[发明专利]实时量测粘土土样体变的非饱和土试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土工程测量装置，特别是涉及一种实时量测粘土土样体变的非饱和土试验装置，属于岩土工程测量仪器制造技术领域。

背景技术

细粒土、湿陷性土及膨胀土等非饱和土作为工程材料广泛的应用于路基、地基、挡土墙、垃圾填埋场、核废料深层地质处置等工程领域。这些工程材料在受外荷载作用、降水渗透作用、地下水毛细作用后，其物理性质、工程性质，尤其是土水特性均会发生变化。同时，在非饱和土应力应变关系模拟中，非饱和土的力学特性除受到基质吸力或含水量变化的影响外，还取决于含水量变化的路径，含水量变化的路径即为土样干燥或浸湿的过程。因此，研究非饱和土在干湿循环作用下的水力特性和力学特性尤其重要。非饱和土的水力特性，即保水特性通常用土水特征曲线SWCC（Soil-water characteristic curve）来表示。应力相关的土水特征曲线是描述在一定应力状态下非饱和土中基质吸力与含水量或饱和度之间关系的曲线，非饱和土中基质吸力即为土体内部的孔隙气压力和孔隙水压力的差值。对于某一特定土样来说，在不考虑温度影响时，孔隙比是影响土水特征曲线的主要因素。含水量相同，孔隙比不同的两种土样，孔隙比大的饱和度与吸力间关系曲线下移。通过土水特征曲线，可以反映出土体的许多重要性质，如:强度、体变、应力状态、渗透性等。

目前，测定非饱和土土水特征曲线的常规试验方法为压力板法，可以适用于基质吸力小于1500kPa的土样土水特征参数测量。其原理是利用饱和的高进气值陶土板，采用轴平移技术控制土样的基质吸力，即通过施加一定的气压控制孔隙气压力，使孔隙水压力保持为零，该气压即为当前所施加的基质吸力值。现有的非饱和土测试仪器一般包括活塞式密封的组合式压力腔室，压力腔室的顶盖、底座和透明套筒可以通过组装和拆卸进行土样的装载或移出，压力腔室的各组装部分通过卡槽、密封条和紧固构件实现压力腔室的密封组装，紧固构件对压力腔室各个角度进行加固，压力腔室的顶盖设有内外相通的进气孔，压力腔室底座有与外部连通的进水孔和出水孔，活塞头部为端承板，活塞伸向压力腔室外部的加载端可以承载外来的压力，在加载端还设有测量活塞在压力腔室中竖向平移位移的位移传感器， 压力腔室底部安装一块多孔陶土板，土样放置于多孔陶土板之上进行土水特征参数测量。在外加的基质吸力作用下，土样吸水或排水，以达到土样内部的吸力平衡，即土样内部的基质吸力与所施加的基质吸力达到平衡。当土样的水体积不再变化，通过体变管中水头的变化计算得出此时土样的含水量。然后改变气压，等待吸力平衡后再计算含水量。多次重复这一操作，得到一系列的基质吸力以及与之相对应的土样含水量，从而得到基质吸力与含水量间的关系曲线。同时，假定试验过程中，试样环向不发生变形，通过对土样竖向变形的测定，可得到某一基质吸力下土样的饱和度，即可得到基质吸力与饱和度间的关系曲线。但测定饱和度吸力间关系有一前提条件，即试样未脱离环刀或未发生环向变形，等同假设试样环向体积未发生收缩或膨胀，此时仅靠竖向位移计即可得到体积变化。而对大多数非饱和土来讲，在湿化即吸湿过程中，土体产生弹性膨胀，干化即脱湿过程中，土样产生明显的塑性收缩。如膨润土为高膨胀性土，其在吸湿过程中体积膨胀明显。要想得到饱和度与吸力间的关系曲线，就需要在每级吸力平衡时，将吸力解除，取出试样测定试样的质量、体积，然后再重新加载。这一过程，经过卸载、再加载过程，会产生一定的试验误差，以致不能实时的得到准确的饱和度与吸力间关系曲线，量测过程中由于技术要求高而产生的人为误差也会使非饱和土试验装置的应用受到影响。而实际上，现有的用于非饱和土试验仪器由于结构过于复杂，设计和制造成本较高，操作也很不方便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实时量测粘土土样体变的非饱和土试验装置，可以精确测量干化和湿化过程中粘土的侧向变形和竖向变形，从而可以得到干湿循环状态下粘土土样的土水特征曲线，尤其是饱和度与基质吸力间的关系曲线。该仪器具有较好的测试精度，装置构造简单，操作方便。

为达到上述发明目的，解决现有技术问题，本发明采用以下技术方案：