[發明專利]非飽和土三軸試驗基質吸力快速平衡裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201610179994.7
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105842420B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 李建中;胡喜艷
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 鄧建輝

技術領域

本發明涉及一種非飽和土試驗基質吸力快速平衡裝置，具體涉及一種非飽和土三軸試驗基質吸力快速平衡裝置。

背景技術

在定義非飽和土的應力狀態時，基質吸力被認為是一個重要的變量。因此，為了評價在各種應力變化條件下非飽和土的物理性質，就必須控制或測量基質吸力。而“軸平移技術”測量基質吸力的方法是在試驗進行時逐漸提升孔隙氣壓力，而用飽和高進氣值材料將孔隙水壓力維持在某參考值，因此能對基質吸力進行直接控制。

對非飽和土的研究表明，無論是對非飽和土施加基質吸力，還是由于非飽和土含水率的改變使其基質吸力發生變化，基質吸力的變化都不是瞬時完成的。基質吸力變化在非飽和土體內部達到平衡需要一定的時間(幾小時到幾天不等)。因此，在進行非飽和土三軸試驗時，非飽和土體內部均衡基質吸力的形成有能能晚于試驗控制的要求。如何縮短基質吸力平衡時間以減少基質吸力平衡時間對試驗的影響，是非飽和土三軸試驗成功實施的關鍵技術之一。

現有的土體內部排水規律公式為：

t＝T_vH²/C_v

式中T_v是時間因子；C_v是土的固結系數；H是土層最大排水距離，若為雙面排水，H為土層厚度之半，單面排水H為土層總厚度；t是排水時間；

由式(1)能知時間與土層最大排水距離的平方成反比；試樣兩端排水排氣的非飽和土三軸試驗基質吸力快速平衡裝置使非飽和土樣中水與氣的排出(或者進入)路徑減少50％。所以理論上，吸力平衡時間減少到普通非飽和土實驗的25％。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種能減短排水排氣路徑，從而縮短基質吸力平衡時間以減少基質吸力平衡時間對試驗的影響的非飽和土三軸試驗基質吸力快速平衡裝置。

本發明所要解決的第二個技術問題是提供該非飽和土三軸試驗基質吸力快速平衡裝置的使用方法。

為了解決上述第一個技術問題，本發明提供的非飽和土三軸試驗基質吸力快速平衡裝置，包括試樣帽和壓力室底座，所述的試樣帽和壓力室底座中都內置有孔隙氣壓管道、孔隙水壓管道和反壓管道，所述的壓力室底座與試樣帽上均鑲嵌有連接所述的孔隙氣壓管道的環柱狀多孔透水石以及位于所述的環柱狀多孔透水石中且與所述的孔隙水壓管道連接的高進氣值陶土板構成雙排水排氣系統；所述的試樣帽和所述的內均設有處于所述的高進氣值陶土板下方的螺旋水槽，所述的螺旋水槽的一端與所述的孔隙水壓管道連接，另一端與所述的反壓管道連接；氣壓傳感器與孔隙氣壓控制器以及所述的試樣帽和壓力室底座上的孔隙氣壓管道通過氣壓控制閥連接，在所述的孔隙氣壓控制器、所述的試樣帽和所述的壓力室底座上的孔隙氣壓管道上分別設置有小閥門；反壓傳感器與反壓控制器以及所述的試樣帽和所述的壓力室底座上的反壓管道通過反壓控制閥連接，在所述的反壓控制器、所述的試樣帽和壓力室底座上的所述的反壓管道上分別設置有小閥門；所述的試樣帽和壓力室底座上的所述的孔隙水壓管道通過三通閥式的孔隙水壓控制閥連接并合并成一根管道，連接孔隙水壓力測量管道。

所述的高進氣值陶土板、環柱狀多孔透水石、壓力室底座內側以及所述的螺旋水槽的槽頂用環氧樹脂緊密地粘合在一起，保證了所述的高進氣值陶土板和環柱狀多孔透水石的側面和所述的壓力室底座間的縫隙被密封。

所述的環柱狀多孔透水石的材質是帶孔不銹鋼板。

所述的試樣帽的材質是有機玻璃。

所述的壓力室底座的材質是不銹鋼材料。

所述的壓力室底座和試樣帽內部均為儲水室，儲水室內充滿除氣水，除氣水與螺旋水槽和高進氣值陶土板相接觸，避免螺旋水槽和高進氣值陶土板底面出現氣泡阻礙孔隙水排出而導致基質吸力平衡時間加長。