[发明专利]用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置及方法

权利要求书

1.一种用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，包括恒温恒湿箱（100）、供水系统（200）、土柱系统（300）、第一天平和第二天平；

所述供水系统（200）和所述土柱系统（300）设置于所述恒温恒湿箱（100）内；

所述供水系统（200）设置于所述土柱系统（300）上方，包括空气压缩机（210）和密封容器（220），用于向所述土柱系统（300）提供稳定水流；所述空气压缩机（210）与密封容器（220）连通，用于向密封容器（220）提供压缩空气；

所述土柱系统（300）包括至少六个沿竖直方向堆叠的标准环刀样（310），相邻的所述标准环刀样（310）之间设置有测试滤纸（320）；

所述第一天平用于测量所述标准环刀样（310）的质量，所述第二天平用于测量所述测试滤纸（320）的质量。

2.根据权利要求1所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，所述供水系统（200）还包括第一容器（230）和陶土板（240）；

所述第一容器（230）设置于所述密封容器（220）内，所述陶土板（240）设置于所述第一容器（230）的下端以封闭所述第一容器（230）的下端；

所述陶土板（240）的上方为水，所述陶土板（240）的下方为所述土柱系统（300）。

3.根据权利要求2所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，所述供水系统（200）还包括第二容器（250）和蠕动泵（260）；

所述第一容器（230）的上端设置有溢流管（211），所述溢流管（211）与所述第二容器（250）连通；

所述蠕动泵（260）一端与所述第二容器（250）连通，另一端与所述第一容器（230）连通，用于将所述第二容器（250）中的水输送至所述第一容器（230）内。

4.根据权利要求3所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，所述供水系统（200）还包括透水石（270），所述透水石（270）设置于所述陶土板（240）和所述土柱系统（300）之间。

5.根据权利要求4所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，所述供水系统（200）还包括减压阀（280）和气压表（290），所述减压阀（280）和所述气压表（290）设置于所述空气压缩机（210）和所述密封容器（220）之间，用于调节和显示气压。

6.根据权利要求1所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，所述土柱系统（300）还包括保护滤纸（330），所述保护滤纸（330）设置于所述测试滤纸（320）两侧，所述保护滤纸（330）背离所述测试滤纸（320）的一侧与所述标准环刀样（310）接触。

7.根据权利要求1所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，所述测试滤纸（320）选用Whatman No. 42滤纸。

8.根据权利要求1所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，所述土柱系统（300）包括6个沿竖直方向堆叠的所述标准环刀样（310）。

9.根据权利要求1所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，其特征在于，所述第一天平的精度为0.01g，所述第二天平的精度为0.0001g。

10.一种全吸力范围非饱和渗透系数的测试方法，其特征在于，使用如权利要求1-9任一项所述的用于全吸力范围非饱和渗透系数的测试装置，包括如下步骤：

制备土样：在所述标准环刀样（310）的上下表面粘上保护滤纸（330）后将其置于烘箱中烘干，然后放置在干燥器中静置至室温，并测量质量；所述测试滤纸（320）用另一烘箱在无尘环境下烘干后测量质量；最后将粘有所述保护滤纸（330）的所述标准环刀样（310）和所述测试滤纸（320）堆叠成土柱；

土柱上方供水：预先测定陶土板（240）饱和试样的渗透系数，据此确定所述供水系统（200）所需提供的稳定水流，进而确定所述空气压缩机（210）需提供的气压，随后将所述供水系统（200）置于所述土柱系统（300）上方进行供水；

含水率和基质吸力剖面的测定：每隔设定时间进行一次测量，以获得粘有所述保护滤纸（330）的所述标准环刀样（310）的质量和所述测试滤纸（320）的质量，进而计算土柱相应位置处的含水率，得到含水率剖面，同时计算测试滤纸（320）的含水率并计算基质吸力，最终得到土柱的基质吸力和水头剖面；

数据处理：通过所述含水率和基质吸力剖面的测定步骤可得到土柱不同深度的含水率与基质吸力随时间变化的曲线，进而用瞬态剖面法计算土样的非饱和渗透系数。