[發明專利]受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置及方法

有效

• 申請號: 202010326314.6
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111504793B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 賀勇;蔣文強;張可能;李建中;陳科平;張闖;朱考飛
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 羅莎

1.一種受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置，其特征在于，包括試樣柱、氣相吸力控制模塊、膜吸力控制模塊和加載模塊，所述試樣柱中設置試樣土體，兩端分別設置有一透水石，所述試樣柱設置在一支撐結構上，通過所述支撐結構夾緊固定，所述氣相吸力控制模塊與所述試樣柱的兩端連通，通過氣相法控制所述試樣土體的吸力，所述膜吸力控制模塊與所述試樣土體的底端連通，通過半透膜控制所述試樣土體的吸力，所述加載模塊與所述試樣柱的一端相對應，能向所述試樣柱加載壓力；

所述氣相吸力控制模塊通過第一通氣管與所述試樣柱的頂端連通，所述試樣柱的頂端與底端通過第二通氣管連通，所述膜吸力控制模塊通過第一通液管與所述試樣柱底端連通，通過第二通液管與所述第二通氣管的底端連通；

所述氣相吸力控制模塊主要由氣源和氣泵組成，所述第一通氣管連通所述氣源與所述試樣柱的頂端，所述氣泵設置在所述第一通氣管上；

所述膜吸力控制模塊主要由化學溶液瓶、蠕動泵和半透膜組成，所述半透膜為PEG膜，所述PEG膜設置在所述試樣柱底端的透水石下表面，所述第一通液管的一端與所述化學溶液瓶連通，另一端與所述試樣柱底端連通，所述蠕動泵設置在所述第一通液管上，所述第二通液管的一端與所述化學溶液瓶連通，另一端與所述第二通氣管的底端連通；

所述試樣柱由兩個半筒組成，所述半筒通過折頁鉸接，所述試樣柱上還設置有箍緊件和密封條，所述箍緊件設置在兩個所述半筒中部，所述密封條貼合在兩個所述半筒相接的縫隙處。

2.根據權利要求1所述的受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置，其特征在于，所述試樣柱為圓筒形結構，豎直安裝在所述支撐結構上，所述支撐結構包括設置在地面上的底座，所述底座上固定安裝有多根豎直的螺柱，所述螺柱上設置有一圓盤形的活塞，所述活塞活動套設在全部所述螺柱上，所述活塞的底端與所述試樣柱頂端擠壓接觸；每根所述螺柱上均螺旋套設有一螺帽，所述螺帽的下表面與所述活塞的上表面接觸。

3.根據權利要求2所述的受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置，其特征在于，所述試樣柱的頂端與所述活塞接觸的縫隙位置、所述試樣柱的底端與所述底座接觸的縫隙位置還分別設置有一密封圈。

4.根據權利要求2所述的受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置，其特征在于，所述活塞上設置有一加載通孔和多個安裝管道的通孔，所述底座上同樣設置有多個所述通孔。

5.根據權利要求1所述的受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置，其特征在于，所述第一通氣管、所述第二通氣管與所述試樣柱頂端的連接處分別設置有一開關，所述第一通液管與所述試樣柱底端的連接處設置有一所述開關，所述第二通氣管的、與所述第二通液管連接點的兩側管段內分別設置有一所述開關。

6.根據權利要求4所述的受污染土體飽和與非飽和強度測定裝置，其特征在于，所述加載模塊包括架設在所述試樣柱上方的加載架，所述加載架上設置有一豎直的加載柱，所述加載柱與所述加載通孔相對應，所述加載柱的頂端與一彈性體連接，所述加載架的兩側均設置有刻度條，所述加載柱上設置有壓力傳感器，所述壓力傳感器與一可視化的壓力控制器連接。

7.一種受污染土體飽和與非飽和強度測定方法，采用如權利要求1-6任意一項所述的裝置，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、將試樣土體、透水石裝入試樣柱中，再將PEG膜安裝在試樣柱底端的透水石下表面，或者不裝PEG膜，利用箍緊件和密封條箍緊試樣柱且密封接口處，將試樣柱豎直安裝在支撐結構上，擰緊螺帽使底座和活塞夾緊固定試樣柱，將氣相吸力控制模塊以及膜吸力控制模塊安裝，使第一通氣管與試樣柱頂端連通，第二通氣管將試樣柱的頂端和底端連通，第一通液管與試樣柱底端連通，第二通液管接通第二通氣管底端；

步驟二、打開第一通液管、第二通氣管靠近試樣柱底端的開關，接通化學溶液瓶與蠕動泵，向試樣土體泵送化學溶液，使化學溶液均勻滲入試樣土體，直至試樣土體飽和，從試樣柱頂端的透水石以及通氣管中能觀測到滲出液；

或者，開啟氣源、氣泵和蠕動泵、化學溶液瓶中裝有飽和鹽溶液，打開全部開關，調節試樣土體與氣體的相通性，使試樣土體處于自然狀態下，模擬受污染土體非飽和狀態下的吸力變化過程，試樣達到吸力平衡時，基于開爾文公式得到不同飽和鹽溶液對應的吸力，最后得出試樣土體對應的吸力值，以此來繪制試樣土體的土-水特征曲線；

或者，打開第一通液管、第二通氣管靠近試樣柱底端的開關，化學溶液瓶中裝有大分子的PEG溶液，接通化學溶液瓶與蠕動泵，向試樣土體泵送溶液，直至試樣土體中的吸力與PEG溶液的吸力達到平衡，此時PEG溶液所對應的吸力即對應為此時試樣土體中的吸力值，以此來繪制試樣土體的土-水特征曲線；

或者，開啟氣源、氣泵和蠕動泵、化學溶液瓶中裝有大分子的PEG溶液，打開全部開關，觀察試樣土體在氣相法和PEG膜法的有機結合下的吸力變化，模擬受污染土體非飽和狀態下的吸力變化過程，最后測定試樣土體吸力參數，由此來繪制試樣土體整個吸力范圍內的土-水特征曲線；

步驟三、關閉對應的設備和開關，拆除箍緊件，安裝加載模塊，對試樣土體頂端加壓、進行無側限抗壓強度試驗，得到試樣土體飽和/非飽和強度參數及形變特征，通過試驗獲得的強度參數和形變特征，可以及時反饋飽和/非飽和污染土體力學特性的演化規律；

步驟四、采集試樣土體和化學溶液，進行后續輔助試驗分析。