CN101865811B - 一种用于测定非饱和土渗透系数的方法 - Google Patents

一种用于测定非饱和土渗透系数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种三向应力加载土体渗透参数的量测方法，其特征是用一种试验装置测定非饱和土的渗透参数，该装置由第一水压管路(4)、第一水体积量测管(6)、第一气压管路(11)、压力室(12)、第二气压管路(15)、第二水体积量测管(17)、第二水压管路(20)、充水管路(28)组成。调节第二水压控制阀门(19)，略微增加孔隙水压力，使得第二水体积量测管(17)液面均匀缓慢下降，调节第一水压控制阀门(7)，使得第一水体积量测管(6)液面均匀缓慢上升，数值上与第二水体积量测管(17)数值保持一致，保证出入试样的水量相等，即确保试样内部含水量恒定，记录一定时间内第二水体积量测管(17)水体积变化值，即可得到对应基质吸力值的非饱和渗透参数。该方法实施简单，测量精度高，适合于土木工程中遇到的各种土质的非饱和渗透参数的量测。

Description

一种用于测定非饱和土渗透系数的方法
技术领域
本发明是一种测定三向应力环境下土体渗透系数的量测方法，属于土木工程技术领域。
背景技术
非饱和土在我国分布广泛，地球表面广泛分布的天然沉积土，以及工程建设中遇到的土体问题，几乎都是非饱和土问题，真正意义上的饱和土在工程实践中很少见到，这使得非饱和土力学的研究具有非常现实和实际的意义。水力滞后是非饱和土的一个重要特征，水力滞后通常表现在土水保持曲线的滞后性，且土水保持曲线的滞后性受到多种因素影响，如土结构，温度尤其是应力状态的影响。用来描述非饱和土水分特征的两个重要系数就是非饱和渗透系数与土水保持曲线即土体基质吸力与含水量的对应关系。目前国内外还没有用来测定三向加载状态下的土水保持曲线和非饱和渗透系数的仪器与试验方法。本发明就是用来测定三向加载应力状态下非饱和土渗透系数的试验量测方法。
发明内容
本发明目的是提供一种非饱和土渗透系数测定方法，解决非饱和土在三向加载状态下的非饱和土渗透系数的测试问题。
本发明的技术解决方案是，利用一种非饱和土试验装置测定渗透系数，该装置包括压力室12、气压泵21、真空泵8、加载框架10、仪器底座27、第一水压管路4、第二水压管路20、第一气压管路11、第二气压管路15。其中压力室12与仪器底座27通过螺栓2连接，压力室12顶部有垂直位移量测计1与加压轴3。压力室12顶部的第二气压管路15连接有压力室12、第一气压传感器16、第一气压控制阀门18、气压泵21，仪器底座27里的压力室充水管路28与充水控制阀门29相连。仪器底座27上面安装有试样底座25，试样底座上面镶嵌有下陶土板36。试样底座中央的第二水压管路20连接有下陶土板36、第二水压传感器38、第二水体积量测管17、第二水压控制阀门19、气压泵21，第二水体积量测管17上部有第二封水橡胶塞37。试样顶帽13下部镶嵌有上陶土板14，试样顶帽13中央第一水压管路4连接有上陶土板14、第一水压传感器9、第一水体积量测管6、第一水压控制阀门7、真空泵8，第一水体积量测管6上部有第一封水橡胶塞5。上陶土板14与下陶土板36中间安装试样30，试样顶帽13、上陶土板14、试样30、试样底座25由橡胶膜包裹。第一水体积量测管6和第二水体积量测管17的量程均要求大于200cm3，精度均要求达到1mm3，上陶土板14与下陶土板36的最大进气值均不小于1500kPa。试样30中间部位穿过橡胶膜的第一气压管路11连接有试样30、第二气压传感器23、第二气压控制阀门22、气压泵21。砝码26通过加压框架10与加压轴3，对准试样顶帽13顶部凹槽对试样施加垂直压力。加载框架10由砝码26、杠杆32、大砝码33、第一转动轴31、第二转动轴39、第三转动轴40、第四转动轴41组成，加载框架10通过固定栓24与仪器底座27连接，带动框架10升降的第二转动轴39和第四转动轴41通过第一金属钩34连接，砝码26与杠杆31通过第二金属钩35连接。
本发明优点：
该测定方法应用简单，测量精度高，满足三向应力要求，可以量测非饱和土的渗透系数。
本发明适用范围：
适用于土木工程中遇到的各种土质在三向加载应力环境下的非饱和渗透系数的量测问题。
附图说明：
图1是测定非饱和土渗透系数的试验方法所用测定装置的结构示意图。其中有：垂直位移量测计1、螺栓2、加压轴3、第一水压管路4、第一封水橡胶塞5、第一水体积量测管6、第一水压控制阀门7、真空泵8、第一水压传感器9、加载框架10、第一气压管路11、压力室12、试样顶帽13、上陶土板14、第二气压管路15、第一气压传感器16、第二水体积量测管17、第一气压控制阀门18、第二水压控制阀门19、第二水压管路20、气压泵21、第二气压控制阀门22、第二气压传感器23、固定栓24、试样底座25、砝码26、仪器底座27、充水管路28、充水控制阀门29、试样30、下陶土板36、第二封水橡胶塞37、第二水压传感器38。
图2是图1的A-A右视图。其中有：加载框架10、固定栓24、第一转动轴31、杠杆32、大砝码33、第一金属钩34、第二金属钩35、第二转动轴39、第三转动轴40、第四转动轴41。
具体实施方式：
实施例：非饱和土渗透系数的量程方法如下，
①将第一气压管路11从气压泵21上拆除，将第一水压管路4与气压泵21连接，关闭第一气压控制阀门18与第二气压控制阀门22，启动气压泵21，打开第一水压控制阀门7与第二水压控制阀门19，加压将上陶土板14与下陶土板36充水饱和；
②上陶土板14与下陶土板36饱和后，关闭气压泵21，将第一水压管路4与真空泵8连接，关闭第一水压控制阀门7与第二水压控制阀门19，将第一气压管路11与气压泵21连接，将试样顶帽13和试样30安装在试样底座25上，外面套上橡皮膜，压力室12与仪器底座27由螺栓2连接，通过充水管路28往压力室内充水，待水面距离压力室顶面5～10cm时，关闭充水控制阀门29；
③将第二水压管路20从气压泵21上拆下，按试验要求增加砝码26，施加垂直压力于试样顶帽13上，同时启动气压泵21，调节第一气压控制阀门18，施加围压，打开第二水压控制阀门19排水，直到达到要求的试样应力状态；
④关闭第二水压控制阀门19，将第二水压管路20与气压泵21连接，启动真空泵8，调节第二气压控制阀门22与第二水压控制阀门19，通过第二气压传感器23和第二水压传感器38，控制一定大小的孔隙气压力与孔隙水压力，即控制试样的基质吸力S0，通过第二水体积量测管17读出进出试样的水量大小，待第二水体积量测管17液面变化稳定后，得到对应试样基质吸力S0的含水量W0，调节第二水压控制阀门19，略微增加孔隙水压力，使得第二水体积量测管17液面均匀缓慢下降，调节第一水压控制阀门7，使得第一水体积量测管6液面均匀缓慢上升，数值上与第二水体积量测管17数值保持一致，保证出入试样的水量相等，即确保试样内部含水量恒定，记录一定时间内第二水体积量测管17水体积变化值，即可得到对应基质吸力S0的非饱和渗透系数；
⑤关闭第一水压控制阀门7，调节第二气压控制阀门22和第二水压控制阀门19，改变孔隙气压与孔隙水压大小，即改变试样基质吸力S1，待第二水体积量测管17变化稳定后，表示试样内含水量达到平衡，得到对应基质吸力S1的试样含水量W0，调节第二水压控制阀门19，略微增加孔隙水压力，使得第二水体积量测管17液面均匀缓慢下降，调节第一水压控制阀门7，使得第一水体积量测管6液面均匀缓慢上升，数值上与第二水体积量测管17数值保持一致，保证出入试样的水量相等，即确保试样内部含水量恒定，记录一定时间内第二水体积量测管17水体积变化值，即可得到对应基质吸力值S1的非饱和渗透系数；
⑥按试验要求，重复步骤⑤，可以得到试样不同基质吸力值下的非饱和渗透系数。

Claims (1)

1.一种用于测定非饱和土渗透系数的方法，其特征是用一种试验装置测定非饱和土渗透系数，该装置包括压力室(12)、气压泵(21)、真空泵(8)、加载框架(10)、仪器底座(27)、第一水压管路(4)、第二水压管路(20)、第一气压管路(11)、第二气压管路(15)，压力室(12)与仪器底座(27)通过螺栓(2)连接，压力室(12)顶部有垂直位移量测计(1)和加压轴(3)，压力室(12)顶部的第二气压管路(15)连接有压力室(12)、第一气压传感器(16)、第一气压控制阀门(18)、气压泵(21)，仪器底座(27)里的压力室充水管路(28)与充水控制阀门(29)相连，仪器底座(27)上面安装有试样底座(25)，试样底座(25)上面镶嵌有下陶土板(36)，试样底座(25)中央的第二水压管路(20)连接有下陶土板(36)、第二水压传感器(38)、第二水体积量测管(17)、第二水压控制阀门(19)、气压泵(21)，第二水体积量测管(17)上部有第二封水橡胶塞(37)，试样顶帽(13)下部镶嵌有上陶土板(14)，试样顶帽(13)中央第一水压管路(4)连接有上陶土板(14)、第一水压传感器(9)、第一水体积量测管(6)、第一水压控制阀门(7)、真空泵(8)，第一水体积量测管(6)上部有第一封水橡胶塞(5)，上陶土板(14)与下陶土板(36)中间安装试样(30)，试样顶帽(13)、上陶土板(14)、试样(30)、试样底座(25)由橡胶膜包裹，试样(30)中间部位穿过橡胶膜的第一气压管路(11)连接有试样(30)、第二气压传感器(23)、第二气压控制阀门(22)、气压泵(21)，砝码(26)通过加载框架(10)与加压轴(3)，对准试样顶帽(13)顶部凹槽，对试样(30)施加垂直压力，用该试验装置量测非饱和渗透系数的方法如下，
①将第一气压管路(11)从气压泵(21)上拆除，将第一水压管路(4)与气压泵(21)连接，关闭第一气压控制阀门(18)与第二气压控制阀门(22)，启动气压泵(21)，打开第一水压控制阀门(7)与第二水压控制阀门(19)，加压将上陶土板(14)与下陶土板(36)充水饱和；
②上陶土板(14)和下陶土板(36)饱和后，关闭气压泵(21)，将第一水压管路(4)与真空泵(8)连接，关闭第一水压控制阀门(7)与第二水压控制阀门(19)，将第一气压管路(11)与气压泵(21)连接，将试样顶帽(13)和试样(30)安装在试样底座(25)上，外面套上橡皮膜，压力室(12)与仪器底座(27)由螺栓(2)连接，通过充水管路(28)往压力室内充水，待水面距离压力室顶面5～10cm时，关闭充水控制阀门(29)；
③将第二水压管路(20)从气压泵(21)上拆下，按试验要求增加砝码(26)，施加垂直压力于试样顶帽(13)上，同时启动气压泵(21)，调节第一气压控制阀门(18)，施加围压，打开第二水压控制阀门(19)排水，直到达到要求的试样应力状态；
④关闭第二水压控制阀门(19)，将第二水压管路(20)与气压泵(21)连接，启动真空泵(8)，调节第二气压控制阀门(22)与第二水压控制阀门(19)，通过第二气压传感器(23)和第二水压传感器(38)，控制一定大小的孔隙气压力与孔隙水压力，即控制试样的基质吸力S0，通过第二水体积量测管(17)读出进出试样的水量大小，待第二水体积量测管(17)液面变化稳定后，得到对应试样基质吸力S0的含水量W0，调节第二水压控制阀门(19)，略微增加孔隙水压力，使得第二水体积量测管(17)液面均匀缓慢下降，调节第一水压控制阀门(7)，使得第一水体积量测管(6)液面均匀缓慢上升，数值上与第二水体积量测管(17)数值保持一致，保证出入试样的水量相等，即确保试样内部含水量恒定，记录一定时间内第二水体积量测管(17)水体积变化值，即可得到对应基质吸力S0的非饱和渗透系数；
⑤关闭第一水压控制阀门(7)，调节第二气压控制阀门(22)和第二水压控制阀门(19)，改变孔隙气压与孔隙水压大小，即改变试样基质吸力S，待第二水体积量测管(17)变化稳定后，表示试样内含水量达到平衡，得到对应基质吸力S1的试样含水量W1，调节第二水压控制阀门(19)，略微增加孔隙水压力，使得第二水体积量测管(17)液面均匀缓慢下降，调节第一水压控制阀门(7)，使得第一水体积量测管(6)液面均匀缓慢上升，数值上与第二水体积量测管(17)数值保持一致，保证出入试样的水量相等，即确保试样内部含水量恒定，记录一定时间内第二水体积量测管(17)水体积变化值，即可得到对应基质吸力值S1的非饱和渗透系数；
⑥按试验要求，重复步骤⑤，可以得到试样不同基质吸力值下的非饱和渗透系数。
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