CN106092809B - 一种基于滤纸法的非饱和土吸力现场测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于滤纸法的非饱和土吸力测量装置，包括取土管、套管、测量管、滤纸插入装置、小型切土刀、滤纸隔离装置。所述取土管和测量管内嵌在套管中，所述套管的上端设有橡胶圈，并在中部偏上设有半环状开口。将滤纸放置在所述滤纸插入装置，并插入所述套管半环状开口中，抽走滤纸插入装置，推动测量管使土样与土样紧贴，一段时间滤纸与土的水汽平衡后，取出滤纸，测量其含水率，根据滤纸的含水率和吸力曲线，推算土中吸力。

Description

一种基于滤纸法的非饱和土吸力现场测量装置

技术领域

本发明涉及一种基于滤纸法的非饱和土吸力现场测量装置，属于岩土工程技术领域。

背景技术

非饱和土中吸力的大小是影响非饱和土性质的重要因素，吸力的变化直接影响土的渗透和力学等性质。非饱和土的总吸力包括基质吸力和渗透吸力两部分。准确量测非饱和土中的吸力是研究非饱和土的重要部分。目前非饱和土吸力的测量方法主要有滤纸法、热电偶干湿计法、张力计法等。滤纸法由于成本低，吸力测量范围大等优点，并具备测量基质吸力和总吸力的功能，而被广泛应用，其原理是：滤纸能够同具有一定吸力的土通过水汽交换达到平衡，根据标定的滤纸的吸力和含水率的关系曲线，可以推算出吸力。

目前，由于没有利用滤纸法测量土体吸力的设备，因此利用该方法进行的实验均为室内。然而，无论是取原状土运输到实验室进行测试，还是用重塑土进行测试，土样在进行测试前均无法避免较大的人为扰动，进而影响了土体中吸力的测量，进而使得所测结果较难反映现场土体的真正吸力值。

发明内容

本发明提供了一种基于滤纸法的非饱和土体吸力现场测量装置，测试场地的不同，可以实现室内测量和现场测量，不仅可以测量非饱和土的总吸力，还可以测量基质吸力。

本发明采取的技术方案为：

一种基于滤纸法的非饱和土吸力测量装置，包括取土管、套管、测量管、滤纸插入装置、小型切土刀、滤纸隔离装置；所述取土管和测量管内嵌在套管中，所述套管的上端设有橡胶圈，并在中部偏上设有半环状开口，将滤纸放置在所述滤纸插入装置，并插入所述套管半环状开口中，抽走滤纸插入装置，推动测量管使土样与土样紧贴，一段时间滤纸与土的水汽平衡后，取出滤纸，测量其含水率，根据滤纸的含水率和吸力曲线，推算土中吸力。

进一步的，所述取土管为不锈钢制圆管，底部为楔型，上部带有凸出卡环，嵌套在所述套管中。

进一步的，所述测量管为钢制圆管或铝制管，上部设有橡胶圈，插在所述套管中，并可以在所述套管中抽插移动。

进一步的，所述测量管上部可以固定连接在钻杆上。

进一步的，所述套管为钢制管或硬质有机玻璃管，底部为楔型，上部通过螺栓与测量管固定连接。

进一步的，所述套管中部设有两个贯通的矩形孔，矩形孔上部2cm处开有半环状开口，开口厚度为5mm。

进一步的，所述套管可相对嵌在其内的测量管和取土管转动。

进一步的，所述滤纸插入装置为叉型结构，内设有卡槽。

进一步的，所述小型切土刀为高强度不锈钢刀片，厚度为2mm，可插入所述套管中部贯穿的矩形孔中并固定。

进一步的，滤纸隔离装置为带孔圆盘，材质为有机玻璃或是硬质塑料，厚度为4mm，可以通过所述套管的上部开口平放入测量管中。

一种基于滤纸法的非饱和土吸力现场测量方法，用钻孔器在试验区钻出一定深度的孔洞，然后将所述基于滤纸法非饱和土吸力现场测量装置固定在钻杆上，向下挤压钻杆将所述现场测量装置压入土中，提升钻杆，并将现场测量装置取到地表或是开口处露出地表，插入小型切土刀并旋转套管，剪切土样，然后将剪裁并处理好的三张滤纸，用镊子放入测量管中并压紧滤纸，并将装置插入洞中，或运输到实验室，一段时间后，滤纸与周围的土体的水汽交换平衡后，取出测量装置，并从中去取出滤纸，进行称量测算。

本发明一种基于滤纸法的非饱和土吸力现场测量装置，的有益之处是：

（1）本发明可以替代部分原状土取土器的功能，实现取土后即测量，减少外界因素对土体的扰动；

（2）本发明中测量管和取土管嵌套在套管中，并在测量管上部设有橡胶圈，整个取土与测量过程都是在相对密闭环境中进行，保证了原状土的水分特征；

（3）通过在套管上贯通的小矩形孔中插入小型切土刀，并旋转套筒完成对原状土的切割和土样制备，将土体与外部设备接触的面积降到最小，有效避免原状土被扰动；

（4）测量管在套管中可以进行抽插运动，通过抽插可以压紧滤纸，从而避免因滤纸与土体贴合不好导致的吸力测量误差；

（5）滤纸的放入过程中是通过滤纸插入装置放入，避免滤纸放入过程中的褶皱现象；

（6）可通过放入滤纸隔离装置实现对原状土的基质吸力的测量；

（7）本发明结构简单，易于操作，从取土到测量连续操作，简单易用，且制造成本低，适合推广应用。

附图说明

图1非饱和土吸力测量装置剖面结构示意图。

图2非饱和土吸力测量装置左、右侧视图。

图3滤纸插入装置结构示意图。

图4滤纸隔离装置示意图。

图5非饱和土吸力测量装置测量方法示意图。

图中：1—取土管，2—测量管，3—套管，31--半圆形环状开口，32—贯穿孔，33-橡胶圈，34—螺栓，4—滤纸插入装置，5—小型切土刀，6—滤纸隔离装置，7—原状土样，8—滤纸，9—密封胶带。

具体实施方式

如图3所示，一种基于滤纸法的非饱和土吸力现场测量装置，包括取土管1、测量管2、套管3、滤纸插入装置4、小型切土刀5和滤纸隔离装置6。取土管1和测量管2内嵌在套管3中，套管3上部内侧设有橡胶圈33，橡胶圈33与测量管2紧密连接；套管3顶部通过螺栓34与测量管2固定连接，套管3中间内部设有卡槽，套管3卡槽上部开有直径为长1cm高3mm的贯穿矩形孔32，矩形孔32上部2cm处，开有半圆形环状开孔31；拆除螺栓34，套管3与取土管1、测量管2可以相对转动，且测量管2可以在套管3中实现抽插活塞运动。

首先用钻孔器在试验场地钻一孔洞，深度为设计测量试验深度，然后提升钻孔器，并将钻杆与非饱和土吸力测量装置的上部固定连接，将非饱和吸力测量装置放入孔中，并静压或旋转，将非饱和吸力测量装置压入试验土层中，缓慢提升非饱和土吸力测量装置至地表或开口处露出地表，完成取土工作。将硬质小型切土刀5插入套管3中部贯穿矩形孔32中，并固定牢固，取下螺栓34，旋转套管3一圈以实现对测量管2中土样7的切割，上拔测量管2至套管3上部半圆形环状开口31上部，将装有滤纸的滤纸插入装置4，插入到半圆形环状开口31中，并向下轻推测量管3，使得测量管3压在滤纸插入装置4上，轻轻拔出滤纸插入装置10，并将滤纸8留在测量管3中，向下推挤测量管2，并拔出小型切土刀5，用胶带9密封套管3中部的贯穿矩形小孔32，进一步推挤测量管2，使得滤纸紧贴在取土管1内的土体7上，随后用胶带9将套管3上部半圆形环状开口31密封；根据试验设计，将测量装置取土管1下部密封带回实验室或直接将测量装置埋入孔中，待一个星期后，滤纸与土的水汽平衡后，打开套管，迅速取出滤纸进行量测其含水率，根据率定的含水率与吸力关系曲线推算非饱和土的基质吸力。

或者在上述步骤，向非饱和土吸力测量装置中插入滤纸前，先将所述滤纸隔离装置6插入套管3上部半圆形环状开口31中，然后另取一块滤纸隔离装置6并使其底部与滤纸相连，一同放入滤纸插入装置4中，并将滤纸插入装置4插入到半圆形环状开口31中，并向下轻推测量管3，使得测量管3压在滤纸隔离装置6上，轻轻拔出滤纸插入装置4，并将滤纸8及滤纸隔离装置6留在测量管3中，向下推挤测量管2，并拔出小型切土刀5，用胶带密封套管3中部的贯穿矩形孔32，进一步推挤测量管2，使得滤纸紧压在放入测量管2中的滤纸隔离装置6上，随后用胶带将套管3上部半圆形环状开口31密封；根据试验设计，将测量装置取土管1下部密封带回实验室或直接将测量装置埋入孔中，待一个星期后，滤纸与土的水汽平衡后，打开套管3，迅速取出滤纸进行量测其含水率，根据率定的含水率与吸力关系曲线推算非饱和土的总吸力。

Claims (4)

1.一种基于滤纸法的非饱和土吸力测量装置，包括取土管、套管、测量管、滤纸插入装置、小型切土刀、滤纸隔离装置；所述取土管和测量管内嵌在套管中，套管可相对嵌在其内的测量管和取土管转动，所述测量管上部可以固定连接在钻杆上。

2.根据权利要求1所述的一种基于滤纸法的非饱和土吸力测量装置，其特征在于：所述取土管为不锈钢制圆管，底部为楔型，上部带有凸出卡环，嵌套在所述套管中。

3.根据权利要求1所述的一种基于滤纸法的非饱和土吸力测量装置，其特征在于：所述测量管为钢制圆管或铝制管，上部设有橡胶圈，插在所述套管中，并可以在所述套管中抽插移动。

4.根据权利要求1所述的一种基于滤纸法的非饱和土吸力测量装置，其特征在于：所述套管为钢制管或硬质有机玻璃管，底部为楔型，上部通过螺栓与测量管固定连接，套管中部设有两个贯通的矩形孔，矩形孔上部2cm处开有半环状开口，开口厚度为5mm。