測量土樣吸力，而且可以做用飽和鹽溶液率定濾紙的吸力-含水量率定關系曲線。

本發明的裝置底座的試驗平臺上有帶螺紋的固定桿，隔片是網狀型的，隔片的外緣設有與固定桿的位置相匹配的通孔，每個固定桿分別與兩個螺母相配合，螺母分別固定于裝置隔片上下兩側。

本發明中裝置底座和裝置上蓋的厚度均為20mm±1mm，并且均有一個套筒槽，深度為6mm±0.5mm，與玻璃套筒相匹配。

本發明中玻璃套管的高度為92mm±5mm，內徑為100mm±5mm，厚度為5mm±0.5mm。

本發明中裝置底座的試驗平臺上最好設有三個帶螺紋的固定桿，其直徑為5mm±1mm，用于固定隔片的位置，從而固定土樣以及濾紙的位置。隔片是網狀型的，最外圍有三個孔洞，內孔徑為6mm±1mm，三孔洞的位置與三固定桿的位置相匹配，隔片的厚度為3mm±0.5mm。

本發明中整個裝置外圍最好設有三個拉桿，直徑為5mm±1mm，使整個裝置密封緊密。