[發明專利]濕度和滲透吸力控制的非飽和土綜合試驗儀

有效

• 申請號: 201110282739.2
• 申請日: 2011-09-09
• 公開（公告）號: CN102445528A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 吳宏偉
• 申請（專利權）人: 香港科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/24;G01N15/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 譚祐祥

相關申請

本專利申請要求美國臨時專利申請的優先權。該美國臨時專利申請的申請號為61/381645，申請日為2010年9月10日，發明名稱為“濕度和滲透吸力控制的非飽和土綜合試驗儀”。該美國臨時專利申請的全部公開內容作為引用結合入本申請文件中。

技術領域

本發明大體上涉及飽和與非飽和土體的力學特性和土水特性的測量，尤其涉及一種有助于這些測量的吸力控制的非飽和土綜合試驗儀的設計和使用。

背景技術

精確測試和測量飽和與非飽和土體的力學特性和土水特性在各種工程中十分重要，這些工程可包括各種巖土工程和環境巖土工程，諸如自然邊坡的穩定性評估、地基或路基的設計、土工建筑物的特性的確定、垃圾填埋場覆蓋屏障的有效性評估和圍海造陸等。這些工程需要四項關鍵的土體特性：剪切強度、應力相關土水特征曲線(表征土體在給定吸力處的持水能力)、固結特征、體變特征(例如收縮和膨脹)。

目前，沒有任何一套儀器可以在從0到1000MPa的吸力范圍內通過單個試樣測量這四項關鍵的土體特性。相反，這些特性存在獨立的測試裝置，各需要不同的土樣。因此，為了獲得所需的四項關鍵土體特性，必須測試四個不同的土樣。由于不同土樣間存在天然差異性和制樣差異性，使得使用四個不同試樣是不可靠的，不能夠獲得一致的結果和參數。此外，使用四個不同試樣和四個測試步驟耗時且不經濟。

上文分析了傳統非飽和土實驗儀器的缺點和不足，但其目的不是窮舉，而是對現有技術存在的一些問題的簡單概述。現有技術的其他不足和本發明的多個非限制性實施例中的一些相應優點，通過對下文詳細描述的了解將會變得進一步顯而易見。

發明內容

下面將進行簡單總結，以提供對在本發明中描述的一些方面的基本了解。該總結不是對所公開的主題進行詳細的概述，也不是意圖對所公開的主題確定關鍵環節或決定要素，也不是劃定所公開主題的范圍。唯一的目的是作為對下文詳細描述的前序而以簡化的形式呈現所公開主題的一些概念。

為了克服上文提及的現有土體測試儀器的不足和其他缺陷，本發明提供了一種裝置，其可提供一種一體式測試平臺。該平臺通過一套儀器一個試樣獲得土體在完整吸力范圍內(例如從0到1000MPa)的至少四種特性，包括剪切強度、應力相關土水特征曲線、固結特征、體變特征(例如收縮和膨脹)。

在一個實施例中，提供了一種吸力控制的非飽和土綜合試驗儀，所述吸力控制的非飽和土綜合試驗儀可通過一個試樣獲得土體在完整吸力范圍內(例如從0到1000MPa)的至少四種特性，包括剪切強度、應力相關土水特征曲線、固結特征、體變特征(例如收縮和膨脹)、以及其他的力學特性和土水特性。所述吸力控制的非飽和土綜合試驗儀可包括吸力控制部分和力學加載部分。該吸力控制部分可采用不同的組件從而使得該吸力控制的非飽和土綜合試驗儀可在完整范圍的吸力(從0到1000MPa)操作以控制所述土樣的吸力。所述不同的組件可包括用于低吸力(從0到大約500kPa)的軸平移組件、用于中等吸力(從大約500kPa到大約10MPa)的滲透控制組件和用于高吸力(大于大約10MPa)的濕度控制組件。力學加載部分可采用水平加載組件、豎直加載組件、水平位移組件和豎直位移組件，以測試土體的多種力學特性。吸力控制部分和力學加載部分的特點允許吸力控制的非飽和土綜合試驗儀在各種應力狀態和吸力狀態下測量土體的特性。

在另一個實施例中，提供了一種吸力控制的非飽和土綜合試驗儀，所述吸力控制的非飽和土綜合試驗儀可提供一種一體式測試裝置。該裝置通過一個試樣獲得土體在完整吸力范圍內(例如從0到1,000MPa)的至少四種特性，包括剪切強度、應力相關土水特征曲線、固結特征、體變特征(例如收縮和膨脹)、以及其他的力學特性和土水特性。所述吸力控制的非飽和土綜合試驗儀可包括吸力控制部分和力學加載部分。該吸力控制的非飽和土綜合試驗儀還可包括螺旋狀水室或基座。該螺旋狀水室將通過擴散而聚集的氣泡沖刷出該吸力控制的非飽和土綜合試驗儀。這可有利于更加精確地獲得單個土樣在各種應力狀態和吸力狀態下的測試結果，而沒有外部氣泡帶來的問題。

根據另一個實施例，提供了一種實驗方法，其可通過使用一個試樣測量土體在完整吸力范圍內(例如從0到1000MPa)的多種土體特性。例如，本文所描述的吸力控制的非飽和土綜合試驗儀可以實現該方法，然而也可以采用其他儀器來實現該方法。