[发明专利]非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置及其使用方法

权利要求书

1.一种非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置，包括试样帽(1)和压力室底座(2)，其特征在于：所述的试样帽(1)和压力室底座(2)中都内置有孔隙气压管道(16)、孔隙水压管道(15)和反压管道(14)，所述的压力室底座(2)与试样帽(1)上均镶嵌有连接所述的孔隙气压管道(16)的环柱状多孔透水石(8)以及位于所述的环柱状多孔透水石(8)中且与所述的孔隙水压管道(15)连接的高进气值陶土板(7)构成双排水-排气系统；所述的试样帽(1)和所述的压力室底座(2)内均设有处于所述的高进气值陶土板(7)下方的螺旋水槽(3)，所述的螺旋水槽(3)的一端与所述的孔隙水压管道(15)连接，另一端与所述的反压管道(14)连接；气压传感器与孔隙气压控制器以及所述的试样帽(1)和压力室底座(2)上的孔隙气压管道(16)通过气压控制阀(21)连接，在所述的孔隙气压控制器、所述的试样帽(1)和所述的压力室底座(2)上的孔隙气压管道上分别设置有小阀门；反压传感器与反压控制器以及所述的试样帽(1)和所述的压力室底座(2)上的反压管道(14)通过反压控制阀(19)连接，在所述的反压控制器、所述的试样帽(1)和压力室底座(2)上的所述的反压管道(14)上分别设置有小阀门；所述的试样帽(1)和压力室底座(2)上的所述的孔隙水压管道(15)通过三通阀式的孔隙水压控制阀(20)连接并合并成一根管道，连接孔隙水压力测量管道。

2.根据权利要求1所述的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置，其特征在于：所述的高进气值陶土板(7)、环柱状多孔透水石(8)、压力室底座(2)内侧以及所述的螺旋水槽(3)的槽顶用环氧树脂紧密地粘合在一起。

3.根据权利要求1或2所述的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置，其特征在于：所述的环柱状多孔透水石(8)的材质是带孔不锈钢板。

4.根据权利要求1或2所述的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置，其特征在于：所述的试样帽(1)的材质是有机玻璃。

5.根据权利要求1或2所述的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置，其特征在于：所述的压力室底座(2)的材质是不锈钢材料。

6.根据权利要求1或2所述的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置，其特征在于：所述的压力室底座(2)和试样帽(1)内部均为储水室(11)，储水室(11)内充满除气水，除气水与所述的螺旋水槽(3)和高进气值陶土板(7)相接触，避免所述的螺旋水槽(3)和高进气值陶土板(7)底面出现气泡阻碍孔隙水排出而导致基质吸力平衡时间加长。

7.使用权利要求1所述的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置的方法，其特征在于：将压力室底座上的4个接头分别用配套的塑料管与内室、外室、气压、反压相连接，然后再饱和压力室底座和高进气值陶土板，首先在反压管道和孔隙水压管道连接到底座前分别排出各自管中的空气，然后在一个压力下，将水从一个连接头通过螺旋水槽的进水孔和排水孔流到另一个连接头，没有压力的连接头应该低于水面，以冲洗高进气值陶土板下积聚的气泡，待在管中看不到气泡时，就停止，然后，再倒过来，这样水就在两个方向都流动了；在确保反压管道和孔隙水压管道中都没有气体后，打开反压控制阀和孔隙水压控制阀,通过反压控制器施加一个小的正的反压到高进气值陶土板的下部，绝对最大值为50KPa，让除气水流过高进气值陶土板下的螺旋水槽饱和压力室底座和高进气值陶土板，直至高进气值陶土板上冒出连续的水珠，然后再关闭反压控制阀和孔隙水压控制阀；此时高进气值陶土板完全饱和而具有让水自由通过而限制气体通过的特殊性能，如此则通过逐渐提升孔隙气压力，而用饱和高进气值陶土板将孔隙水压力控制为0使试样变成非饱和状态；

待压力室底座和高进气值陶土板都饱和之后，用湿毛巾擦除高进气值陶土板顶面的水，然后将套有橡皮薄膜的试样的上下端与试样帽和压力室底座分别用橡皮筋扎好固定；将进气管用塑料管道与孔隙气压管道进行连接，而孔隙气压管道则通过环柱状多孔透水石与试样接触；然后安装好压力室内室，将水泵通过塑料管道连接到控制内室给排水的阀门，打开连接内室的阀门，则通过内室进排水孔向内室充除气水；然后关闭控制内室给排水的阀门，将连接水泵的塑料管道连接到控制外室给排水的阀门，打开连接外室的阀门，则通过外室进排水孔向内室充除气水；然后安装压力室上罩，利用计算机进行试验设值；待设值完毕，立即打开反压控制阀和气压控制阀，此时通过计算机控制气压控制器和反压控制器即能在一定时间后使试样达到设定的基质吸力值；然后根据基质吸力平衡的判断条件即24小时内试样的体变小于试样总体积的0.05％即能判断吸力是否达到平衡，待基质吸力达到平衡后，通过对计算机设置试验步骤即能进行接下来的试验。