[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种非饱和土试验基质吸力快速平衡装置，具体涉及一种非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置。

背景技术

在定义非饱和土的应力状态时，基质吸力被认为是一个重要的变量。因此，为了评价在各种应力变化条件下非饱和土的物理性质，就必须控制或测量基质吸力。而“轴平移技术”测量基质吸力的方法是在试验进行时逐渐提升孔隙气压力，而用饱和高进气值材料将孔隙水压力维持在某参考值，因此能对基质吸力进行直接控制。

对非饱和土的研究表明，无论是对非饱和土施加基质吸力，还是由于非饱和土含水率的改变使其基质吸力发生变化，基质吸力的变化都不是瞬时完成的。基质吸力变化在非饱和土体内部达到平衡需要一定的时间(几小时到几天不等)。因此，在进行非饱和土三轴试验时，非饱和土体内部均衡基质吸力的形成有能能晚于试验控制的要求。如何缩短基质吸力平衡时间以减少基质吸力平衡时间对试验的影响，是非饱和土三轴试验成功实施的关键技术之一。

现有的土体内部排水规律公式为：

t＝T_vH²/C_v

式中T_v是时间因子；C_v是土的固结系数；H是土层最大排水距离，若为双面排水，H为土层厚度之半，单面排水H为土层总厚度；t是排水时间；

由式(1)能知时间与土层最大排水距离的平方成反比；试样两端排水排气的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置使非饱和土样中水与气的排出(或者进入)路径减少50％。所以理论上，吸力平衡时间减少到普通非饱和土实验的25％。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能减短排水排气路径，从而缩短基质吸力平衡时间以减少基质吸力平衡时间对试验的影响的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供该非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置的使用方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的非饱和土三轴试验基质吸力快速平衡装置，包括试样帽和压力室底座，所述的试样帽和压力室底座中都内置有孔隙气压管道、孔隙水压管道和反压管道，所述的压力室底座与试样帽上均镶嵌有连接所述的孔隙气压管道的环柱状多孔透水石以及位于所述的环柱状多孔透水石中且与所述的孔隙水压管道连接的高进气值陶土板构成双排水排气系统；所述的试样帽和所述的内均设有处于所述的高进气值陶土板下方的螺旋水槽，所述的螺旋水槽的一端与所述的孔隙水压管道连接，另一端与所述的反压管道连接；气压传感器与孔隙气压控制器以及所述的试样帽和压力室底座上的孔隙气压管道通过气压控制阀连接，在所述的孔隙气压控制器、所述的试样帽和所述的压力室底座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和所述的压力室底座上的反压管道通过反压控制阀连接，在所述的反压控制器、所述的试样帽和压力室底座上的所述的反压管道上分别设置有小阀门；所述的试样帽和压力室底座上的所述的孔隙水压管道通过三通阀式的孔隙水压控制阀连接并合并成一根管道，连接孔隙水压力测量管道。

所述的高进气值陶土板、环柱状多孔透水石、压力室底座内侧以及所述的螺旋水槽的槽顶用环氧树脂紧密地粘合在一起，保证了所述的高进气值陶土板和环柱状多孔透水石的侧面和所述的压力室底座间的缝隙被密封。

所述的环柱状多孔透水石的材质是带孔不锈钢板。

所述的试样帽的材质是有机玻璃。

所述的压力室底座的材质是不锈钢材料。

所述的压力室底座和试样帽内部均为储水室，储水室内充满除气水，除气水与螺旋水槽和高进气值陶土板相接触，避免螺旋水槽和高进气值陶土板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。