粗粒土土-水特征曲线测量装置

测量装置的制造及其应用技术1.本实用新型属于岩土工程测试设备技术领域，涉及粗粒土土-水特征曲线测量装置。背景技术：2.岩土工程领域所涉及的土大部分是非饱和土，实际工程中，地基处理、隧道、边坡支护等工程所遇到的土体多为非饱和土。非饱和土中含有固、液、气三相，目前关于非饱和土水力与力学性质的研究仍不完善，对较小的和极大的吸力尚难准确测定。土体中是否存在吸力是区别饱和土和非饱和土的标志，吸力的存在极大改变了土的强度、变形与渗透特性，因此研究非饱和土的工程特性，首先应该从非饱和土的吸力特性入手。目前，测定土-水特征曲线的试验方法主要有，轴平移法、张力计法、离心机法、压力薄膜法、盐溶液法和滤纸法等，存在费时、费力、费钱等方面的缺点。3.上述研究方法主要集中在膨润土、黏土、粉土等细颗粒土。对砂土等粗粒土来说，室内常规的非饱和土仪器存在试样尺寸小、制样困难、吸力测试的准确性难以评价等缺点。技术实现要素：4.本实用新型的目的是提供粗粒土土-水特征曲线测量装置，通过记录逐级排水过程中读数管中水位高度，能够控制水位差，从而控制数据的精确度。5.本实用新型所采用的技术方案是，粗粒土土-水特征曲线测量装置，包括底板，底板上连接均处于竖直状态的支撑杆a、支撑杆b、读数管，支撑杆a上连接装样管，支撑杆b上连接烧杯，装样管底部分别通过管道连接烧杯底部和读数管底部，每个管道上均连接一个控制阀，读数管底部还连接用于排液的第三阀门。6.本实用新型的特点还在于：7.支撑杆a通过第一升降器连接喉箍，喉箍内连接装样管。8.支撑杆b通过第二升降器连接铁环，铁环内连接烧杯。9.装样管上端连接顶帽，装样管下端连接底盖，顶帽上连接第二管道。10.底盖通过第一管道连接读数管，第一管道上依次连接第三管道、烧杯，第一管道靠近读数管的一端连接第二控制阀，第三管道靠近烧杯的一端连接第一控制阀。11.装样管与底盖之间连接密封垫，密封垫中部开设透水孔，密封垫的透水孔内连接透水石。12.底板与支撑杆a、支撑杆b均通过固定螺丝连接。13.本实用新型的有益效果是：14.与现有测定基质吸力技术相比：针对粗颗粒土持水能力弱的特点，以包气带的概念为依据，设计了粗颗粒土土水特征曲线测定的试验装置，不仅能控制数据误差、精确度的问题，增加实验数据的数量使其更具有其说服力，而且还能较大的节约实验成本和时间。附图说明15.图1是本实用新型粗粒土土-水特征曲线测量装置结构示意图。16.图中，1.底板；2.第一管道；3.密封垫；4.底盖；5.第一升降器；6.装样管；7.喉箍；8.顶帽；9.第二管道；10.支撑杆a；11.支撑杆b；12.第二升降器；13.铁环；14.烧杯；15.第一控制阀；16.第三管道；17.读数管；18.第二控制阀；19.第三控制阀；20固定螺丝。具体实施方式17.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。18.本实用新型粗粒土土-水特征曲线测量装置，如图1所示，包括底板1，底板1上连接均处于竖直状态的支撑杆a10、支撑杆b11、读数管17，支撑杆a10通过第一升降器5连接喉箍7，喉箍7内连接装样管6，支撑杆b11通过第二升降器12连接铁环13，铁环13内连接烧杯14，装样管6底部分别通过管道连接烧杯14底部和读数管17底部，每个管道上均连接一个控制阀，读数管17底部还连接用于排液的第三阀门19，通过移动烧杯14竖向位置，可调整试样管4中试样内水位，以使其达到饱和状态，并获取装样管4中注入水的体积，读数管17可与装样管6形成连通器，通过读数管17逐级排水，试样中水分将流入读数管17，待读数管17水位稳定后，读取包气带高度，计算试样包气带(非饱和区)的排水量，从而计算包气带的残余含水率。19.第一升降器5能够便于对装样管6的高度进行调节。20.第二升降器12能够便于对烧杯14的高度进行调节。21.装样管6上端连接顶帽8，装样管6下端连接底盖4，顶帽8上连接第二管道9，第二管道9顶部连接抽气装置，底盖4通过第一管道2连接读数管17，第一管道2上依次连接第三管道16、烧杯14，第一管道2靠近读数管17的一端连接第二控制阀18，第三管道16靠近烧杯14的一端连接第一控制阀15。22.装样管6与底盖4之间连接密封垫3，密封垫3中部开设透水孔，密封垫3的透水孔内连接透水石。23.底板1与支撑杆a10、支撑杆b11均通过固定螺丝20连接。24.本实用新型粗粒土土-水特征曲线测量装置，工作过程如下：25.根据试验要求的试样密度和试样体积称取所需粗颗土，组合该装置并检查其气密性，关闭所有控制阀门；打开顶帽8，根据装样要求，把试样放入装样管6中，试样上部放入饱和的透水石，关闭顶帽8；用第一管道2、第三管道16使装样管6和烧杯14形成连通器；向烧杯14中倒入能使试样足够饱和的水，通过调节第一升降器5和第二升降器12，使烧杯14中自由液面水位和装样管6中试样最底部在同一水平面上，打开第一控制阀15，关闭第二控制阀18，让试样先进行初步的毛细饱和，同时第二连接口9和外界真空泵连接，加快试样饱和部分达到稳定状态；当烧杯14中自由液面水位两小时内不发生变化时，通过调节第二升降器12，适当的提高烧杯14的位置，对装样管6中试样进一步饱和；重复提高烧杯14的位置，烧杯14的位置，通过每次变化高程的影响，对装样管6中试样的饱和度有影响，变化高程越小，试样饱和度越高直到烧杯14中自由液面水位和装样管6中试样顶部同一水平面时，关闭第一控制阀15，试样达到饱和状态；开启第二控制阀18，使装样管6和读数管17形成连通器，在读数管17中加入水，使其自由液面与试样顶部在同一水平面上；关闭第二控制阀18，打开第三控制阀19，适当降低读数管17中水位，记录下降高度，然后关闭第三控制阀19，打开第二控制阀18，使装样管6中饱和试样中的水分流入读数管17内，待液面稳定后记录读数管17中自由液面的高度；重复降低读数管17中水位过程，通过每次下降高度对试验精度有影响，变化高度越小，采集数据越多，精度越高，直到读数管17中自由液面低于装样管6中试样最底部的高程，实验完成。26.通过上述记录的读数管17内水位高度变化，进行如下计算：27.1、自由液面上部包气带中土水势处处相等，则有：28.ψ(z)＝h＝z-s29.(ψ)为土水势(cm)，(z)为包气带中任意一点高度(cm)，(s)为土壤吸力(cm)。30.2、包气带水和饱和带水总和为：[0031][0032](h)为砂柱总高度(cm)，(a)为砂柱净截面积(cm2)，(θs)为饱和含水率(cm3/cm3)。[0033]3、逐级降低自由液面高度并稳定时，有：[0034][0035](化简后为：)[0036][0037](δv)为下降(δh)砂柱水分减少量，(θh-h)是吸力为s＝z-h时的含水率。[0038]得出含水率与吸力一一对应关系后，对试验点进行平滑曲线连接，即可得出一条土水特征曲线。









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