[發明專利]考慮動載和側限的快速測量土水特征曲線的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011060286.4
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112198080B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 張軍輝;張銀銀;彭俊輝
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 閔媛媛

本發明公開了一種考慮動載和側限的快速測量土水特征曲線的裝置及方法，由壓力控制系統、垂直氣動動態加載系統、側向氣囊約束系統、壓力室系統和水體積測量系統組成；壓力控制系統的輸出端與垂直氣動動態加載系統的進氣口連接，計算機與垂直氣動動態加載系統的控制端電性連接，用于控制垂直氣動動態加載系統的動態加載；所述側向氣囊約束系統包括套于土樣側面的套筒，套筒與土樣之間設有密閉的環形氣囊，環形氣囊通過氣管與壓力控制系統的輸出端連接，用于控制環形氣囊的氣壓；本發明能夠更好的模擬真實狀態下土樣承受的動態荷載，測量效率高、測量誤差小、準確性更高。

技術領域

本發明屬于巖土工程技術領域，涉及一種考慮動載和側限的快速測量土水特征曲線的裝置及方法。

背景技術

土水特征曲線是指土壤基質吸力與土的含水率、飽和度或體積含水率之間的關系曲線。土水特征曲線是非飽和土壤的本構模型的重要組成部分，可用以估算路基土的強度和滲透系數等，也是非飽和土力學中關鍵的參數和基本的測試內容。但目前測試技術當中存在應力狀態單一、實驗時間很長、自動化水平不高、數據采集不夠精確、吸力平衡條件不易判斷等缺點。

路基土具有一定的填筑高度，并處于一定的應力狀態下，不同深度下的路基土所受到的應力狀態不同。為考察豎向應力對非飽和土土水特征曲線的影響，有學者提出了應力相關土水特征曲線概念，并進行了相關設備開發，其試驗結果表明，豎向應力對土水特征曲線的影響主要體現在進氣值方面，豎向應力越大，進氣值越大，土水特征曲線越緩和，土體的儲水能力越強，即隨著豎向應力的施加，阻止了試樣水分的排除。此后，國內外眾多學者對應力相關土水特征曲線進行了研究，但大多數為單一豎向靜荷載的應力狀態下土樣的土水特征曲線的相關研究；實際路況中，路基土受到行車動荷載的影響，不僅承受靜態上覆荷載，還承受上覆動態荷載和側向荷載。

目前國內較為常用的測量應力相關的土水特征曲線的實驗方法是基于軸平移技術的壓力板儀測量方法，該方法通過提高孔隙氣壓力，使孔隙水壓力由自然狀態時的負值達到某一正值，從而實現對基質吸力的測量。但所加應力為單一豎向靜態荷載，不能更好的描述路基土真實應力狀態下的性質。使用應力相關的土水特征曲線壓力板儀測量土水特征曲線的試驗中，陶土板對于水流的滲透性極低，約為1×10^-11，使用高進氣值陶土板測量土水特征曲線(SWCC)時平衡土體試樣基質吸力需要消耗大量的時間，在測量土水特征曲線時，每個試驗點需要7天左右時間才能達到吸力的平衡，每條土水特征曲線通常需要1～2個月的試驗時間，其試驗平衡吸力的時間較為漫長；部分空氣通過高進氣值陶土板擴散，并有聚集到陶土板下方的趨勢，導致測量土樣排出的水體積數據不準確；在實驗過程中，水體積測量系統的軟管容易產生間斷氣泡，而現有設備利用小手泵給予水體積測量系統一個真空值或壓力值，使得氣泡向集氣管排出，而且在長久的平衡過程中，需要不斷的擴散氣泡，人工操作較為繁雜且不易控制。因此，有必要對水體積測量系統進行改進，使得測量過程的誤差更小、精度更高、更便捷、更易實現自動化。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種考慮動載和側限的快速測量土水特征曲線的試驗裝置，能夠更好的模擬真實狀態下土樣承受的動態荷載，測量效率高、測量誤差小、準確性更高，解決了現有技術中存在的問題。

本發明的另一目的是，提供一種考慮動載和側限的快速測量土水特征曲線的測試方法。

本發明所采用的技術方案是，一種考慮動載和側限的快速測量土水特征曲線的裝置，由壓力控制系統、垂直氣動動態加載系統、側向氣囊約束系統、壓力室系統和水體積測量系統組成；

壓力控制系統的輸出端與垂直氣動動態加載系統的進氣口連接，計算機與垂直氣動動態加載系統的控制端電性連接，用于控制垂直氣動動態加載系統的動態加載；