[发明专利]非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置

说明书

一种非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，其构成主要是：环刀内土样上下表面放置金属透水石，吸力计下端嵌入金属透水石中，排气管底端与土样上表面接触，顶端与空气收集器连接；荷载架上部压力计依次通过钢珠、轴力连杆连接到活塞，土样下部设置有LVDT直线位移传感器；玻璃管一端与土样下方的金属透水石相连，注水管和排水管一端穿过顶帽进入土样室单元，排水管另一端连接量筒；温度控制器的输出、输入接头均通过管道与充有硅油的螺旋管连接；数据采集器四个接头分别与压力计、吸力计、空气收集器、LVDT直线位移传感器相连。本发明适用于研究非饱和土在不同环境温度以及不同荷载下的压缩特性，和该压力下的土样的渗透性。

技术领域

本发明涉及一种土工测试仪器，特别涉及一种非饱和土的性能试验装置。

背景技术

非饱和土是指土中孔隙并非全部由水填充，而是由空气和水共同填充的一类土；也即非饱和土是由固相(土壤颗粒)、液相(土壤水)和气相(土壤所含气体)三相构成的土体。非饱和土由于土颗粒孔隙中存在气体，相较于孔隙全部由水填充的饱和土，更容易被压缩(沉降)。而土木工程中的地基或路基绝大多数都是非饱和土，在土木工程的抗沉降设计、施工和维护中，必须获得非饱和土的压缩特性，以保证其压缩或沉降在安全限度内。同时，为了使建设好的工程在雨水和地下水作用下，地基或路基具有良好的排水、抗水(抗渗透)性能，还必须获得地基或路基中的非饱和土的渗透特性。

现有的非饱和土的压缩特性和渗透特性的测试，只能用压缩测试装置和渗透测试装置来分别测试非饱和土的压缩特性和渗透性。存在的问题是：(1)需要使用两套设备、分别测试，测试成本高，操作繁琐。(2)测试的土样是两个，或者是一个土样先进行压缩测试，再转移至渗透测试装置进行渗透测试；若是两个土样，很难保证两个土样的压实度等特性完全一致，导致测试误差大。若是一个土样先进行压缩测试，取出时土样所受的压力载荷消失，土样会回弹，其压实度等特性已经发生了变化，同样会导致测试出的渗透特性并不是相同压实度等特性下的渗透特性，其测试数据的误差大、可靠性低，不能对地基或路基的抗沉降、抗渗透设计提供可靠的测试数据。(3)现有的压缩测试装置和渗透测试装置，在测得压缩特性和渗透特性时，不能同步测出非饱和土吸力(液相和固相的作用力)，不能得到压缩和渗透过程中吸力的变化，进而无法探究土样压缩和渗透的相关机理。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，能在保持压力不变的情况下，对同一土样原位测出其压缩特性和渗透特性；其测试成本低，操作简单、方便，测试误差小、可靠性高；能对地基或路基的抗沉降、抗渗透设计提供更可靠的测试依据；同时，还能同步测出非饱和土的吸力在压缩和渗透过程中的变化，为探究土样压缩和渗透的相关机理提供更多的试验依据。

本发明实现其第一发明目的所采用的技术方案是，一种非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，由土样室单元、加载单元、水气单元、数据采集单元构成，其特征在于：

所述的加载单元的结构为：

基台内设有顶升机构，顶升机构的顶升杆向上穿过基台与土样底座相连，且顶升杆上串接LVDT位移传感器；所述的基台两侧固定有立杆，立杆的顶部间连有横向的反力梁，反力梁的中部依次通过连接杆、压力计与传力杆的上端接触；所述的传力杆的下端穿过顶盖的中部通孔与加压活塞的顶部相连；

所述的土样室单元的结构为：

土样底座上设置有环刀，环刀内从下至上依次设置有下金属透水石、下滤纸、非饱和土样、上滤纸、上金属透水石；所述的环刀顶部盖有顶盖，顶盖的底面设有直径与环刀内径相同的圆形的凹槽，且环刀内壁与顶盖的凹槽壁对齐；所述的顶盖还通过两侧竖向的螺杆固定在土样底座上；所述的环刀壁的底部与土样底座间、环刀壁的顶部与顶盖间，皆设有环形的橡胶密封垫；

所述的加压活塞内套于环刀的上部，其底面与上金属透水石接触、顶面与环刀的顶面齐平；所述的加压活塞的中部设有中部通孔，中部通孔内设有吸力计，且吸力计的下端穿过上金属透水石与上滤纸接触；