[发明专利]量测非饱和土基质吸力与热导率的联合测试装置及方法

说明书

本发明涉及一种量测非饱和土基质吸力与热导率的联合测试装置及方法，主要由贮水箱、水压力腔室、气压力腔室、陶土板、水压力传感器、控制器、气动式调节阀和热传感器等元件组成；其测试方法步骤为：首先将热传感器置于事先成孔的圆柱形土体试样内；其次将土体试样放入压力腔室，打开控制器，控制器根据水压力读数器接收的数据来控制气动式调节阀，确保陶土板下面的水压在±10kPa以内，热导率读数器记录热传感器的数据并保存；最后根据测量的气压、水压以及热传感器测量的数据，计算得出土体试样的基质吸力，该测试装置对非饱和土基质吸力的测量具有量程大、精确度高、自动化程度高等优点，所得的热导率还具有校核基质吸力的特点。

技术领域

本发明涉及岩土工程非饱和土基质吸力与热导率技术领域，具体涉及一种量测非饱和土基质吸力与热导率的联合测试装置及方法。

背景技术

自然状态下，绝大多数土体处于非饱和状态，非饱和土的基本工程性质与构筑物的稳定有着密切联系，在工程实践中值得密切关注。

基质吸力是评价非饱和土性质参数之一，对其强度特性、渗透特性和热传导特性等有着重要影响；对于非饱和土体而言，伴随着土体含水率的改变，基质吸力亦会产生相应改变。土体的基质吸力与含水率之间的关系曲线称之为土水特征曲线；土水特征曲线是研究非饱和土的纽带，其在非饱和土力学扮演着重要的角色，土水特征曲线能够很好的反映非饱和土的抗剪强度、渗透性及持水性能等基本性质，常用于室内外测量基质吸力的方法如下：张力计技术、轴平移技术、电/热传导传感器法和接触式滤纸法等，张力计技术利用高进气值陶瓷板作为量测系统，可以直接测量土中负孔隙水压力；轴平移技术是将非饱和土样放入封闭压力室内，用饱和高进气值陶瓷针头量测负孔隙水压力的直接测量法，该技术主要用于室内测定。传统的张力计广泛用于基质吸力的现场测量，使用传统张力计的吸力测量限于85kPa；轴平移技术测量时需要手动调整压力板的气压，控制精度低，测量过程繁琐。因此需要一种新的测量方式，来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的公开了一种量测非饱和土基质吸力与热导率的联合测试装置及方法，应用热导率测量基质吸力，并通过公式计算出土体基质吸力，具有测量量程大和自动化程度高等优点。

第一方面：

本发明提供了一种量测非饱和土基质吸力与热导率的联合测试装置，包括贮水箱、控制器和压力腔室，所述压力腔室包括侧壁、固设于侧壁顶部的盖板及固设于侧壁底部的底板，所述盖板上设有泄气阀，所述底板内设有水压腔室，所述水压腔室底部通过管线连接所述贮水箱，所述水压腔室顶部覆盖有高进气值陶土板，所述高进气值陶土板上设有土体试样，所述土体试样顶部设有负重块且其中心处穿插有热传感器，一传输电缆一端连接所述热传感器，另一端依次穿过所述负重块和压力腔室侧壁后延伸至压力腔室外并连接一热导率读数器，所述底板侧边设有与所述水压腔室相连通的测压管，所述测压管上设有一水压力传感器，所述底板上穿插有一空气导管，所述空气导管一端位于压力腔室内，另一端延伸至压力腔室外，位于压力腔室外的所述空气导管上设有一气动式调节阀，所述水压力传感器通过数据线依次连接一水压力读数器、所述控制器和所述气动式调节阀，所述控制器接收水压力传感器的水压力值以控制气动式调节阀的开合，进而调节压力腔室内的空气压力。

进一步地，还包括基座，所述底座通过若干支座固定安装在所述基座上，相邻两所述支座距离相等。

进一步地，所述控制器为压力处理器和储存器连接构成的反馈控制器。

进一步地，所述热传感器包括不锈钢探头、陶瓷尖端和环氧树脂衬垫，所述不锈钢探头置于所述陶瓷尖端内，所述不锈钢探头顶部和陶瓷尖端的顶部平齐且共同连接所述环氧树脂衬垫。

进一步地，所述不锈钢探头内设有加热元件和温度传感器，所述加热元件连接电源用于通电加热，所述温度传感器通过传输电缆连接所述热导率读数器。