[发明专利]一种非饱和岩土材料应力渗透测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及实验测量仪器技术领域, 更具体涉及一种非饱和岩土材料应力渗透测量仪，为非饱和岩土介质变形、力学、渗透等参数确定提供一个同步、准确测量设备。

背景技术

非饱和问题是岩土工程的重要议题之一，诸多岩土工程灾害与材料非饱和特性密切相关，比如土质边坡由于地下水位的变化使得非饱和部分力学特性逐渐弱化而引起失稳，地下隧道由于湿度季节性周期性变化导致围岩产生大量裂纹，使得力学特性和水力特性弱化而对工程安全造成危险。目前，非饱和土力学测试技术相对于饱和土力学而言发展较慢。

非饱和土力学测试技术主要受制于吸力的精确控制和多相物理量的精确测量。根据对期刊文献和专利检索，关于非饱和岩土材料应力-渗透测量仪有以下结果：

不少研究者在吸力控制技术上提出了不少解决方案：英国帝国理工学院在快速高量程张力计（Soil matrix suction: some examples of its measurement and application in geotechnical engineering [J], Geotechnique ,2003,53,241-253）取得了进展，他们研发了一种微型孔隙水压力传感器，可以快速量测1500kpa以下的吸力，武汉大学的王钊教授研制成功了基质吸力原位量测装置（滤纸法在现场基质吸力量测中的应用[J],岩土工程学报，2003，25，405-408）。

人们一般还是采用质量测量法确定不同饱和度下的岩土含水情况，但是目前，一般都是针对已经经过干燥或湿润过程的岩土试样进行质量测量。

非饱和土的渗透测量，陈正汉等（非饱和土的水气运动规律及其工程性质研究[J],岩土工程学报，1993，15，9-20）1991年设计了一种非饱和渗气试验装置，它可以保证试样不脱模，用量测试验过程中的出水量代替流过试样的空气体积，提高了测气体积精度。法国学者研制了（多孔介质中多相渗流的图像显示研究以及相对渗透率的理论与试验研究[D],北京石油勘探开发科学研究院，1989）一套一维水、气渗流联测装置，他们利用两种半渗透膜，一种透水不透气，置于水的进口和出口，另一种透气不透水，置于气的进口和出口，从而实现水、气的独立控制与量测。

但是，目前没有在已有文献中检索到关于非饱和岩土材料应力-渗透测量仪，同时进行不同应力条件下的非饱和渗透测量和水分跟踪测量设备。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一个非饱和岩土材料应力-渗透测量仪。该设备结构简单，使用方便，功能齐全，测量精度高，可实现不同应力水平非饱和干燥和湿润过程变形和质量跟踪测量，同时可以实现不同饱和度下材料力学参数确定，非常适合非饱和土力学研究所需。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非饱和岩土材料应力-渗透测量仪，包括加载平台（图2）、伺服加载泵、饱和盐溶液、密闭容器、质量传感器、温度湿度传感器、及数据采集系统，其连接关系是：数据采集系统分别与伺服加载泵、质量传感器、温度湿度传感器和应变片连接，质量传感器置于密闭容器外，质量传感器与连接钩一端连接，连接钩另一端穿过密闭容器上小孔Ⅰ与加载平台的上部受力垫块的中心连接，加载平台的下部加压垫块连接伺服加载泵的出口处，伺服加载泵的出口穿过密闭容器上的小孔Ⅱ与ISCO 500D伺服压力泵相连，ISCO 500D伺服压力泵放置在密闭容器外，应变片和温度湿度传感器分别穿过密闭容器上小孔Ⅲ和小孔Ⅳ并设置于密闭容器内，密闭容器内放置盛有饱和盐溶液的器皿。

加载平台的上部受力垫块通过第一、第二、第三金属连杆连接下部加压垫块，下部加压垫块设置有活动传力活塞和受力油腔，传力活塞通过密封圈与受力油腔连接，受力油腔与金属管相连。

上部受力垫块和下部加压垫块均为三角形金属垫块。

密闭容器为聚乙烯塑料长方形透明容器，密闭容器上的小孔通过硅胶密封。

湿度控制系统的饱和盐溶液为CuSO₄·5H₂O，ZnSO₄·7H₂O，NH₄SO₄，NaCl，NaNO₂，CaCl₂·6H₂O其中的一种，这些盐溶液分别对应着不同的湿度，通过逐步更换盐溶液可以实现湿度从32.5%到98%的变化。

数据采集系统通过PCI数据采集卡，并利用LABVIEW实现数据的采集和处理。