[發明專利]非飽和土瞬態導水系數測定儀器及方法

有效

• 申請號: 202011628657.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112798490B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 邵龍潭;溫天德;吳世雄;郭曉霞;金文成;吳銘明;張翻;叢禹
• 申請（專利權）人: 蘇州匯才土水工程科技有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N1/04
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發明公開了巖土力學和巖土工程技術領域的非飽和土瞬態導水系數測定儀器及方法，包括壓力室、通水通氣管路、蒸發補償裝置、顯示屏以及氣壓力傳感器，壓力室由上端蓋和下端蓋組成，且上端蓋和下端蓋之間通過螺栓密封連接，壓力室上端蓋內腔頂部中間通過螺栓固定有上陶土板，本發明操作簡單，土樣在整個試驗過程中不需要取出壓力室，通過蒸發補償裝置和顯示屏就可以得到土樣排水的變化情況，設計了蒸發補償系統，因為試驗時間長，所以需要考慮盛水天平的水分蒸發，數據處理時，盛水天平的排水量加上對照組的蒸發量可以得到凈排水量，通過接在顯示屏上的U盤可以記錄每一時刻的排水量和蒸發量，并計算滲透系數。

技術領域

本發明涉及巖土力學和巖土工程技術領域，具體為非飽和土瞬態導水系數測定儀器及方法。

背景技術

土水特性曲線和非飽和土瞬態滲透系數是巖土力學和巖土工程中需要測定的重要參數。所述土水特性曲線表達的是基質勢，即負的基質吸力與含水率之間的關系，它反應的是土的持水性質，也稱為持水特性曲線。土水特性是土的固有的水力性質，是另一種本構關系。當前測量非飽和土土水特性曲線的方法主要是壓力板儀法和濾紙法。其中，壓力板儀一般適用于基質吸力小于1500kPa的情況；濾紙法一般用于測量土中的總吸力或基質吸力，是建立在濾紙與土的吸力平衡的假設基礎上的。濾紙法可用于量測很大范圍的吸力值。

非飽和土瞬態滲透系數和土水特性曲線是進行巖土工程所需要的重要參數，土體含水量或基質吸力的變化使得土體性質和力學行為發生變化，從而導致一些自然災害的發生或施工問題的產生。溢出法實驗是當下測量滲透系數和土水特性曲線最廣泛的方法，例如Gardner分析方法，它是基于土體的水力擴散系數來估算滲透系數的，不能直接反映出非飽和土滲透系數在每一級氣壓下的變化；還有van?Genuchten-Mualem模型法，是基于土水特性曲線的擬合參數來預測滲透系數的，也無法直接反映非飽和土滲透系數每級氣壓下的變化過程，基于此，本發明設計了非飽和土瞬態導水系數測定儀器及方法，以解決上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供非飽和土瞬態導水系數測定儀器及方法，以解決上述背景技術中提出的采用壓力板儀直接測定土和其他孔隙材料瞬時導水系數的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：非飽和土瞬態導水系數測定儀器，包括壓力室、通水通氣管路、蒸發補償裝置、顯示屏以及氣壓力傳感器，所述壓力室由上端蓋和下端蓋組成，且上端蓋和下端蓋之間通過螺栓密封連接，所述壓力室上端蓋內腔頂部中間通過螺栓固定有上陶土板，所述壓力室下端蓋的內腔底部中間通過螺栓固定有下陶土板，所述上陶土板與下陶土板的兩端之間均豎向安裝有環刀，且兩組環刀和下陶土板以及上陶土板之間組成土樣放置空間，所述土樣放置空間的內腔安放有土樣，所述蒸發補償裝置設置在壓力室的一側，所述顯示屏與壓力室之間安裝有氣壓力傳感器，且氣壓力傳感器遠離蒸發補償裝置的一端設置，所述顯示屏上帶有USB接口。

優選的，所述通水通氣管路包括進水管、上排水管、下排水管以及進氣管，所述進水管設置在壓力室上端蓋的上方，且進水管的底端與上陶土板的頂部連接，所述上排水管和下排水管上下對稱安裝在壓力室的內腔，且上排水管的一端與上陶土板的頂部連接，所述下排水管的另一端與下陶土板的底部連接，且上排水管和下排水管的另一端通過三通管接頭連接有L型排出管，所述進氣管設置在壓力室的下方，且進氣管頂端與壓力室的內腔連通。

優選的，所述進水管的外端安裝有進水閥，所述L型排出管的外端安裝有出水閥，所述進氣管的外端安裝有進氣閥。

優選的，所述蒸發補償裝置包括稱量排水天平和蒸發補償天平，且稱量排水天平和蒸發補償天平的頂部均放置有盛水容器，所述稱量排水天平頂部的盛水容器的內腔與L型排出管的底端連通，所述稱量排水天平和蒸發補償天平的數據輸出端均通過導線以及USB接口與顯示屏的數據輸入端連接。

優選的，所述環刀中間設計有帶有半透膜的小孔，所述上陶土板和下陶土板只過水不通氣。

優選的，所述壓力室的上端蓋和下端蓋的連接處安裝有O型密封圈。