CN202599945U - 一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，主要包括压力室、吸力控制、土样抽气饱和、冲刷、水质量测量和数据自动采集等系统；其特征是利用螺纹将制样器与陶土板紧密接触，确保了二者的密封性，结合高精度电子压力表与电子天平实时监测控制吸力与土样含水量的变化；设计了上口敞开的储水外室，并利用温控加热棒确保内室温度基本恒定；内室蓄水与浸湿滤纸确保内室空气湿度基本饱和；改进了内室，并配合真空泵和储水槽，使其具有了可对土样进行抽气饱和的新功能。本实用新型使土水特征曲线的测定结果更为准确，尤其提高了低吸力条件下的试验精度，且测定方法更为便利。

Description

一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪

技术领域

本实用新型涉及一种测定土样土水特征曲线的装置，尤其是涉及一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪。

背景技术

土水特征曲线是指土壤吸力与土的含水量、饱和度或体积含水率之间的关系曲线。土水特征曲线是非饱和土的本构模型的重要组成部分，可用以估算非饱和土的强度和渗透系数等，因此它是非饱和土力学中关键的参数和基本的测试内容。目前，国内外测定土的土水特征曲线一般是采用压力板仪或渗透固结型压力板仪等，这些压力板仪在使用过程中存在以下问题：

(1)土样的初始饱和条件不易实现。由于传统压力板仪的制样器与陶土板之间存在空隙，使得饱和土样中的水在试验开始前便会流出，导致试验结束后，无法利用量测的数据准确反算出低吸力条件下土样的含水量。

(2)低吸力条件不易控制。传统对土壤吸力的控制只分高、低两级，由于低气压段量程较大，因此受限于压力表的精度，难于准确反映实际的吸力值，对低吸力范围的土水特征曲线的测定造成了较大影响，特别是对裂隙土的土水特征曲线难以准确测定。

(3)缺乏数据采集的自动化。试验数据需试验人员定期读取，易造成人为操作误差，影响了数据的准确度，且不能对试验过程进行实时监测。

(4)吸力平衡条件不易判定。由于低吸力条件不易控制，且缺乏对试验过程中土样水分与吸力变化的实时监测，使得试验过程中土样受吸力控制不稳的影响，导致吸力平衡条件不易判断。

(5)压力容器的控温效果不佳。压力容器的温度易随环境变化，导致水蒸气易在压力容器内壁冷凝，使得对土样含水量的测定存在一定的误差。

(6)压力容器内的空气饱和度不易控制。土样周围的非饱和空气会使土样的水分逐渐蒸发，影响了试验结果。

(7)水分蒸发的误差易被忽视。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其设计合理、简便易用，可使土水特征曲线的测定结果更为准确，测定方法更加便利。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：包括压力室系统、吸力控制系统、土样抽气饱和系统、冲刷系统、水质量测量系统和数据自动采集系统；所述压力室系统包括底座和设置在所述底座上方的顶盖，以及安装在所述底座上的陶土板、制样器和控温保湿装置；所述顶盖包括固结用顶盖和普通顶盖，所述底座由相连接的上底座和下底座两部分组成，所述制样器安装在上底座上，所述下底座上开有冲刷凹槽，所述陶土板设置在冲刷凹槽上，所述冲刷系统与冲刷凹槽相接且用于冲刷陶土板扩散出的空气，所述冲刷系统与水质量测量系统相接，所述制样器内设置有土样，所述土样与陶土板表面接触且土样中排出或吸入的水质量由水质量测量系统进行量测；所述上底座上开有给排水管道，所述顶盖上开有进抽气口，所述给排水管道和进抽气口均与土样抽气饱和系统相接；所述吸力控制系统与压力室系统相接，所述数据自动采集系统通过电缆与压力室系统、吸力控制系统和水质量测量系统均相接并实现对试验数据的实时采集以绘制土水特征曲线。

上述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述制样器的外壁上设置有螺纹，所述制样器的上端设置有刃口，所述制样器与上底座固定连接，所述制样器的下端设置有第一O型橡胶垫圈。

上述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述控温保湿装置由温度控制装置和保湿装置组成，所述温度控制装置包括外室桶壁和设置在外室桶壁上的温控加热棒，所述保湿装置包括内室桶壁和贴在内室桶壁内壁上的滤纸；所述外室桶壁上口敞开，所述外室桶壁的上端与所述顶盖的下底面有距离，所述外室桶壁通过第二螺栓固定在上底座上，所述外室桶壁与上底座之间设置有第二O型橡胶垫圈。

上述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述土样抽气饱和系统包括储水槽和真空泵，所述储水槽通过第二管道与给排水管道连通，所述储水槽上贴有用于测量其内部水位变化的第一刻度标尺，所述第二管道上安装有第一阀门；所述真空泵通过第一管道与进抽气口连通，所述第一管道上安装有真空压力表、第二阀门和第三阀门。

上述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述吸力控制系统包括气压源、气压调节阀组和气压量测压力表组；所述气压调节阀组由高压调节阀、中压调节阀和低压调节阀组成，所述气压量测压力表组由高量程高精度电子压力表、中量程高精度电子压力表和低量程高精度电子压力表组成；所述高压调节阀和高量程高精度电子压力表均安装在第四管道上，所述中压调节阀和中量程高精度电子压力表均安装在第三管道上，所述低压调节阀和低量程高精度电子压力表均安装在第五管道上。

上述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述冲刷系统包括第一量管和第二量管，所述第一量管通过第六管道与冲刷凹槽的一端连通，所述第二量管通过第七管道与冲刷凹槽的另一端连通；所述第六管道上安装有第十一阀门和第十二阀门，所述第七管道上安装有第十三阀门、集气瓶和第十五阀门，所述集气瓶的顶口处设置有第十四阀门，所述集气瓶上贴有用于测量其内部水位变化的第三刻度标尺。

上述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述水质量测量系统包括储水瓶和设置在储水瓶下方的电子天平，所述储水瓶通过第八管道与第七管道连通，所述第八管道上安装有滑动支架和第十六阀门，所述储水瓶上贴有用于测量其内部水位变化的第二刻度标尺，所述储水瓶中的水位须在进出水口以上，所述储水瓶旁设置有用于修正储水瓶中水分蒸发误差的蒸发校正对照组。

上述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述数据自动采集系统包括电脑和与电脑相接的数据采集器，所述高量程高精度电子压力表、中量程高精度电子压力表、低量程高精度电子压力表、电子数显百分表和电子天平上均设有数据端口，所述高量程高精度电子压力表、中量程高精度电子压力表、低量程高精度电子压力表、电子数显百分表和电子天平均与数据采集器相接，所述电子数显百分表设置在所述固结用顶盖上。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、该压力板仪设计合理、简便易用，可使土水特征曲线的测定结果更为准确，测定方法更加便利。

2、采用螺纹方式将制样器安装在上底座上，并在制样器与钢套环之间放置了第一O型橡胶垫圈，确保了二者的密封性，使得制样器内饱和土样水在试验开始前不会流失，从而确保了土样的初始饱和度。

3、通过三个高精度电子压力表(高量程高精度电子压力表、中量程高精度电子压力表、低量程高精度电子压力表)及其对应的三个调压阀(高压调压阀、中压调压阀和低压调压阀)以确保吸力的精确控制，尤其提高了低吸力条件下土水特征曲线测定的精度(该法可使裂隙土的土水特征曲线的测定更为准确)。

4、通过数据采集器将电子天平、电子数显百分表、高量程高精度电子压力表、中量程高精度电子压力表、低量程高精度电子压力表均与电脑连接，实现了试验过程数据采集的自动化，数据自动采集系统的建立，不仅有助于吸力平衡条件的判断，而且避免了人为操作的误差，大幅提高了试验精度。

5、本实用新型提高了低吸力条件下的试验精度，且建立了数据自动采集系统，实现了试验过程中土样水分与吸力变化的实时监测，因此可准确判定吸力平衡的条件。

6、设计了上口敞开的储水外室(由外室桶壁形成的空腔)，并利用温控加热棒确保内室(由内室桶壁形成的空腔)温度基本恒定，且内室蓄水与滤纸确保内室空气湿度基本饱和，大幅减小了因土样水分蒸发和冷凝引起的误差。

7、通过内室配合真空泵和储水槽，使压力板仪具有可对土样进行直接抽气饱和的新功能，有利于土样初始饱和条件的控制。

8、储水瓶旁边设置了蒸发校正对照组，减少了水分蒸发引起的误差。

下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意框图。

图2为本实用新型的整体结构示意图。

图3为本实用新型压力室系统的结构示意图。

图4为本实用新型普通顶盖的结构示意图。

图5为本实用新型固结用顶盖的结构示意图。

图6为本实用新型吸力控制系统的结构示意图。

图7为本实用新型土样抽气饱和系统的结构示意图。

图8为本实用新型冲刷系统的结构示意图。

图9为本实用新型水质量测量系统的结构示意图。

附图标记说明：

1-压力室系统；    2-吸力控制系统；    3-土样抽气饱和系统；

4-冲刷系统；         5-水质量测量系统；     6-数据自动采集系统；

7-第一管道；         8-第三管道；           9-第四管道；

10-第五管道；        11-第二管道；          12-第六管道；

13-第七管道；        14-第八管道；          15-上底座；

16-下底座；          17-冲刷凹槽；          18-钢套环；

19-陶土板；          20-给排水管道；        21-制样器；

22-数据采集器；      23-外室桶壁；          24-温控加热棒；

25-土样；            26-内室桶壁；          27-滤纸；

28-普通顶盖；        28-1-盖体；            29-进抽气口；

30-垂直加载杆；      31-支架；              32-电子数显百分表；

33-活塞；            34-多孔板；            35-第一螺栓；

36-第二螺栓；        37-第三螺栓；          38-第一O型橡胶圈；

39-第一O型橡胶垫圈；                        40-第二O型橡胶垫圈；

41-第二O型橡胶圈；   42-支座；              43-储水槽；

44-第一刻度标尺；    45-第一阀门；          46-真空压力表；

47-第二阀门；        48-第三阀门；          49-真空泵；

50-第四阀门；        51-蒸气饱和器；        52-第五阀门；

53-第六阀门；        54-第七阀门；

55-高量程高精度电子压力表；                 56-中量程高精度电子压力表；

57-低量程高精度电子压力表；                 58-高压调节阀；

59-中压调节阀；      60-低压调节阀；        61-第八阀门；

62-第九阀门；        63-第十阀门；          64-气压源；

65-第一量管；        66-第十一阀门；        67-第十二阀门；

68-第二量管；        69-第十三阀门；        70-集气瓶；

71-第十四阀门；      72-第十五阀门；        73-第十六阀门；

74-滑动支架；        75-进出水口；          76-储水瓶；

77-电子天平；        78-第二刻度标尺；      79-蒸发校正对照组；

80-电脑；        81-第三刻度标尺。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括压力室系统1、吸力控制系统2、土样抽气饱和系统3、冲刷系统4、水质量测量系统5和数据自动采集系统6；所述压力室系统1包括底座和设置在所述底座上方的顶盖，以及安装在所述底座上的陶土板19、制样器21和控温保湿装置；所述顶盖包括固结用顶盖和普通顶盖28，所述底座由相连接的上底座15和下底座16两部分组成，所述制样器21安装在上底座15上，所述下底座16上开有冲刷凹槽17，所述陶土板19设置在冲刷凹槽17上，所述冲刷系统4与冲刷凹槽17相接且用于冲刷陶土板19扩散出的空气，所述冲刷系统4与水质量测量系统5相接，所述制样器21内设置有土样25，所述土样25与陶土板19表面接触且土样25中排出或吸入的水质量由水质量测量系统5进行量测；所述上底座15上开有给排水管道20，所述顶盖上开有进抽气口29，所述给排水管道20和进抽气口29均与土样抽气饱和系统3相接；所述吸力控制系统2与压力室系统1相接，所述数据自动采集系统6通过电缆与压力室系统1、吸力控制系统2和水质量测量系统5均相接并实现对试验数据的实时采集以绘制土水特征曲线。其中，所述制样器21的外壁上设置有螺纹，所述制样器21的上端设置有刃口，所述制样器21与上底座15固定连接，所述制样器21的下端设置有第一O型橡胶垫圈39，以确保密封性，有效防止了制样器21内饱和土样25中水分流失。

如图1至图3所示，本实施例中，所述控温保湿装置由温度控制装置和保湿装置组成，所述温度控制装置包括外室桶壁23和设置在外室桶壁23上的温控加热棒24，所述保湿装置包括内室桶壁26和贴在内室桶壁26内壁上的滤纸27；所述外室桶壁23上口敞开，所述外室桶壁23的上端与所述顶盖的下底面有距离，所述外室桶壁23通过第二螺栓36固定在上底座15上，所述外室桶壁23与上底座15之间设置有第二O型橡胶垫圈40。其中温控加热棒24可使外室中的水温保持恒定，从而确保内室中空气温度基本恒定；由于在内室桶壁26的内壁上贴有滤纸27，且在内室桶壁26与制样器21之间蓄水，因此浸入蓄水的滤纸27可通过毛细现象使内室的空气湿度基本处于饱和条件。

如图4和图5所示，本实施例中，顶盖包括固结用顶盖和普通顶盖28，固结用顶盖包括盖体28-1和安装在盖体28-1上的垂直加载杆30，盖体28-1与垂直加载杆30之间设置有活塞33，垂直加载杆30的上端穿过盖体28-1，所述垂直加载杆30的下端与多孔板34接触，多孔板34放置在土样25上，垂直加载杆30的上端固定有支架31，支架31上安装有用于量测土样25固结过程中产生竖向变形量的电子数显百分表32，电子数显百分表32具有数据端口且与数据自动采集系统6相连；盖体28-1和普通顶盖28上均开有进抽气口29。其中，对土样25进行固结试验时，采用固结用顶盖；不需对土样25进行固结试验时，采用普通顶盖28。活塞33不仅可以使垂直加载杆30在其中自由上下移动，且可以密封垂直加载杆30与活塞33之间的缝隙，使之不漏气。

如图2和图7所示，本实施例中，所述土样抽气饱和系统3包括储水槽43和真空泵49，所述储水槽43通过第二管道11与给排水管道20连通，所述储水槽43上贴有用于测量其内部水位变化的第一刻度标尺44，所述第二管道11上安装有第一阀门45；所述真空泵49通过第一管道7与进抽气口29连通，所述第一管道7上安装有真空压力表46、第二阀门47和第三阀门48。其中，第一刻度标尺44通过测量储水槽43内部水位变化，进而得知内室给水与排水体积变化。

如图2和图6所示，本实施例中，所述吸力控制系统2包括气压源64、气压调节阀组和气压量测压力表组；所述气压调节阀组由高压调节阀58、中压调节阀59和低压调节阀60组成，所述气压量测压力表组由高量程高精度电子压力表55、中量程高精度电子压力表56和低量程高精度电子压力表57组成；所述高压调节阀58和高量程高精度电子压力表55均安装在第四管道9上，所述中压调节阀59和中量程高精度电子压力表56均安装在第三管道8上，所述低压调节阀60和低量程高精度电子压力表57均安装在第五管道10上；所述第三管道8的两端分别与气压源64和第一管道7连通，所述第三管道8、第四管道9和第五管道10采用并联设置；所述第四管道9上还安装有第五阀门52和第八阀门61，所述高量程高精度电子压力表55位于高压调节阀58与第五阀门52之间；所述第三管道8上还安装有第四阀门50、第六阀门53、第九阀门62和蒸气饱和器51，蒸气饱和器51与第一管道7连通，所述中量程高精度电子压力表56位于中压调节阀59与第六阀门53之间；所述第五管道10上还安装有第七阀门54和第十阀门63，所述低量程高精度电子压力表57位于低压调节阀60与第七阀门54之间。其中，蒸气饱和器51的作用是使注入内室的空气保持湿润，以增加内室的空气饱和度。高压调压阀58的调压范围建议选择400kPa～1500kPa为宜，中压调压阀59的调压范围建议选择25kPa～400kPa为宜，低压调压阀60的调压范围建议选择0kPa～25kPa为宜；高量程(400kPa～1500kPa)高精度电子压力表55、中量程(25kPa～400kPa)高精度电子压力表56和低量程(0kPa～25kPa)高精度电子压力表57中的“高精度”建议选择电子压力表精度误差不大于各自压力表量程的0.3％。气压源64一般用空压机或高压氮气瓶提供，根据试验需求决定气压大小，一般砂土需提供的气压范围为0kPa～100kPa，粉土为0kPa～400kPa，粘土为0kPa～1500kPa。

如图2和图8所示，本实施例中，所述冲刷系统4包括第一量管65和第二量管68，所述第一量管65通过第六管道12与冲刷凹槽17的一端连通，所述第二量管68通过第七管道13与冲刷凹槽17的另一端连通；所述第六管道12上安装有第十一阀门66和第十二阀门67，所述第七管道13上安装有第十三阀门69、集气瓶70和第十五阀门72，所述集气瓶70的顶口处设置有第十四阀门71，所述集气瓶70上贴有用于测量其内部水位变化的第三刻度标尺82。其中，第三刻度标尺82用于在误操作集气瓶70上的第十四阀门71时修正集气瓶70误流到储水瓶76的水量。

如图2和图9所示，本实施例中，所述水质量测量系统5包括储水瓶76和设置在储水瓶76下方的电子天平77，所述储水瓶76通过第八管道14与第七管道13连通，所述第八管道14上安装有滑动支架74和第十六阀门73，所述储水瓶76上贴有用于测量其内部水位变化的第二刻度标尺78，所述储水瓶76中的水位须在进出水口75以上，所述储水瓶76旁设置有用于修正储水瓶76中水分蒸发误差的蒸发校正对照组79。其中，滑动支架74的作用是固定第八管道14，减少因第八管道14自身重力对储水瓶76产生向下的弯矩导致电子天平77量测的误差；电子天平77可实时监测排入(吸出)储水瓶76中的水质量变化，第二刻度标尺78可测量储水瓶76的水头高度变化，进而修正土样的基质吸力值，蒸发校正对照组79用以修正储水瓶76的蒸发误差。

如图1和图2所示，本实施例中，所述数据自动采集系统包括电脑80和与电脑80相接的数据采集器22，所述高量程高精度电子压力表55、中量程高精度电子压力表56、低量程高精度电子压力表57、电子数显百分表32和电子天平77上均设有数据端口，所述高量程高精度电子压力表55、中量程高精度电子压力表56、低量程高精度电子压力表57、电子数显百分表32和电子天平77均与数据采集器22相接，所述电子数显百分表32设置在固结用顶盖上。数据自动采集系统不仅有助于吸力平衡条件的判断，且避免了人为操作的误差，进而大幅提高了试验精度。

如图1至图3所示，本实施例中，所述下底座16内设置有钢套环18，所述陶土板19采用环氧树脂粘贴在钢套环18内，所述钢套环18与下底座16之间设置有第一O型橡胶圈38，所述钢套环18与制样器21之间设置有第一O型橡胶垫圈39，以确保密封性。

如图1至图3所示，本实施例中，所述下底座16的下端设置有支座42，所述下底座16安装在支座42上，所述下底座16和上底座15通过第一螺栓35固定连接。

本实用新型的试验过程是：

(1)饱和陶土板：首先根据土样25选择合适进气值的陶土板19，然后利用环氧树脂胶结剂将陶土板19与钢套环18粘合在一起并安装到下底座16上，接着用第一螺栓35将上底座15安装在下底座16上，再安装内室桶壁26，打开第一阀门45向内室加足量除气水以覆盖陶土板19表面，关闭第一阀门45，用第三螺栓37将顶盖、内室桶壁26和底座固定在一起，使内室呈密封状态后，使第六通道12、第七通道13、第八通道14中均充满除气水，并使第一量管65、第二量管68、集气瓶70和储水瓶76均保持适当水位。常温常压下将陶土板19静置浸湿2～3小时，待陶土板19完全润湿后，关闭第三阀门48和第一阀门45，打开第八阀门61、第五阀门52和第四阀门50后打开气压源64，通过调节高压调压阀58向内室中加气压对陶土板19进行加压饱和。保持气压不变，打开第十五阀门72、第十二阀门67、第十一阀门66和第十三阀门69排水一小时，并定期利用冲刷系统4去除陶土板19底面逸出的气泡，然后关闭第十五阀门72和第十二阀门67一小时。重复上述步骤，直至不再观察到气泡为止。

(2)制备土样：陶土板19饱和完毕后，拧开第三螺栓37，取掉顶盖与内室桶壁26开始制样；原状土或高密度重塑土利用制样器21进行制样，制样完成后将装有土样25的制样器21安装在上底座15上，并在制样器21与钢套环18之间放置第一O型橡胶垫圈39，确保其密封，再利用多孔板34轻压土样25确保土样25与陶土板19接触良好；制备低密度重塑土土样25时，可在陶土板19上直接制备，即先将制样器21轻轻旋进上底座15上，并确保制样器21与第一O型橡胶垫圈39密封，然后在制样器21内直接制样，制样过程中力度要轻，以免将陶土板19压坏。

(3)压力室的安装：土样25制备完成后，首先通过第二螺栓36将外室桶壁23固定在上底座15上，并在它们之间放置第二O型橡胶垫圈40以防止漏水，再用第三螺栓37将贴有滤纸27的内室桶壁26、顶盖和底座固定在一起，并在内室桶壁26与顶盖之间以及内室桶壁26和上底座15之间均放置第二O型橡胶圈41以确保它们之间的密封性。安装完成后将外室充满水，并使温控加热棒24接通电源设定温度，以控制水温恒定。

(4)饱和土样：压力室安装完毕后进行土样饱和，首先关闭第十五阀门72、第十二阀门67、第四阀门50、第一阀门45和第二阀门47，打开第三阀门48，启动真空泵49，当真空压力表46显示约一个大气负压力值后，继续抽气，粘土约1个小时，砂土、粉土约0.5小时后，微微开启第一阀门45，使除气水由给排水管道20徐徐进入内室。通过储水槽43上的第一刻度标尺44推断出土样已完全浸没水中后，停止抽气，关闭第一阀门45，打开第二阀门47和第三阀门48使空气进入内室，静置一定时间，利用大气压力使土样饱和。土样饱和完成后，打开第一阀门45排水，利用储水槽43上的第一刻度标尺44得知内室水位已降到制样器21上缘以下后，关闭第一阀门45结束排水。通过内室中的蓄水与滤纸27的毛细作用确保内室中空气湿度基本处于饱和。

(5)固结土样：土样25饱和完成后，若需对土样25进行固结，则在土样25上放置多孔板34并安装设有垂直加载杆30的固结用顶盖，并保证垂直加载杆30与多孔板34接触，再将电子数显百分表31归零，最后利用垂直加载杆30给土样25施加压力，待电子数显百分表31读数稳定后固结完成；若不需固结，则只采用普通顶盖28。

(6)控制吸力进行减湿试验和增湿试验：进行减湿试验时，打开气压源64、第四阀门50、第七阀门54和第十阀门63、，其它阀门处于关闭状态，转动低压调节阀60，增加气压到所需基质吸力值。待排水量在24小时内小于0.1克时即可认为基质吸力达到平衡，开始加下一级气压。当所需施加的气压大于25kPa时，关闭第七阀门54和第十阀门63，打开第六阀门53和第九阀门62，采用中压调节阀59控制吸力，当所需施加的气压大于400kPa时，关闭第六阀门53和第九阀门62，打开第五阀门52和第八阀门61采用高压调节阀58控制吸力。

当减湿试验完成后，可进行增湿试验，转动高压调节阀58，降低气压到所需基质吸力值。待吸水量在24小时内小于0.1克时即可认为基质吸力达到平衡，再降到下一级气压。当所需气压小于400kPa时，关闭第五阀门52和第八阀门61，打开第六阀门53和第九阀门62采用中压调节阀59控制吸力；当所需施加的气压小于25kPa时，关闭第六阀门53和第九阀门62，打开第七阀门54和第十阀门63，采用低压调节阀60控制吸力直至试验结束。

(7)气泡的冲刷：上述试验过程中需定期冲刷由陶土板19扩散出的空气。进行冲刷时，首先关闭第十六阀门73，然后打开第十二阀门67、第十一阀门66、第十五阀门72和第十三阀门69，给第一量管65内施加一个小气压，使得陶土板19下的扩散气泡在管路内与水一起流动，气泡被集气瓶70收集，依次往复直到观察不到气泡为止。冲刷结束后，关闭第十二阀门67、第十一阀门66和第十三阀门69，最后打开第十六阀门73，继续进行试验。

(8)排(吸)水质量的量测：在开始进行排水质量测量前，需先校正电子天平77，以减少排(吸)水管道重量的影响。试验过程中，内室中气压稳定后，打开第十五阀门72和第十六阀门73开始排水(吸水)。土样25中的水通过陶土板19和冲刷凹槽17连通，冲刷凹槽17通过第七管道13和第八管道14连接到贴有第二刻度标尺78的储水瓶76上，通过电子天平77可以实时监测排入(吸出)储水瓶76的水分质量，进而推算土样25中的含水量变化，蒸发校正对照组79用以修正储水瓶76中水分蒸发误差。在增湿试验过程中，须确保储水瓶76的水位一直处于进出水口75之上；在减湿试验过程中，建议储水瓶76的水位在进出水口75之上，以避免排水时水珠坠落对排水质量量测的影响。

(9)试验数据的采集与处理：通过电子天平77可实时监测土样中水分的质量变化，进而推算土样25的含水量，并利用蒸发校正对照组79修正水分蒸发的误差；通过高量程高精度电子压力表55、中量程高精度电子压力表56和低量程高精度电子压力表57可精确反映内室中的气压值；通过电子数显百分表31可量测土样的变形，可计算出土样的体积变化；吸力平衡后，利用第二刻度标尺78可得到的储水瓶76的水头，此时土样的吸力等于施加的气压值与储水瓶76水头的差值；最后，根据处理的试验数据，可绘制不同变量表达的土水特征曲线，如含水量、饱和度、体积含水率三者与基质吸力(非饱和土吸水能力)的关系曲线。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：包括压力室系统(1)、吸力控制系统(2)、土样抽气饱和系统(3)、冲刷系统(4)、水质量测量系统(5)和数据自动采集系统(6)；所述压力室系统(1)包括底座和设置在所述底座上方的顶盖，以及安装在所述底座上的陶土板(19)、制样器(21)和控温保湿装置；所述顶盖包括固结用顶盖和普通顶盖(28)，所述底座由相连接的上底座(15)和下底座(16)两部分组成，所述制样器(21)安装在上底座(15)上，所述下底座(16)上开有冲刷凹槽(17)，所述陶土板(19)设置在冲刷凹槽(17)上，所述冲刷系统(4)与冲刷凹槽(17)相接且用于冲刷陶土板(19)扩散出的空气，所述冲刷系统(4)与水质量测量系统(5)相接，所述制样器(21)内设置有土样(25)，所述土样(25)与陶土板(19)表面接触且土样(25)中排出或吸入的水质量由水质量测量系统(5)进行量测；所述上底座(15)上开有给排水管道(20)，所述顶盖上开有进抽气口(29)，所述给排水管道(20)和进抽气口(29)均与土样抽气饱和系统(3)相接；所述吸力控制系统(2)与压力室系统(1)相接，所述数据自动采集系统(6)通过电缆与压力室系统(1)、吸力控制系统(2)和水质量测量系统(5)均相接并实现对试验数据的实时采集以绘制土水特征曲线。

2.按照权利要求1所述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述制样器(21)的外壁上设置有螺纹，所述制样器(21)的上端设置有刃口，所述制样器(21)与上底座(15)固定连接，所述制样器(21)的下端设置有第一O型橡胶垫圈(39)。

3.按照权利要求1所述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述控温保湿装置由温度控制装置和保湿装置组成，所述温度控制装置包括外室桶壁(23)和设置在外室桶壁(23)上的温控加热棒(24)，所述保湿装置包括内室桶壁(26)和贴在内室桶壁(26)内壁上的滤纸(27)；所述外室桶壁(23)上口敞开，所述外室桶壁(23)的上端与所述顶盖的下底面有距离，所述外室桶壁(23)通过第二螺栓(36)固定在上底座(15)上，所述外室桶壁(23)与上底座(15)之间设置有第二O型橡胶垫圈(40)。

4.按照权利要求1所述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述土样抽气饱和系统(3)包括储水槽(43)和真空泵(49)，所述储水槽(43)通过第二管道(11)与给排水管道(20)连通，所述储水槽(43)上贴有用于测量其内部水位变化的第一刻度标尺(44)，所述第二管道(11)上安装有第一阀门(45)；所述真空泵(49)通过第一管道(7)与进抽气口(29)连通，所述第一管道(7)上安装有真空压力表(46)、第二阀门(47)和第三阀门(48)。

5.按照权利要求1所述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述吸力控制系统(2)包括气压源(64)、气压调节阀组和气压量测压力表组；所述气压调节阀组由高压调节阀(58)、中压调节阀(59)和低压调节阀(60)组成，所述气压量测压力表组由高量程高精度电子压力表(55)、中量程高精度电子压力表(56)和低量程高精度电子压力表(57)组成；所述高压调节阀(58)和高量程高精度电子压力表(55)均安装在第四管道(9)上，所述中压调节阀(59)和中量程高精度电子压力表(56)均安装在第三管道(8)上，所述低压调节阀(60)和低量程高精度电子压力表(57)均安装在第五管道(10)上。

6.按照权利要求1所述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述冲刷系统(4)包括第一量管(65)和第二量管(68)，所述第一量管(65)通过第六管道(12)与冲刷凹槽(17)的一端连通，所述第二量管(68)通过第七管道(13)与冲刷凹槽(17)的另一端连通；所述第六管道(12)上安装有第十一阀门(66)和第十二阀门(67)，所述第七管道(13)上安装有第十三阀门(69)、集气瓶(70)和第十五阀门(72)，所述集气瓶(70)的顶口处设置有第十四阀门(71)，所述集气瓶(70)上贴有用于测量其内部水位变化的第三刻度标尺(81)。

7.按照权利要求1所述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述水质量测量系统(5)包括储水瓶(76)和设置在储水瓶(76)下方的电子天平(77)，所述储水瓶(76)通过第八管道(14)与第七管道(13)连通，所述第八管道(14)上安装有滑动支架(74)和第十六阀门(73)，所述储水瓶(76)上贴有用于测量其内部水位变化的第二刻度标尺(78)，所述储水瓶(76)中的水位须在进出水口(75)以上，所述储水瓶(76)旁设置有用于修正储水瓶(76)中水分蒸发误差的蒸发校正对照组(79)。

8.按照权利要求1所述的一种可直接饱和土样的吸力精确控制型压力板仪，其特征在于：所述数据自动采集系统包括电脑(80)和与电脑(80)相接的数据采集器(22)，所述高量程高精度电子压力表(55)、中量程高精度电子压力表(56)、低量程高精度电子压力表(57)、电子数显百分表(32)和电子天平(77)上均设有数据端口，所述高量程高精度电子压力表(55)、中量程高精度电子压力表(56)、低量程高精度电子压力表(57)、电子数显百分表(32)和电子天平(77)均与数据采集器(22)相接，所述电子数显百分表(32)设置在所述固结用顶盖上。

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