[发明专利]一种模拟土体在不同土层吸湿特性的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开一种模拟土体在不同土层吸湿特性的试验装置及试验方法，涉及岩土工程试验模拟装置技术领域，包括用于容纳单一底层土壤的底层容纳腔和用于容纳一层或多层不同土壤的筒形顶层容纳腔，底层容纳腔与顶层容纳腔相邻设置且上下连通；底层容纳腔的底部设置有进水口，侧壁顶部设置有第一排水口，顶层容纳腔的顶部端口处还设置有用于向其内部土层喷水的喷水部；本发明中的试验装置能够同时模拟地下水位上升和降雨共同作用下，不同土层中的土水特性，还可以模拟地下水位上升或者降雨单独作用下的土体吸湿路径，模拟过程更加真实，试验方式更加多样，有利于获得不同条件下土体的土水特性。

技术领域

本发明涉及岩土工程试验模拟装置技术领域，特别是涉及一种模拟土体在不同土层吸湿特性的试验装置及试验方法。

背景技术

由于自然界中绝大多数土体处于非饱和状态，即土体饱和度小于1。当出现降雨气候时，非饱和土将经历吸湿(或湿润)的变化过程。建筑物基础、道路路基和边坡填方的回填材料通常是非饱和土，在地下水位上升或降雨作用下将不可避免的产生吸湿现象。土体吸湿会降低其基质吸力，从而导致其抗剪强度降低。随着含水率进一步的提高，可诱发工程事故，如基础不均匀沉降、路基塌陷和边坡失稳等，这些事故往往造成不可估量的人身伤亡与财产损失。如何通过科学研究来避免或减少土体吸湿特性带来的危害，一直以来受到岩土学术界及工程界的关注。

为了研究非饱和土的吸湿特性，即吸湿条件下土体中水分运移及土体变形的演化规律，目前室内试验有两个关键问题亟需解决。一是能够准确反映并测量真实吸湿路径下土体的土水特征曲线。土水特征曲线表征基质吸力与含水率的关系曲线，它是研究非饱和土吸湿特性的重要工具之一。众所周知，地面以下的土体通常呈水平层状分布，按土的颗粒级配和塑性指数分类，不同土层的土体可划分为砂土、粉土和黏土等不同类型。目前，非饱和土吸湿特性的室内研究主要集中在单一土层中，对两个土层甚至多个土层的研究很少，而真实的吸湿路径不仅存在于单一土层中，还将在不同土层中进行水分运移，故模拟土体所处的层状分布状态对于准确测量真实吸湿路径下的土水特征曲线具有重要的意义。

二是能够模拟地下水位上升或降雨作用对土体吸湿特性的影响，尤其是地下水位上升和降雨单独或共同作用下土体在不同类型土层中的吸湿特性。另外，土体在吸湿过程中往往伴随着体积变化，如膨胀或湿化变形。这些变形不仅影响土体的吸湿特性，还将影响上覆工程的稳定性与安全性。传统试验装置仅能够模拟单一情况下土层的土水特征变化，如申请号为“201720342094.X”，名称为“一种土壤水分特征曲线测量装置”的实用新型专利。

因此，有必要设计开发出一种可以模拟地下水位上升或降雨作用下土体在不同类型土层中吸湿特性的试验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟土体在不同土层吸湿特性的试验装置及试验方法，以解决上述现有技术存在的问题，可以模拟地下水位上升和降雨共同作用下，不同土层中的土水特性，还可以模拟地下水位上升或者降雨单独作用下土体吸湿路径，模拟过程更加真实，试验方式更加多样，有利于获得不同条件下土体的土水特性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种模拟土体在不同土层吸湿特性的试验装置，包括用于容纳底层土壤的底层容纳腔和用于容纳一层土壤或多层不同土壤的顶层容纳腔，所述底层容纳腔与所述顶层容纳腔相邻设置且上下连通；所述底层容纳腔的底部设置有进水口，侧壁顶部设置有第一排水口，所述顶层容纳腔的顶部端口处还设置有用于向其内部土层喷水的喷水部，且所述顶层容纳腔中还设置有用于检测其内部土层参数的土体基质吸力检测单元和土体含水率检测单元。

优选的，所述试验装置还包括数显百分表，所述数显百分表的测针与所述顶层容纳腔中表层土样的上表面接触。

优选的，所述顶层容纳腔的侧壁上沿轴向还设置有若干组沿径向延伸的第一通孔，每组至少具有两个等高的所述第一通孔，且每组中的若干所述第一通孔分别用于向所述筒形空腔的土层中插入土壤水势传感器及土壤水分传感器。