CN101526442A - 高吸力双池提取器 - Google Patents

Abstract

一种高吸力双池提取器，包括限定外部腔室的外池和限定内部腔室且末端开口的内池。所述的内部腔室为瓶状的且具有瓶颈。所述的高吸力双池提取器也包括用于在提取过程中对土壤样品施加轴向作用力的垂直加载系统。所述的高吸力双池提取器还包括用于将加压空气引入外池和内池的端口。被引入的加压空气能够在提取过程中在土壤样品上施加池压。所述的高吸力双池提取器还包括相对湿度控制系统和差压检测器系统。所述的高吸力双池提取器能够用于在各种应力状态以及在总吸力达到8000kPa的条件下三维地并且更精确地测量依赖于应力状态的土－水特征曲线(SDSWCC)。

Description

高吸力双池提取器

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2007年8月20日提交的美国临时专利申请60/965,214的优先权，其全部通过参考并入本文中。

技术领域

本发明通常涉及一种压力板提取器，其用于测量依赖于应力状态的土-水特征曲线(SDSWCC)，更具体地，本发明涉及一种高吸力双池提取器，并且甚至更具体地，本发明涉及一种应力可控制的高吸力双池测量体积的压力板提取器。

背景技术

在自然界中，陆地上几乎所有的土坡最初都是非饱和的。为了精确地确定非饱和边坡的安全系数，计算土壤中的瞬态渗流量和孔内水压是必不可少的。为此，必须测量所谓的土-水特征曲线(SWCC)，其定义了土壤吸力与土壤的含水量或土壤饱和度之间的相互关系。常规地，土壤的SWCC通过压力板提取器来测量，在该压力板提取器中可以施加无限的应力，并且假定土壤样品的体积变化是零，尽管意识到土壤的应力状态在理论上将会影响SWCC，并且当土壤的吸力和应力改变时，土壤样品的体积将会发生变化。申请人研发并公开了一种一维体积压力板提取器，在该压力板提取器中，可以一维地控制总的净正应力并测量土壤样品的轴向变形。目前，测量的依赖于应力状态的SWCC被称为SDSWCC[Ng，C.W.W.andPang，Y.W.(2000).应力状态对土-水特性以及斜坡稳定性的影响(Influence of stress state on soil-water characteristics and slopestabil ity).Journal of Geotechnical and GeoenvironmentalEngineering，ASCE.Vol.126，No.2.157-166.]。

由于隐藏在本申请人先前设计的一维可控应力压力板提取器和“Fredlund池”(GCTS公司的产品，型号为SWC-150，Fredlund SWCC设备)之后的基本概念是相同的，这两种设备都不能三维地控制应力状态，以便用来更加接近和精确地模拟实际的土壤条件。在这两种设备上采用了轴向转换技术。因此，所述的吸力是基质吸力而不是总吸力。其次，不能精确地测量土壤样品的体积变化，这是因为在高吸力下在土壤样品和固结仪环之间会形成一个间隙，仅通过测量土壤样品的垂直位移不能解决该间隙。再次，可施加的吸力范围受到所用的陶瓷圆盘的空气进入值(即，典型的小于500kPa)的限制。因此，任何测得的SWCC可能与一些实际的土壤应力条件不是非常相关，并且是不精确的。而且，由于任何测得的SWCC被局限到小于500kPa的吸力范围内，这将严重降低SWCC在工程问题和土壤类型方面的应用。

为了改善体积变化测量的精度，申请人及其同事们研发并公开了一种新的“总体积变化测量系统”[Ng，C.W.W.，Zhan，L.T.andCui，Y.J.(2002).用于测量非饱和土壤内的体积变化的一种新型简易系统(A new simple system for measuring volume changes in unsaturatedsoils).Canadian Geotechnical Journal.Vol.39，No.3，757-764]。在2002年设计的总体积测量系统中，土壤样品在提取过程中的体积变化通过测量参考管中和内池中特别是内池瓶颈处的水位差来测定。

基于目前广泛接受的理论结构，普遍认为非饱和土壤的行为和特征受到至少两个应力状态变量的支配，即净的正应力和基质吸力。目前，没有简单而且精确的试验系统可用于在各种三维应力状态和总吸力范围高达8000kPa的条件下测量土-水特征曲线。

本发明的重大意义在于通过在三维方向上控制土壤样品的应力，通过精确地测量土壤样品的实际总体积变化，并且通过利用相对湿度(RH)来控制总吸力达到8000kPa，从而克服了上述缺陷。

发明内容

为了使读者基本了解本发明的一些优点，以下部分是对本发明优选方案的简要概述。由于这部分仅仅是一个概要，应当理解关于本发明优选方式的更多细节可以在本文其它地方列出的详细说明部分找到。随后，在本文的末尾列出的权利要求限定了本发明的各种方案，其确保了本发明的专有权。

根据本发明构造的一种压力板提取器的优选方案主要包括三个部分，即双池提取设备、差压检测器系统和相对湿度(RH)控制系统。

首先，所述压力板提取器具有双池提取设备。该提取设备的外池包括顶板、圆柱形侧壁和底板。因此，利用所述顶板、圆柱形侧壁和底板限定了外部腔室。

所述提取设备具有安装在外池中的内池。所述内池是末端开口的，且设置在所述底板上，并用O型橡胶圈密封。因此，在所述内池中限定了内部腔室。

优选地，可以在外池内设置支撑部件，用于支撑所述内池和待测的土壤样品。

所述内池通过位于其上部的开口向所述外池开放。位于内池上部的开口确保了可以向内池和外池施加相同的压力，因此消除了任何由于内池和外池之间的压力差而引起的内池膨胀和/或压缩。

待测土壤样品被放在内池中。测试中，将土壤样品用薄膜包裹起来是至关重要的。所述薄膜是不渗透水且有弹性的。因此，与先前的设计相比，在土壤样品和它的容器之间没有形成任何间隙的情况下，能够实现体积变化的精确测量。

所述内部腔室为瓶状的且具有瓶颈。由于内池瓶颈处的直径小于内池其他部分的直径，所述内池中的水位变化将被放大。测试中，水位的变化仅发生在所述瓶颈处。因此，由于瓶颈处的横截面小，使得对基于土壤样品的任何体积变化而引起的内池中水位的测量变得更加灵敏。

所述的双池提取设备还设有垂直加载系统。通过顶板上的开口和内池的瓶颈，所述的加载系统能够向土壤样品施加轴向负载。为了使提取设备的气密性，在顶板上的开口和加载系统之间使用了一些O型密封圈。所述垂直加载系统还包括内部测压元件，用于测量施加到土壤样品上的轴向作用力。

所述双池提取设备设有端口，其用于将加压空气引入所述外池和所述内池中。被引入的加压气体能够在土壤样品上施加池压。因此，通过控制由所述垂直加载系统提供的轴向作用力和由所述加压空气提供的池压，能够在三维方向上测试土壤样品。

在提取过程中，为了测量由于土壤样品的体积变化而导致的内池中的水位变化，在外池内提供参考管。在测试中保持参考管中的水位恒定是至关重要的。所述的参考管通过垂直立架支撑。供选地，当在外池内侧使用加压空气时，所述参考管安装到所述内池的外侧壁上以消除参考管的位移。

其次，所述压力板提取器设有高精度的差压检测器系统。所述差压检测器与所述的参考管和所述的内池相连接，以检测由于土壤样品体积变化导致的内池中的水位变化和参考管中的恒定水位之间的任何压差变化。在本发明中采用了型号为“Druck LPM9381”的差压传感器。

再次，所述压力板提取器设有相对湿度控制系统。所述控制系统通过在提取期间使空气或水蒸气循环通过土壤样品而能够控制所述土壤样品的相对湿度和总吸力。

最后，为了实际操作所述压力板提取器而提供了其他的特征。例如，设置两个多孔盘，用于将土壤样品夹入中间并且允许空气或水蒸气通过所述土壤样品。另外，为保持由垂直加载系统施加到土壤样品上的轴向作用力均匀，提供了顶部盖帽来覆盖所述多孔盘。而且，为了测量提取期间土壤样品的相对湿度，在多孔盘的中心部分安装了一套相对湿度传感器。其间，为了测量总吸力，在多孔盘的中心部分也安装了一套热电偶干湿球温度计。

有利地是，根据本发明的压力板提取器适用于通过在三维方向上控制土壤样品的应力状态，通过精确地测量土壤样品的实际总体积变化，并且通过利用相对湿度控制系统来控制总吸力达到8000kPa，从而测量依赖于应力状态的土-水特征曲线(SDSWCC)。

图1显示了所述装置的示意图。所述的高吸力双池提取器包括：

外池；

位于所述外池中的外部腔室；

密封于所述外池中的内池；

位于所述内池中的内部腔室；

参考管；

位于所述外池内的端口，其用于引入加压空气；

加压空气供应系统；

指示表，其通过内部测压元件与垂直加载系统连接；

两个多孔盘将土壤样品夹入中间；

每个粗孔盘的中心部分安装相对湿度传感器；

每个粗孔盘的中心部分安装热电偶干湿球温度计；

相对湿度控制系统与所述多孔盘连接，所述多孔盘将土壤样品夹入中间；

空气泵安装在所述多孔盘和所述相对湿度控制系统之间；

流量计安装在所述多孔盘和所述相对湿度控制系统之间；

差压检测器与所述参考管和所述内池连接。

通过装配上述组件，本发明的新型压力板提取器能够实现下列功能：净应力控制，测量土壤样品的总体积变化和进行总吸力控制。在本文的详细说明部分描述了所述新型压力板提取器的操作和结构。

本发明研制了一种新型的但是简单的应力可控高吸力双池体积压力板提取器，该提取器能够使研究人员和工程师在不同三维方向的应力状态和总吸力达到8000kPa的情况下精确地测量依赖于应力状态的土-水特征曲线(SDSWCC)。这就意味着为了利用瞬态渗透量而分析孔内的水压分布所测得的SDSWCC将与土壤的应力条件相关，这对于精确地计算斜坡的稳定性和进行地质环境工程评估是必要的。

结合附图，通过下面对本发明的详细描述，本发明更进一步的优点、特征和目的将会是显而易见的。

附图说明

图1显示了可控应力的高吸力双池测量体积的压力板提取器的示意图；

图2显示了双池总体积测量设备的照片；

图3显示了相对湿度控制系统的照片。

具体实施方式

参照附图，通常采用附图标记10来代表实现本发明特征的压力板提取器示意性方案。压力板提取器10包括三个主要部分，即双池提取设备12、差压检测器14和相对湿度控制系统16。

所述双池提取设备12包括外池18和内池20。顶板22、底板24和侧壁26组装在一起形成所述外池18。因此，在所述外池18内限定了外部腔室28。所述的侧壁26具有通用的圆柱形结构并且优选是透明的，以便提供可透视的特征。外池18的三个部分即顶板22、底板24和侧壁26通过螺钉和螺母固定在一起。应当理解，其他的固定方式也可以用于将所述的外池18固定和装配在一起。

当通过设置在圆柱形侧壁26两端的O型橡胶密封圈进行组装时，所述的圆柱形侧壁26被密封到顶板22和底板24上。为了增强密封效果，优选顶板22和底板24分别地包括能够容纳所述侧壁26的凹陷。供选地，所述侧壁26和所述底板24可以是整体结构。虽然也能使用其他许多材料，由于考虑到强度、成本和抗腐蚀性能，所述顶板22和底板24优选由不锈钢或加强铝材料制成。

在所述顶板22的中心部分有开口38，以适用于垂直加载系统30穿过所述顶板22。所述垂直加载系统30包括无摩擦加载臂32、内部测压元件34和加载杆36。为了保持所述外部压力腔室28的气密性，在所述开口38和所述加载臂32之间使用了一些O型橡胶密封圈。为了消除由于无摩擦加载臂32和O型密封圈之间的侧向摩擦而导致的任何误差，在无摩擦加载臂32和加载杆36之间设置内部测压元件34以便测定施加在土壤样品上的实际轴向作用力。在无摩擦加载臂32上设置指示表96，以测量土壤样品48的轴向位移。

在顶板22上有端口66，用来将空气压力引入所述双池提取设备12内。该空气供给系统，在附图中未示出，是可控的加压空气源或任何能够以可控方式提供加压空气的空气供给装置。将加压空气引入双池提取设备12对于在各种三维应力状态下精确地测量依赖于应力状态的土-水特征曲线(SDSWCC)是重要的，这是因为加压空气能够在全部方向上向土壤样品48施加池压。

优选地，在所述底板24上设有支撑部件46，用以支撑所述的内池20和土壤样品48。在本发明中，基座被用作该支撑部件46。

所述内池20是末端开口的，并且优选地，所述内池20具有通用的圆柱形瓶状结构。通过设置在内池20下部的O型橡胶密封圈50，内池20的下部被密封到支撑部件46上。所述内池20和所述支撑部件通过螺钉和螺母固定在一起。其他供选的密封部件也可以用于将所述内池20密封在所述支撑部件46上。

一旦将内池20安装并密封在支撑部件46上，在所述的内池20中形成内部腔室56。内池20的上部向外池18开放。内池20的开口确保了可以将相同的压力施加到内池20和外池18上，因此消除了由于内池20和外池18之间的压力差引起的内池20的任何膨胀和/或压缩。

塑料薄膜用于在测试中将土壤样品48包裹起来。所述塑料薄膜包裹着所述土壤样品48且覆盖着两个多孔盘72和74，用O型橡胶密封圈密封起来。所述薄膜是不渗透水且有弹性的。因此，内池20中的水不会进入土壤样品，且在测试过程中由于存在池压，在所述土壤样品48和所述薄膜之间没有形成间隙。

所述的内部腔室56为瓶状的且具有瓶颈，即内池20的上部直径小于内池20的下部直径。在测试中，水位变化60仅发生在所述瓶颈内，即所述内池20的上部。因此，由于瓶颈处的横截面小，从而对内池20中基于土壤样品48的任何体积变化而引起的水位变化60的测量变得更加灵敏。

在外池18内设置参考管62，用于和内池20中的水位变化60进行比较。所述参考管62通过垂直杆80而支撑在支撑部件46上。供选地，当在提取中施加池压时，参考管62安装到内池20的外侧壁上，以便使所述的参考管62不能相对于所述内池20移动。进一步地，在测试期间，在上部增大参考管62的直径以便使所述参考管62的横截面积与所述内池20的瓶颈处的横截面积相同，从而所述参考管62中的水蒸发量与所述内池20中的水蒸发量相同。而且，面积增大也能减小由于池压变化而引起的参考管62中的水位变化64。

为了维持由垂直加载系统30施加在土壤样品48上的轴向作用力均匀分布，在所述加载杆36的下端使用了顶部盖帽70。所述顶部盖帽70由不锈钢或铝制成。进一步地，在测试中设置第一多孔盘72来覆盖土壤样品48，并且设置第二多孔盘74来支撑所述土壤样品48。因此，在提取过程中，这两个多孔盘72和74能够将土壤样品48夹在中间，一方面用于进一步均匀分布土壤样品48上的力和/或压力，另一方面用于允许来自相对湿度控制系统16的空气或水蒸气通过所述土壤样品48。同时，由于设置了这两个多孔盘72和74，包含在土壤样品48中的土壤水分在提取过程中将被压出所述土壤样品48，然后进入所述相对湿度控制系统16。

本发明的压力板提取器10的第二个主要部分是使用了差压检测器14，所述差压检测器14分别通过管76和78与所述内部腔室56和所述参考管62相连。为了将由于施加池压而导致的连接管76和78的潜在膨胀/压缩减到最小，使用了铜管。检测参考管62中的水位64和内池20中的水位60，然后通过差压检测器14测量这两个水位60和64之间的差值。在本发明中使用了一种高精度的差压传感器作为所述差压检测器14。特别是采用了型号为“Druck LPM9381”的差压传感器(DPT)。

本发明的压力板提取器10的第三个主要部分是使用了相对湿度控制系统16。所述相对湿度控制系统16包括电子天平82和设置于所述天平82上的干燥器84。水溶液86储存在干燥器84中。所述水溶液86由氯化钠溶液制成。通过调整水溶液86中盐的含量来控制相对湿度。应当理解，其它的溶液也可以用于调节和控制相对湿度。也应当理解，其他的相对湿度调整仪也能适用于此目的。

干燥器84与多孔盘74通过管连接，所述多孔盘74用来支撑土壤样品48。通过设置于所述管上的常规空气泵90而将被调整和控制的空气或水蒸气通过所述管泵送入所述土壤样品48中。干燥器84与多孔盘72通过另一个管连接，所述多孔盘72用来覆盖所述土壤样品48。在所述管上设置流量计98，用于监测所述空气或水蒸气的流速。因此，相对湿度可控的空气或水蒸气将在所述土壤样品48和所述相对湿度控制系统16之间循环。

为了更精确地测量和控制土壤样品48的相对湿度，在每个多孔盘的中心部分安装一套相对湿度传感器44。在每个多孔盘72和74的中心部分也安装一套热电偶干湿球温度计94。所述热电偶干湿球温度计94用来测量总吸力。

为了更好地理解如何操作新型的压力板提取器10，下面将说明本发明的具体实施过程。

净应力控制：根据本发明的所述双池压力板提取器10能够用于各种目的的净应力控制。

首先，像传统设计的压力板提取器一样，新型的双池压力板提取器10能够通过仅在所述样品48上施加轴向作用力来一维地控制净应力。

土壤样品48被两个多孔盘72和74覆盖，然后在所述土壤样品48的径向上密封在不可渗透的薄膜内。而后，将所述土壤样品48放入内池20中。提取器10被密封以确保整个系统的气密性。在提取设备12中使用了除去空气的水。

在提取过程中，通过垂直加载系统30施加作用于所述样品48上的轴向作用力，同时将未加压的空气引入所述提取设备12中。内部测压元件34与加载臂32连接，以便直接测量施加于所述土壤样品48上的轴向作用力。指示表96设置在所述加载臂32上，以便测量提取期间所述土壤样品48的轴向位移。因此，以可控的方式实现了一维的应力状态。

其次，该新型的双池提取器10能够通过仅在样品48上施加池压来三维地控制净应力。所述池压通过使加压空气源经位于顶板22上的端口66进入外池18和内池20而施加，以便各向等压(б＝б₁＝б₃)地作用于土壤样品48上，其中，б₁和б₃分别为主要和次要的主应力。所述б₁(主要的主应力)表示土壤样品48垂直方向的应力，并且所述б₃(次要的主应力)表示土壤样品48径向的应力。

像一维的净应力控制一样，土壤样品48被密封并设置于内池20中。所述提取器10被密封以确保整个系统的气密性。在所述提取设备12中使用了除去空气的水。

在提取过程中，通过使加压空气供给源通过位于顶板22上的端口66而将加压空气引入所述提取设备12中。被引入的加压空气将控制池水100的压力，所述池水100依次将在三维方向上向土壤样品48施加压力，即在土壤样品48的垂直方向和半径方向上施加压力。此时，垂直加载部件30未被激活，并因此没有在土壤样品48上施加轴向作用力。因此，实现了三维的应力状态，在所述状态下，垂直方向的应力与半径方向的应力相同。

再次，所述新型的双池提取器10能够通过同时独立地控制样品48上的池压和轴向作用力来三维地控制净应力。因此，在各种偏应力状态下(б₁≠б₃)能够实现SDSWCC的测试，其中，б₁和б₃的含义与上述相同。

所述轴向作用力通过垂直加载系统30施加于土壤样品48上。施加于土壤样品48上的轴向作用力通过连接到所述加载臂32的内部测压元件34直接测量。土壤样品48的轴向位移通过设置于所述加载臂32上的指示表96测量。

同时，通过将加压空气经顶板22上的端口66引入内池20和外池18中而提供施加于土壤样品48上的池压。由于所述内池20是末端开口的设计，所以相同的压力可以施加到内池20和外池18。通过垂直加载系统30施加的轴向作用力和通过引入加压空气而施加的池压被同时并且独立地控制。因此，通过组合提供垂直加载系统30以及导入加压空气，以一种可控的方式在所述土壤样品48上施加三维应力。

最后，通过差压检测器14测量上述处于不同应力状态下的土壤样品48的总体积变化。

测量土壤样品的总体积变化：通过采用本发明的新型压力板提取器10，在SDSWCC测试中能够精确测量非饱和状态的土壤样品48的总体积变化。

所述测量系统的基本原理是记录参考管62和瓶状内池20之间的差压的变化。将由土壤样品48的任何体积变化导致的内池20中的水位变化60与参考管62中的恒定水位64比较，并通过精密差压检测器14进行测量。在测试中，所述水位变化60仅发生在内池20的瓶颈中。因此，由于瓶颈处的横截面积小，将使得由于土壤样品48的任何体积变化导致的内池20中的水位60测量变得更加灵敏。然后，压差变化将被转化为所述土壤样品48的体积变化，并且最终获得由于各种压力状态导致的土壤样品48的体积变化。

同时，在SDSWCC测试中采用本发明的新型压力板提取器10，通过相对湿度控制系统16控制土壤样品48的相对湿度，进而控制总吸力。

总吸力控制：在本发明的应用中，采用下述最初由Kelvin[Fredlund，D.G.and Rahardjo，H.(1993).非饱和土壤的土壤力学(Sojl mechanj cs for unsaturated soils).John Wiley & Sons，Inc.]提出的描述总吸力和相对湿度(RH)之间的相互关系的热动力学方程来控制施加于土壤样品上的总吸力(ψ)：

$\mathrm{\ψ}=-\frac{\mathrm{RT}}{v_{w0}{\mathrm{\ω}}_v}[ln\left(\frac{u_v}{u_{v0}}\right)]=-\frac{\mathrm{RT}}{v_{w0}{\mathrm{\ω}}_v}\left[\ln \left(\mathrm{RH}\right)\right]$

其中，R＝通用摩尔气体常数(即：8.31432J/(mol K))，

T＝绝对温度，

v_w0＝给定温度T下水的比容或水密度的倒数，

ω_v＝水蒸气的分子量，

u_v＝孔中水蒸气的分压，

u_v0＝在相同温度T下在纯水的平坦表面上水蒸气的饱和压力。

应当注意的是，项(u_v/u_v0)也称为相对湿度(RH)。基于上述的热动力学方程，很容易明白能够通过向土壤样品48提供不同量的相对湿度(或蒸气分压)来控制土壤样品48中的总吸力(ψ)，在本发明中使用了相对湿度控制系统16。相对湿度值通过调整储存在干燥器84中的水溶液86(即盐溶液)的盐浓度来得以控制。空气泵90用于驱动来自所述干燥器84的顶部空间的空气或水蒸气穿过土壤样品48，并且沿着返回路线设置流量计94，用来监测所述空气或水蒸气的流速。所述空气或水蒸气由所述相对湿度控制系统16流入土壤样品48，并回流入所述的干燥器84中。因此，相对湿度可控的空气或水蒸气在土壤样品48和干燥器84之间循环。因此，经过一段足够长时间的循环，土壤样品48的相对湿度将变为与所述空气或水蒸气的相对湿度相同。然后，在提取中，所述土壤样品48的相对湿度将保持与所述空气或水蒸气的相对湿度一致。

在土壤样品48的顶部和底部安装两个相对湿度传感器44，用以测量所述土壤样品48的实际相对湿度。此外，设置两个热电偶干湿球温度计94，一个设于土壤样品48的顶部，另一个设于土壤样品48的底部，用于测量达到8000kPa的总吸力。

值得注意的是，在进行测试前需要进行校准来解决表观体积变化，该表观体积变化是由于池压的变化、周围温度的波动、内池20的稍微变化以及在加载杆36和内池20之间的任何相对运动而产生的。例如，对于直径为70mm并且高度为19mm的给定土壤样品48，一旦适当地校准了系统，体积测量的估计精度为大约0.03％体积应力。

应当理解，上面显示并描述了本发明的多种优选实施例，以便举例说明本发明的不同特征以及可以实现这些特征的方式。然而，本发明并不限制于上述实施例，而是希望仅由下面的权利要求进行限定。因此，本发明涵盖了所有在字面上或等同地落入所述权利要求的保护范围内的各种形式。

Claims (20)

1.一种压力板提取器，用于确定样品的依赖于应力的土-水特征，所述压力板提取器包括：

具有外壁的容器，

位于所述容器内的垂直加载系统，其用于在样品上施加力，和

位于所述外壁中的端口，该端口用于将加压空气引入所述容器中。

2.根据权利要求1所述的压力板提取器，其中：所述容器具有内壁，该内壁在所述容器内限定第一腔室和第二腔室，

所述垂直加载系统设于所述第一腔室中，和

所述端口将加压空气引入所述第二腔室中。

3、根据权利要求2所述的压力板提取器，其中：所述内壁具有开口，使得所述加压空气能通过该开口从所述第二腔室进入所述第一腔室。

4、根据权利要求3所述的压力板提取器，其中：所述被引入的空气在样品上施加三维应力。

5、根据权利要求3所述的压力板提取器，其中：所述垂直加载系统穿过所述容器和所述开口，用于在样品上施加轴向作用力。

6、根据权利要求1所述的压力板提取器，其中：所述端口将加压空气引入所述容器中，所述被引入的空气和所述垂直加载系统一起在样品上施加三维应力。

7、根据权利要求1或2所述的压力板提取器，其中：所述垂直加载系统进一步包括用于测定施加到样品上的轴向作用力的内部测压元件。

8、根据权利要求1或2所述的压力板提取器，其中：所述垂直加载系统进一步包括用于测量样品的任何轴向位移的指示表。

9、根据权利要求2所述的压力板提取器，其中：所述第一腔室上部的直径小于该第一腔室其他部分的直径。

10、根据权利要求2所述的压力板提取器，其中：所述第一腔室是瓶状的。

11、根据权利要求2所述的压力板提取器，其中：所述压力板提取器还包括容器内的参考管。

12、根据权利要求10所述的压力板提取器，其中：所述参考管安装到所述内壁的外侧壁上。

13、根据权利要求11或12所述的压力板提取器，其中：所述压力板提取器进一步包括与所述参考管和所述第一腔室均连接的差压检测器，用于检测所述样品的任何体积变化。

14、根据权利要求1或2所述的压力板提取器，其中：所述压力板提取器进一步包括差压检测器。

15、根据权利要求1或2所述的压力板提取器，其中：所述压力板提取器进一步包括将样品夹持在中间的两个多孔盘。

16、根据权利要求15所述的压力板提取器，其中：所述压力板提取器进一步包括与每个多孔盘均相连的相对湿度控制系统。

17、根据权利要求1、2或14所述的压力板提取器，其中：所述压力板提取器进一步包括相对湿度控制系统。

18、根据权利要求1或2所述的压力板提取器，其中：所述压力板提取器进一步包括用于在样品的径向上包裹样品的薄膜。

19、根据权利要求18所述的压力板提取器，其中：所述薄膜是既不可渗透的又有弹性的。

20、一种用于测量样品的土-水特征的方法，包括下列步骤：

a)将被两个多孔盘覆盖的样品在所述样品的径向上密封在不可渗透的薄膜内；

b)在所述样品上施加轴向作用力和/或池压，用于三维地控制所述样品的应力状态；

c)测量由于施加所述轴向作用力和/或池压而导致的所述样品的任何体积变化；

d)为了控制不同的总吸力，通过使来自相对湿度控制系统的空气或水蒸气循环通过所述样品，而控制所述样品的相对湿度。

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