一种测量土水特征曲线的双层压力板仪的制作方法
一种测量土水特征曲线的双层压力板仪的制作方法
【专利摘要】一种测量土水特征曲线的双层压力板仪，属于岩土工程【技术领域】。本发明包括支撑座，在其上方设置压力室，在压力室内设置上层陶土板底座；压力室上盖、上层陶土板底座和下层陶土板底座通过拉杆和锁紧螺母相连；在上层陶土板底座顶部设置凹槽，在凹槽内设置陶土板，在陶土板下方的上层陶土板底座上设置沟槽，其进、出水口分别与体变管相连，在陶土板上方设置土样环刀，在上层土样上方设置金属透气板；在下层陶土板底座顶部设置凹槽，在凹槽内设置陶土板，在陶土板下方的下层陶土板底座上设置沟槽，其进、出水口分别与体变管相连，在陶土板上方设置土样环刀；传力杆的下端通过压力室上盖通孔设置在金属透气板的上方，压力室与气压管线相连通。
【专利说明】一种测量土水特征曲线的双层压力板仪
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程【技术领域】，特别是涉及一种用于非饱和土的土水特征曲线测量的双层压力板仪，可对两个土样在不同荷载条件下进行测试。
【背景技术】
[0002]土水特征曲线，又称土滞水曲线，表示土的含水量和土滞水能力的关系。土水特征曲线与土的类型、孔隙比和盐碱度等有关。早期土壤和植物科学家，应用土水特征曲线研究土壤的滞水势和植物根系的吸水势相互竞争。后来，岩土工程科学家开始关注非饱和土的力学行为，土水特征曲线成为一个有用的工具，研究土在不同应力状态下和不同干湿路径下，土中含水量(质量含水量或体积含水量)和吸力(岩土科学家习惯用吸力表示土滞水势)的关系。岩土科学家更加关注土体在荷载作用下土的体积变化和土中水分的变化，因此，通过试验方法准确获得土水特征曲线尤为重要。
[0003]土水特征曲线关联三个状态量:土样的质量、体积和吸力，其中吸力测量和控制最为困难。比较流行的测量土水特征曲线的试验方法是基于轴平移技术的压力板方法。中国实用新型专利200920315530.X详细演示了轴平移技术原理。在土水特征曲线上，每个试验点通常需要7天左右时间才能达到吸力的平衡，每条土水特征曲线通常需要I?2个月的试验时间，如果执行干湿循环试验，试验往往耗时数月。显而易见，此类试验非常耗时。一般的土水特征曲线压力板仪一次试验只能安装一个土样。如能在同一个试验周期内，同时安装两个土样进行试验，试验效率将大为提高；另外，两个土样如能在不同的荷载条件下同步进行对比试验，则试验结果更能满足非饱和土力学的工程实际需要。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种能满足两个土样同步进行测试的测量土水特征曲线的双层压力板仪。该压力板仪克服了传统压力板仪一次试验只能安装一个土样的不足，不仅提高了试验效率，而且由于同步测试的环境(温度、湿度、干湿路径和吸力平衡时间等)完全一致，减小了外界因素带来的试验误差。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种测量土水特征曲线的双层压力板仪，包括压力室支撑座，在压力室支撑座的上方设置有由压力室外罩、压力室上盖和下层高进气值陶土板底座组成的压力室，在压力室内设置有上层高进气值陶土板底座；所述压力室上盖、上层高进气值陶土板底座和下层高进气值陶土板底座通过压力室拉杆和锁紧螺母相连接；在所述上层高进气值陶土板底座的顶部设置有第一凹槽，在第一凹槽内设置有上层高进气值陶土板，在上层高进气值陶土板下方的上层高进气值陶土板底座上设置有上层单向连通回形沟槽，上层单向连通回形沟槽出水口和上层单向连通回形沟槽进水口分别与第二左侧体变管和第二右侧体变管相连通，在上层高进气值陶土板的上方设置有承装上层土样的上层土样环刀，在上层土样的上方、上层土样环刀内设置有金属透气板；在所述下层高进气值陶土板底座的顶部设置有第二凹槽，在第二凹槽内设置有下层高进气值陶土板，在下层高进气值陶土板下方的下层高进气值陶土板底座上设置有下层单向连通回形沟槽，下层单向连通回形沟槽出水口和下层单向连通回形沟槽进水口分别与第一左侧体变管和第一右侧体变管相连通，在下层高进气值陶土板的上方设置有承装下层土样的下层土样环刀；在所述压力室上盖上设置有通孔，压力室上盖传力杆的下端通过所述通孔设置在金属透气板的上方；在压力室上盖传力杆的侧方设置有位移传感器，所述压力室与气压管线相连通；在所述上层高进气值陶土板底座的第一凹槽的外缘上设置有第一止水凸台，在所述下层高进气值陶土板底座的第二凹槽的外缘上设置有第二止水凸台；在上层高进气值陶土板下方的上层高进气值陶土板底座上设置有上层连接孔，在下层高进气值陶土板下方的下层高进气值陶土板底座上设置有下层连接孔，所述上层连接孔与下层连接孔通过连接管相连接。
[0006]在所述下层高进气值陶土板底座的顶部外缘设置有拉杆孔，所述压力室拉杆的下端设置在拉杆孔内，并通过下层高进气值陶土板底座锁紧螺母固定连接；在所述上层高进气值陶土板底座上设置有第一通孔，所述压力室拉杆的中部设置在所述第一通孔内，并通过上层高进气值陶土板底座锁紧螺母固定连接；在所述压力室上盖上设置有第二通孔，所述压力室拉杆的上端设置在所述第二通孔内，并通过压力室上盖锁紧螺母固定连接。
[0007]在所述上层高进气值陶土板底座上、上层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第一排水口，所述第二左侧体变管和第二右侧体变管分别通过接头与所述第一排水口相连通。
[0008]在所述下层高进气值陶土板底座上、下层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第二排水口，所述第一左侧体变管和第一右侧体变管分别通过接头与所述第二排水口相连通。
[0009]本发明的双层压力板仪可以完成如下类型的试验:
[0010]两个完全相同土样的同步对比试验。如果上层土样不施加外荷载，则上层土样和下层土样试验条件完全相同，实际上是平行试验，试验结果互相验证，增加结果的可靠度，克服两次试验存在的试验周期和环境温度等外部影响不易控制的缺点。如果对上层土样施加一定的外荷载，可以模拟实际工程中的一定深度土体的真实的滞水行为，其结果可以与未施加外荷载的下层土样(对应表层或者非常浅部的情况)进行对比，便于研究应力状态对土水特征曲线的影响，未施加外荷载的下层土样可以作为参考试样。另外，如果两个不同土样在都不施加外荷载条件下进行试验，可以对比在同一脱湿或者增湿路径下，不同土样类型的土水特征曲线差异。
[0011]本发明的有益效果:
[0012]本发明的双层压力板仪能够满足两个土样同步进行测试的要求，克服了传统压力板仪一次试验只能安装一个土样的不足，不仅提高了试验效率，而且由于同步测试的环境(温度、湿度、干湿路径和吸力平衡时间等)完全一致，减小了外界因素带来的试验误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的测量土水特征曲线的双层压力板仪的结构示意图；
[0014]图2是本发明的下层高进气值陶土板底座的结构示意图；
[0015]其中:1、气压管线进口阀门，2、气压管线泄压阀门，3、压力传感器，4、轴向力的外荷载单元，5、压力室上盖传力杆，6、位移传感器，7、压力室上盖，8、压力室上盖锁紧螺母，9、金属透气板，10、上层土样环刀，11、上层土样，12、上层高进气值陶土板，13、上层高进气值陶土板底座，14、上层高进气值陶土板底座锁紧螺母，15、压力室拉杆，16、下层土样，17、压力室外罩，18、下层高进气值陶土板底座锁紧螺母，19、下层高进气值陶土板，20、下层高进气值陶土板底座，21、压力室支撑座，22、下层土样环刀，23、第一左侧体变管，24、第一右侧体变管，25、第二右侧体变管，26、第二左侧体变管，27、拉杆孔，28、下层单向连通回形沟槽，29、下层单向连通回形沟槽进水口，30、第二止水凸台，31、下层连接孔，32、下层单向连通回形沟槽出水口。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0017]如图1、图2所示，一种测量土水特征曲线的双层压力板仪，包括压力室支撑座21，在压力室支撑座21的上方设置有由压力室外罩17、压力室上盖7和下层高进气值陶土板底座20组成的压力室，在压力室内设置有上层高进气值陶土板底座13 ;所述压力室上盖7、上层高进气值陶土板底座13和下层高进气值陶土板底座20通过四个压力室拉杆15和锁紧螺母相连接；在所述上层高进气值陶土板底座13的顶部设置有第一凹槽，在第一凹槽内设置有上层高进气值陶土板12，在上层高进气值陶土板12下方的上层高进气值陶土板底座13上设置有上层单向连通回形沟槽，上层单向连通回形沟槽出水口和上层单向连通回形沟槽进水口分别与第二左侧体变管26和第二右侧体变管25相连通，在上层高进气值陶土板12的上方设置有承装上层土样11的上层土样环刀10，在上层土样11的上方、上层土样环刀10内设置有金属透气板9 ;在所述下层高进气值陶土板底座20的顶部设置有第二凹槽，在第二凹槽内设置有下层高进气值陶土板19，在下层高进气值陶土板19下方的下层高进气值陶土板底座20上设置有下层单向连通回形沟槽28，下层单向连通回形沟槽出水口 32和下层单向连通回形沟槽进水口 29分别与第一左侧体变管23和第一右侧体变管24相连通，在下层高进气值陶土板19的上方设置有承装下层土样16的下层土样环刀22 ;在所述压力室上盖7的中心处设置有通孔，低摩擦的压力室上盖传力杆5的下端通过所述通孔设置在金属透气板9的上方，用于给上层土样11施加外部荷载；在压力室上盖传力杆5的侧方设置有测量压力室上盖传力杆5位移的位移传感器6，所述压力室与具有压力传感器3、气压管线进口阀门I和气压管线泄压阀门2的气压管线相连通；在所述上层高进气值陶土板底座13的第一凹槽的外缘上设置有第一止水凸台，在所述下层高进气值陶土板底座20的第二凹槽的外缘上设置有第二止水凸台30 ;在上层高进气值陶土板12下方的上层高进气值陶土板底座13上设置有上层连接孔，在下层高进气值陶土板19下方的下层高进气值陶土板底座20上设置有下层连接孔31，所述上层连接孔与下层连接孔31通过连接管相连接，用于上层高进气值陶土板底座13排水。
[0018]在所述下层高进气值陶土板底座20的顶部外缘均布有四个拉杆孔27，所述压力室拉杆15的下端设置在拉杆孔27内，并通过下层高进气值陶土板底座锁紧螺母18固定连接，其采用半螺纹孔连接，以实现自密封；在所述上层高进气值陶土板底座13上设置有第一通孔，所述压力室拉杆15的中部设置在所述第一通孔内，并通过上层高进气值陶土板底座锁紧螺母14固定连接；在所述压力室上盖7上设置有第二通孔，所述压力室拉杆15的上端设置在所述第二通孔内，并通过压力室上盖锁紧螺母8固定连接；压力室拉杆15上部与压力室上盖7之间采用O型密封圈压紧密封，连接后的组件形成一个独立的反力架结构。
[0019]在所述上层高进气值陶土板底座13上、上层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第一排水口，所述第二左侧体变管26和第二右侧体变管25分别通过接头与所述第一排水口相连通。
[0020]在所述下层高进气值陶土板底座20上、下层单向连通回形沟槽28的首尾位置处分别设置有第二排水口，所述第一左侧体变管23和第一右侧体变管24分别通过接头与所述第二排水口相连通。
[0021]所述上层高进气值陶土板底座13和下层高进气值陶土板底座20采用不锈钢材料制成；所述上层单向连通回形沟槽和下层单向连通回形沟槽28用于土样排水，单向连通的目的是用来冲刷气泡。
[0022]所述上层高进气值陶土板12与上层高进气值陶土板底座13粘合在一起，下层高进气值陶土板19与下层高进气值陶土板底座20粘合在一起，粘合后的界面不允许有任何水或者气通过。
[0023]所述压力室上盖7采用不锈钢材料制成，为法兰结构，压力室上盖7与压力室上盖传力杆5之间采用双O型密封圈密封；在压力室上盖7上设置有一个进气口，所述进气口与气压管线相连通，以实现气体压力的引入。在所述压力室上盖传力杆5下部设置有阶梯形台肩，当不需要试验荷载时，用于防止压力室内气体将其压出。
[0024]为了实现轴平移技术中高压气体施压于土样上，压力室必须采用一个外罩形成完全密封的空间，这样平移后的气压可以作用于土样上。为此，压力室内壁与下部的下层高进气值陶土板底座20和上部的压力室上盖7之间采用O型密封圈密封；位于中部的上层高进气值陶土板底座13与压力室内壁之间形成一个小的缝隙，使得气体流通，目的是保证下层高进气值陶土板底座20上的下层土样16也受到同样的压力室内气压力。
[0025]外部体变管用来监测土样吸力是否达到平衡，而不是用体变管反映的水位变化反向计算土样含水量的改变。使用中，每个陶土板底座均连接两个体变管，它们之间的水通过陶土板下方的单向连通回形沟槽相连通。因为，排水测量管路系统容易混入气泡，同时测量系统管路比较长，温度等可能会改变管路体积，导致液位测量不准确。为此，本发明土样的质量和体积采用达到吸力平衡后，泄压然后移出压力室直接测量体积和称重法；其中，压力室的内部反力架不需要拆卸，使得测量时间大为减小，同时提高了质量和体积测量的精度。
[0026]为了保证试验的进行，仍需要气压和水压控制部件，以确保试验需要的吸力得到控制，该部件可以采用通用流体管路设计部件，如:空压机、调压阀、单向阀和压力表等。施加轴向力的外荷载单元4可以采用堆放砝码的方法或者采用普通压力机施加轴向荷载，SP将双层压力板仪置于压力试验机框架中。此外，双层压力板仪的压力室内留有必要的传感器接口，可以安装如温度、湿度、气体压力和位移等传感器，所有传感器数据均接入到通用的数据采集仪中。需要说明的是，以上传感器的使用不是必须的，也可以采用人工的方法监视温度和湿度等数据。
[0027]下面结合【专利附图】
【附图说明】本发明的优选实施例:
[0028]实施例一:
[0029]具备如图1所示的装配后的双层压力板仪，其功能具备开展土水特征曲线试验。[0030]陶土板饱和:首先对上层高进气值陶土板底座13和下层高进气值陶土板底座20进行饱和。取下压力室外罩17，将压力板仪反力架结构体(包括压力室上盖7、压力室上盖锁紧螺母8、上层高进气值陶土板底座13、上层高进气值陶土板底座锁紧螺母14、压力室拉杆15、下层高进气值陶土板底座锁紧螺母18及下层高进气值陶土板底座20)放入无气水中浸泡4小时；然后将上层高进气值陶土板底座13的第一止水凸台和下层高进气值陶土板底座20的第二止水凸台30内注满水气水，合上压力室外罩17，关闭气压管线泄压阀门2，打开气压管线进口阀门1，通过压力控制系统施加IOOkPa的气压；气压驱动上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上的水透过上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19，监测各自管路的体变管水位变化，直到上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上无存留的水。然后调整体变管的初始液位高度，使其全部处于刻度线的中部。完全饱和后的上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19具备在实验中透水不透气的功能。
[0031]制样和装样:土样的制备参考国家和行业的相关标准，或者根据实验设计的要求进行压实制样，通常上层土样11置于上层土样环刀10内，下层土样16置于下层土样环刀22内。称重上层土样11、下层土样16和对应上层土样环刀10、下层土样环刀22的湿重，根据制样的条件，计算试验前土样的含水量、孔隙比和饱和度等参数。
[0032]吸力施加:在本实施例中，上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上的上层土样11和下层土样16完全一致，且上、下层土样均不受外部荷载。设计时考虑土样可自由穿过任意两个压力室拉杆15之间，将土样放置在陶土板上，用手轻压土样环刀，确保土样和陶土板表面接触良好。合上压力室外罩17，关闭气压管线泄压阀门2，打开气压管线进口阀门I，通过气体压力控制系统施加第一级的吸力，即气压管线内的压力值等于标定后的压力传感器3的数值。需要说明的是，脱湿过程就是不断增加气体压力的过程，增湿过程就是减少不断气体压力的过程，试验中增湿和脱湿是根据非饱和土力学研究或试验目的而制定的，并无标准参考。在施加一定等级的吸力以后，体变管内的水位开始发生变化，如果上层土样11和下层土样16完全一致，第一左侧体变管23、第一右侧体变管24的水位变化与第二左侧体变管26、第二右侧体变管25的变化接近。由于吸力平衡过程时间较长，不可避免仍有少许气泡蓄积在陶土板下方的单向连通回形沟槽内，气泡的存在影响吸力是否平衡的判断，为此采用橡皮球在体变管一侧压气，促使气泡就随下部水一起进入另外一侧的体变管，冲刷气泡后，液面水位回复到平衡位置。土样达到吸力平衡，一般在7天左右。土样达到吸力平衡，表现为体变管液面不再发生变化。
[0033]土样质量和体积测量:吸力平衡以后，需要测量平衡后上层土样11和下层土样16的质量和体积，用于计算含水量和饱和度。测量方法是关闭气压管线进口阀门1，打开气压管线泄压阀门2，释放压力室内高压气体，然后移开压力室外罩17。用精度0.0Olg的电子天平直接称量上层土样11和下层土样16的重量，用精度为0.0lmm的卡尺测量土样的直径和高度。该测量方法适用于上、下层土样。
[0034]下一级吸力施加:上层土样11和下层土样16称量结束后，放到其各自的陶土板上，合上压力室外罩17，开始第二级吸力的施加。吸力的施加、气泡排除参照上述方法。后继吸力的施加根据研究需要进行增加或者减少气体压力，在后继吸力下土样达到平衡后，同样进行上述步骤的测量平衡后土样的质量和体积工作。如此循环，直到完成所设计的全部试验任务。
[0035]结果处理:将试验测得的数据通过简单计算绘制土水特征曲线:以控制的吸力为横坐标，以每一级控制吸力下测量或计算的含水量或饱和度为纵坐标，通过电子表格软件绘制成土水特征曲线。
[0036]实施例二:
[0037]具备如图1所示的装配后的双层压力板仪，其功能具备开展土水特征曲线试验。
[0038]与实施例一所不同的是在实施例二中，上层高进气值陶土板底座13上的上层土样11根据试验需要施加一定的外荷载，下层高进气值陶土板底座20上的下层土样16与实施例一相同，即不承受任何外荷载。
[0039]陶土板饱和:首先对上层高进气值陶土板底座13和下层高进气值陶土板底座20进行饱和。取下压力室外罩17，将压力板仪反力架结构体(包括压力室上盖7、压力室上盖锁紧螺母8、上层高进气值陶土板底座13、上层高进气值陶土板底座锁紧螺母14、压力室拉杆15、下层高进气值陶土板底座锁紧螺母18及下层高进气值陶土板底座20)放入无气水中浸泡4小时；然后将上层高进气值陶土板底座13的第一止水凸台和下层高进气值陶土板底座20的第二止水凸台30内注满水气水，合上压力室外罩17，关闭气压管线泄压阀门2，打开气压管线进口阀门1，通过压力控制系统施加IOOkPa的气压；气压驱动上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上的水透过上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19，监测各自管路的体变管水位变化，直到上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上无存留的水。然后调整体变管的初始液位高度，使其全部处于刻度线的中部。完全饱和后的上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19具备在实验中透水不透气的功能。
[0040]制样和装样:土样的制备参考国家和行业的相关标准，或者根据实验设计的要求进行压实制样，通常上层土样11置于上层土样环刀10内，下层土样16置于下层土样环刀22内。称重上层土样11、下层土样16和对应上层土样环刀10、下层土样环刀22的湿重，根据制样的条件，计算试验前土样的含水量、孔隙比和饱和度等参数。
[0041]轴向外荷载施加:固定测量压力室上盖传力杆5位移的位移传感器6于压力室上盖传力杆5上，用于测量压缩过程中的轴向变形。然后通过轴向力的外荷载单元4施加一定的轴向荷载，荷载通过压力室上盖传力杆5作用在金属透气板9上，最后作用在上层土样11上。如果位移数据变化非常小(具体参考土力学相关试验标准)，表明轴向外荷载作用下土样固结完成。
[0042]吸力施加:在本实施例中，上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上的上层土样11和下层土样16完全一致，但上层土样11施加外荷载。设计时考虑土样可自由穿过任意两个压力室拉杆15之间，将土样放置在陶土板上，用手轻压土样环刀，确保土样和陶土板表面接触良好。合上压力室外罩17，关闭气压管线泄压阀门2，打开气压管线进口阀门1，通过气体压力控制系统施加第一级的吸力，即气压管线内的压力值等于标定后的压力传感器3的数值。需要说明的是，脱湿过程就是不断增加气体压力的过程，增湿过程就是减少不断气体压力的过程，试验中增湿和脱湿是根据非饱和土力学研究或试验目的而制定的，并无标准参考。在施加一定等级的吸力以后，体变管内的水位开始发生变化，如果上层土样11和下层土样16完全一致，第一左侧体变管23、第一右侧体变管24的水位变化与第二左侧体变管26、第二右侧体变管25的变化接近。由于吸力平衡过程时间较长，不可避免仍有少许气泡蓄积在陶土板下方的单向连通回形沟槽内，气泡的存在影响吸力是否平衡的判断，为此采用橡皮球在体变管一侧压气，促使气泡就随下部水一起进入另外一侧的体变管，冲刷气泡后，液面水位回复到平衡位置。土样达到吸力平衡，一般在7天左右。土样达到吸力平衡，表现为体变管液面不再发生变化。
[0043]土样质量和体积测量:吸力平衡以后，需要测量平衡后上层土样11和下层土样16的质量和体积，用于计算含水量和饱和度。测量方法是关闭气压管线进口阀门1，打开气压管线泄压阀门2，释放压力室内高压气体，解除上层土样11承受的外荷载，然后移开压力室外罩17。用精度0.0Olg的电子天平直接称量上层土样11和下层土样16的重量，用精度为
0.0lmm的卡尺测量土样的直径和高度。该测量方法适用于上、下层土样。
[0044]下一级吸力施加:上层土样11和下层土样16称量结束后，放到其各自的陶土板上，合上压力室外罩17,同时上层土样11仍施加相同的外荷载。开始第二级吸力的施加。吸力的施加、气泡排除参照上述方法。后继吸力的施加根据研究需要进行增加或者减少气体压力，在后继吸力下土样达到平衡后，同样进行上述步骤的测量平衡后土样的质量和体积工作。如此循环，直到完成所设计的全部试验任务。
[0045]结果处理:将试验测得的数据通过简单计算绘制土水特征曲线:以控制的吸力为横坐标，以每一级控制吸力下测量或计算的含水量或饱和度为纵坐标，通过电子表格软件绘制成土水特征曲线。
【权利要求】
1.一种测量土水特征曲线的双层压力板仪，其特征在于包括压力室支撑座，在压力室支撑座的上方设置有由压力室外罩、压力室上盖和下层高进气值陶土板底座组成的压力室，在压力室内设置有上层高进气值陶土板底座；所述压力室上盖、上层高进气值陶土板底座和下层高进气值陶土板底座通过压力室拉杆和锁紧螺母相连接；在所述上层高进气值陶土板底座的顶部设置有第一凹槽，在第一凹槽内设置有上层高进气值陶土板，在上层高进气值陶土板下方的上层高进气值陶土板底座上设置有上层单向连通回形沟槽，上层单向连通回形沟槽出水口和上层单向连通回形沟槽进水口分别与第二左侧体变管和第二右侧体变管相连通，在上层高进气值陶土板的上方设置有承装上层土样的上层土样环刀，在上层土样的上方、上层土样环刀内设置有金属透气板；在所述下层高进气值陶土板底座的顶部设置有第二凹槽，在第二凹槽内设置有下层高进气值陶土板，在下层高进气值陶土板下方的下层高进气值陶土板底座上设置有下层单向连通回形沟槽，下层单向连通回形沟槽出水口和下层单向连通回形沟槽进水口分别与第一左侧体变管和第一右侧体变管相连通，在下层高进气值陶土板的上方设置有承装下层土样的下层土样环刀；在所述压力室上盖上设置有通孔，压力室上盖传力杆的下端通过所述通孔设置在金属透气板的上方；在压力室上盖传力杆的侧方设置有位移传感器，所述压力室与气压管线相连通；在所述上层高进气值陶土板底座的第一凹槽的外缘上设置有第一止水凸台，在所述下层高进气值陶土板底座的第二凹槽的外缘上设置有第二止水凸台；在上层高进气值陶土板下方的上层高进气值陶土板底座上设置有上层连接孔，在下层高进气值陶土板下方的下层高进气值陶土板底座上设置有下层连接孔，所述上层连接孔与下层连接孔通过连接管相连接。
2.根据权利要求1所述的测量土水特征曲线的双层压力板仪，其特征在于在所述下层高进气值陶土板底座的顶部外缘设置有拉杆孔，所述压力室拉杆的下端设置在拉杆孔内，并通过下层高进气值陶土板底座锁紧螺母固定连接；在所述上层高进气值陶土板底座上设置有第一通孔，所述压力室拉杆的中部设置在所述第一通孔内，并通过上层高进气值陶土板底座锁紧螺母固定连接；在所述压力室上盖上设置有第二通孔，所述压力室拉杆的上端设置在所述第二通孔内，并通过压力室上盖锁紧螺母固定连接。
3.根据权利要求1所述的测量土水特征曲线的双层压力板仪，其特征在于在所述上层高进气值陶土板底座上、上层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第一排水口，所述第二左侧体变管和第二右侧体变管分别通过接头与所述第一排水口相连通。
4.根据权利要求1所述的测量土水特征曲线的双层压力板仪，其特征在于在所述下层高进气值陶土板底座上、下层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第二排水口，所述第一左侧体变管和第一右侧体变管分别通过接头与所述第二排水口相连通。
【文档编号】G01N33/24GK103472206SQ201310425541
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】张希巍, 冯夏庭, 李元辉, 杨成祥, 徐荃, 陈天宇 申请人:东北大学
【专利摘要】一种测量土水特征曲线的双层压力板仪，属于岩土工程【技术领域】。本发明包括支撑座，在其上方设置压力室，在压力室内设置上层陶土板底座；压力室上盖、上层陶土板底座和下层陶土板底座通过拉杆和锁紧螺母相连；在上层陶土板底座顶部设置凹槽，在凹槽内设置陶土板，在陶土板下方的上层陶土板底座上设置沟槽，其进、出水口分别与体变管相连，在陶土板上方设置土样环刀，在上层土样上方设置金属透气板；在下层陶土板底座顶部设置凹槽，在凹槽内设置陶土板，在陶土板下方的下层陶土板底座上设置沟槽，其进、出水口分别与体变管相连，在陶土板上方设置土样环刀；传力杆的下端通过压力室上盖通孔设置在金属透气板的上方，压力室与气压管线相连通。
【专利说明】一种测量土水特征曲线的双层压力板仪
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程【技术领域】，特别是涉及一种用于非饱和土的土水特征曲线测量的双层压力板仪，可对两个土样在不同荷载条件下进行测试。
【背景技术】
[0002]土水特征曲线，又称土滞水曲线，表示土的含水量和土滞水能力的关系。土水特征曲线与土的类型、孔隙比和盐碱度等有关。早期土壤和植物科学家，应用土水特征曲线研究土壤的滞水势和植物根系的吸水势相互竞争。后来，岩土工程科学家开始关注非饱和土的力学行为，土水特征曲线成为一个有用的工具，研究土在不同应力状态下和不同干湿路径下，土中含水量(质量含水量或体积含水量)和吸力(岩土科学家习惯用吸力表示土滞水势)的关系。岩土科学家更加关注土体在荷载作用下土的体积变化和土中水分的变化，因此，通过试验方法准确获得土水特征曲线尤为重要。
[0003]土水特征曲线关联三个状态量:土样的质量、体积和吸力，其中吸力测量和控制最为困难。比较流行的测量土水特征曲线的试验方法是基于轴平移技术的压力板方法。中国实用新型专利200920315530.X详细演示了轴平移技术原理。在土水特征曲线上，每个试验点通常需要7天左右时间才能达到吸力的平衡，每条土水特征曲线通常需要I?2个月的试验时间，如果执行干湿循环试验，试验往往耗时数月。显而易见，此类试验非常耗时。一般的土水特征曲线压力板仪一次试验只能安装一个土样。如能在同一个试验周期内，同时安装两个土样进行试验，试验效率将大为提高；另外，两个土样如能在不同的荷载条件下同步进行对比试验，则试验结果更能满足非饱和土力学的工程实际需要。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种能满足两个土样同步进行测试的测量土水特征曲线的双层压力板仪。该压力板仪克服了传统压力板仪一次试验只能安装一个土样的不足，不仅提高了试验效率，而且由于同步测试的环境(温度、湿度、干湿路径和吸力平衡时间等)完全一致，减小了外界因素带来的试验误差。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种测量土水特征曲线的双层压力板仪，包括压力室支撑座，在压力室支撑座的上方设置有由压力室外罩、压力室上盖和下层高进气值陶土板底座组成的压力室，在压力室内设置有上层高进气值陶土板底座；所述压力室上盖、上层高进气值陶土板底座和下层高进气值陶土板底座通过压力室拉杆和锁紧螺母相连接；在所述上层高进气值陶土板底座的顶部设置有第一凹槽，在第一凹槽内设置有上层高进气值陶土板，在上层高进气值陶土板下方的上层高进气值陶土板底座上设置有上层单向连通回形沟槽，上层单向连通回形沟槽出水口和上层单向连通回形沟槽进水口分别与第二左侧体变管和第二右侧体变管相连通，在上层高进气值陶土板的上方设置有承装上层土样的上层土样环刀，在上层土样的上方、上层土样环刀内设置有金属透气板；在所述下层高进气值陶土板底座的顶部设置有第二凹槽，在第二凹槽内设置有下层高进气值陶土板，在下层高进气值陶土板下方的下层高进气值陶土板底座上设置有下层单向连通回形沟槽，下层单向连通回形沟槽出水口和下层单向连通回形沟槽进水口分别与第一左侧体变管和第一右侧体变管相连通，在下层高进气值陶土板的上方设置有承装下层土样的下层土样环刀；在所述压力室上盖上设置有通孔，压力室上盖传力杆的下端通过所述通孔设置在金属透气板的上方；在压力室上盖传力杆的侧方设置有位移传感器，所述压力室与气压管线相连通；在所述上层高进气值陶土板底座的第一凹槽的外缘上设置有第一止水凸台，在所述下层高进气值陶土板底座的第二凹槽的外缘上设置有第二止水凸台；在上层高进气值陶土板下方的上层高进气值陶土板底座上设置有上层连接孔，在下层高进气值陶土板下方的下层高进气值陶土板底座上设置有下层连接孔，所述上层连接孔与下层连接孔通过连接管相连接。
[0006]在所述下层高进气值陶土板底座的顶部外缘设置有拉杆孔，所述压力室拉杆的下端设置在拉杆孔内，并通过下层高进气值陶土板底座锁紧螺母固定连接；在所述上层高进气值陶土板底座上设置有第一通孔，所述压力室拉杆的中部设置在所述第一通孔内，并通过上层高进气值陶土板底座锁紧螺母固定连接；在所述压力室上盖上设置有第二通孔，所述压力室拉杆的上端设置在所述第二通孔内，并通过压力室上盖锁紧螺母固定连接。
[0007]在所述上层高进气值陶土板底座上、上层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第一排水口，所述第二左侧体变管和第二右侧体变管分别通过接头与所述第一排水口相连通。
[0008]在所述下层高进气值陶土板底座上、下层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第二排水口，所述第一左侧体变管和第一右侧体变管分别通过接头与所述第二排水口相连通。
[0009]本发明的双层压力板仪可以完成如下类型的试验:
[0010]两个完全相同土样的同步对比试验。如果上层土样不施加外荷载，则上层土样和下层土样试验条件完全相同，实际上是平行试验，试验结果互相验证，增加结果的可靠度，克服两次试验存在的试验周期和环境温度等外部影响不易控制的缺点。如果对上层土样施加一定的外荷载，可以模拟实际工程中的一定深度土体的真实的滞水行为，其结果可以与未施加外荷载的下层土样(对应表层或者非常浅部的情况)进行对比，便于研究应力状态对土水特征曲线的影响，未施加外荷载的下层土样可以作为参考试样。另外，如果两个不同土样在都不施加外荷载条件下进行试验，可以对比在同一脱湿或者增湿路径下，不同土样类型的土水特征曲线差异。
[0011]本发明的有益效果:
[0012]本发明的双层压力板仪能够满足两个土样同步进行测试的要求，克服了传统压力板仪一次试验只能安装一个土样的不足，不仅提高了试验效率，而且由于同步测试的环境(温度、湿度、干湿路径和吸力平衡时间等)完全一致，减小了外界因素带来的试验误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的测量土水特征曲线的双层压力板仪的结构示意图；
[0014]图2是本发明的下层高进气值陶土板底座的结构示意图；
[0015]其中:1、气压管线进口阀门，2、气压管线泄压阀门，3、压力传感器，4、轴向力的外荷载单元，5、压力室上盖传力杆，6、位移传感器，7、压力室上盖，8、压力室上盖锁紧螺母，9、金属透气板，10、上层土样环刀，11、上层土样，12、上层高进气值陶土板，13、上层高进气值陶土板底座，14、上层高进气值陶土板底座锁紧螺母，15、压力室拉杆，16、下层土样，17、压力室外罩，18、下层高进气值陶土板底座锁紧螺母，19、下层高进气值陶土板，20、下层高进气值陶土板底座，21、压力室支撑座，22、下层土样环刀，23、第一左侧体变管，24、第一右侧体变管，25、第二右侧体变管，26、第二左侧体变管，27、拉杆孔，28、下层单向连通回形沟槽，29、下层单向连通回形沟槽进水口，30、第二止水凸台，31、下层连接孔，32、下层单向连通回形沟槽出水口。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0017]如图1、图2所示，一种测量土水特征曲线的双层压力板仪，包括压力室支撑座21，在压力室支撑座21的上方设置有由压力室外罩17、压力室上盖7和下层高进气值陶土板底座20组成的压力室，在压力室内设置有上层高进气值陶土板底座13 ;所述压力室上盖7、上层高进气值陶土板底座13和下层高进气值陶土板底座20通过四个压力室拉杆15和锁紧螺母相连接；在所述上层高进气值陶土板底座13的顶部设置有第一凹槽，在第一凹槽内设置有上层高进气值陶土板12，在上层高进气值陶土板12下方的上层高进气值陶土板底座13上设置有上层单向连通回形沟槽，上层单向连通回形沟槽出水口和上层单向连通回形沟槽进水口分别与第二左侧体变管26和第二右侧体变管25相连通，在上层高进气值陶土板12的上方设置有承装上层土样11的上层土样环刀10，在上层土样11的上方、上层土样环刀10内设置有金属透气板9 ;在所述下层高进气值陶土板底座20的顶部设置有第二凹槽，在第二凹槽内设置有下层高进气值陶土板19，在下层高进气值陶土板19下方的下层高进气值陶土板底座20上设置有下层单向连通回形沟槽28，下层单向连通回形沟槽出水口 32和下层单向连通回形沟槽进水口 29分别与第一左侧体变管23和第一右侧体变管24相连通，在下层高进气值陶土板19的上方设置有承装下层土样16的下层土样环刀22 ;在所述压力室上盖7的中心处设置有通孔，低摩擦的压力室上盖传力杆5的下端通过所述通孔设置在金属透气板9的上方，用于给上层土样11施加外部荷载；在压力室上盖传力杆5的侧方设置有测量压力室上盖传力杆5位移的位移传感器6，所述压力室与具有压力传感器3、气压管线进口阀门I和气压管线泄压阀门2的气压管线相连通；在所述上层高进气值陶土板底座13的第一凹槽的外缘上设置有第一止水凸台，在所述下层高进气值陶土板底座20的第二凹槽的外缘上设置有第二止水凸台30 ;在上层高进气值陶土板12下方的上层高进气值陶土板底座13上设置有上层连接孔，在下层高进气值陶土板19下方的下层高进气值陶土板底座20上设置有下层连接孔31，所述上层连接孔与下层连接孔31通过连接管相连接，用于上层高进气值陶土板底座13排水。
[0018]在所述下层高进气值陶土板底座20的顶部外缘均布有四个拉杆孔27，所述压力室拉杆15的下端设置在拉杆孔27内，并通过下层高进气值陶土板底座锁紧螺母18固定连接，其采用半螺纹孔连接，以实现自密封；在所述上层高进气值陶土板底座13上设置有第一通孔，所述压力室拉杆15的中部设置在所述第一通孔内，并通过上层高进气值陶土板底座锁紧螺母14固定连接；在所述压力室上盖7上设置有第二通孔，所述压力室拉杆15的上端设置在所述第二通孔内，并通过压力室上盖锁紧螺母8固定连接；压力室拉杆15上部与压力室上盖7之间采用O型密封圈压紧密封，连接后的组件形成一个独立的反力架结构。
[0019]在所述上层高进气值陶土板底座13上、上层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第一排水口，所述第二左侧体变管26和第二右侧体变管25分别通过接头与所述第一排水口相连通。
[0020]在所述下层高进气值陶土板底座20上、下层单向连通回形沟槽28的首尾位置处分别设置有第二排水口，所述第一左侧体变管23和第一右侧体变管24分别通过接头与所述第二排水口相连通。
[0021]所述上层高进气值陶土板底座13和下层高进气值陶土板底座20采用不锈钢材料制成；所述上层单向连通回形沟槽和下层单向连通回形沟槽28用于土样排水，单向连通的目的是用来冲刷气泡。
[0022]所述上层高进气值陶土板12与上层高进气值陶土板底座13粘合在一起，下层高进气值陶土板19与下层高进气值陶土板底座20粘合在一起，粘合后的界面不允许有任何水或者气通过。
[0023]所述压力室上盖7采用不锈钢材料制成，为法兰结构，压力室上盖7与压力室上盖传力杆5之间采用双O型密封圈密封；在压力室上盖7上设置有一个进气口，所述进气口与气压管线相连通，以实现气体压力的引入。在所述压力室上盖传力杆5下部设置有阶梯形台肩，当不需要试验荷载时，用于防止压力室内气体将其压出。
[0024]为了实现轴平移技术中高压气体施压于土样上，压力室必须采用一个外罩形成完全密封的空间，这样平移后的气压可以作用于土样上。为此，压力室内壁与下部的下层高进气值陶土板底座20和上部的压力室上盖7之间采用O型密封圈密封；位于中部的上层高进气值陶土板底座13与压力室内壁之间形成一个小的缝隙，使得气体流通，目的是保证下层高进气值陶土板底座20上的下层土样16也受到同样的压力室内气压力。
[0025]外部体变管用来监测土样吸力是否达到平衡，而不是用体变管反映的水位变化反向计算土样含水量的改变。使用中，每个陶土板底座均连接两个体变管，它们之间的水通过陶土板下方的单向连通回形沟槽相连通。因为，排水测量管路系统容易混入气泡，同时测量系统管路比较长，温度等可能会改变管路体积，导致液位测量不准确。为此，本发明土样的质量和体积采用达到吸力平衡后，泄压然后移出压力室直接测量体积和称重法；其中，压力室的内部反力架不需要拆卸，使得测量时间大为减小，同时提高了质量和体积测量的精度。
[0026]为了保证试验的进行，仍需要气压和水压控制部件，以确保试验需要的吸力得到控制，该部件可以采用通用流体管路设计部件，如:空压机、调压阀、单向阀和压力表等。施加轴向力的外荷载单元4可以采用堆放砝码的方法或者采用普通压力机施加轴向荷载，SP将双层压力板仪置于压力试验机框架中。此外，双层压力板仪的压力室内留有必要的传感器接口，可以安装如温度、湿度、气体压力和位移等传感器，所有传感器数据均接入到通用的数据采集仪中。需要说明的是，以上传感器的使用不是必须的，也可以采用人工的方法监视温度和湿度等数据。
[0027]下面结合【专利附图】
【附图说明】本发明的优选实施例:
[0028]实施例一:
[0029]具备如图1所示的装配后的双层压力板仪，其功能具备开展土水特征曲线试验。[0030]陶土板饱和:首先对上层高进气值陶土板底座13和下层高进气值陶土板底座20进行饱和。取下压力室外罩17，将压力板仪反力架结构体(包括压力室上盖7、压力室上盖锁紧螺母8、上层高进气值陶土板底座13、上层高进气值陶土板底座锁紧螺母14、压力室拉杆15、下层高进气值陶土板底座锁紧螺母18及下层高进气值陶土板底座20)放入无气水中浸泡4小时；然后将上层高进气值陶土板底座13的第一止水凸台和下层高进气值陶土板底座20的第二止水凸台30内注满水气水，合上压力室外罩17，关闭气压管线泄压阀门2，打开气压管线进口阀门1，通过压力控制系统施加IOOkPa的气压；气压驱动上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上的水透过上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19，监测各自管路的体变管水位变化，直到上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上无存留的水。然后调整体变管的初始液位高度，使其全部处于刻度线的中部。完全饱和后的上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19具备在实验中透水不透气的功能。
[0031]制样和装样:土样的制备参考国家和行业的相关标准，或者根据实验设计的要求进行压实制样，通常上层土样11置于上层土样环刀10内，下层土样16置于下层土样环刀22内。称重上层土样11、下层土样16和对应上层土样环刀10、下层土样环刀22的湿重，根据制样的条件，计算试验前土样的含水量、孔隙比和饱和度等参数。
[0032]吸力施加:在本实施例中，上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上的上层土样11和下层土样16完全一致，且上、下层土样均不受外部荷载。设计时考虑土样可自由穿过任意两个压力室拉杆15之间，将土样放置在陶土板上，用手轻压土样环刀，确保土样和陶土板表面接触良好。合上压力室外罩17，关闭气压管线泄压阀门2，打开气压管线进口阀门I，通过气体压力控制系统施加第一级的吸力，即气压管线内的压力值等于标定后的压力传感器3的数值。需要说明的是，脱湿过程就是不断增加气体压力的过程，增湿过程就是减少不断气体压力的过程，试验中增湿和脱湿是根据非饱和土力学研究或试验目的而制定的，并无标准参考。在施加一定等级的吸力以后，体变管内的水位开始发生变化，如果上层土样11和下层土样16完全一致，第一左侧体变管23、第一右侧体变管24的水位变化与第二左侧体变管26、第二右侧体变管25的变化接近。由于吸力平衡过程时间较长，不可避免仍有少许气泡蓄积在陶土板下方的单向连通回形沟槽内，气泡的存在影响吸力是否平衡的判断，为此采用橡皮球在体变管一侧压气，促使气泡就随下部水一起进入另外一侧的体变管，冲刷气泡后，液面水位回复到平衡位置。土样达到吸力平衡，一般在7天左右。土样达到吸力平衡，表现为体变管液面不再发生变化。
[0033]土样质量和体积测量:吸力平衡以后，需要测量平衡后上层土样11和下层土样16的质量和体积，用于计算含水量和饱和度。测量方法是关闭气压管线进口阀门1，打开气压管线泄压阀门2，释放压力室内高压气体，然后移开压力室外罩17。用精度0.0Olg的电子天平直接称量上层土样11和下层土样16的重量，用精度为0.0lmm的卡尺测量土样的直径和高度。该测量方法适用于上、下层土样。
[0034]下一级吸力施加:上层土样11和下层土样16称量结束后，放到其各自的陶土板上，合上压力室外罩17，开始第二级吸力的施加。吸力的施加、气泡排除参照上述方法。后继吸力的施加根据研究需要进行增加或者减少气体压力，在后继吸力下土样达到平衡后，同样进行上述步骤的测量平衡后土样的质量和体积工作。如此循环，直到完成所设计的全部试验任务。
[0035]结果处理:将试验测得的数据通过简单计算绘制土水特征曲线:以控制的吸力为横坐标，以每一级控制吸力下测量或计算的含水量或饱和度为纵坐标，通过电子表格软件绘制成土水特征曲线。
[0036]实施例二:
[0037]具备如图1所示的装配后的双层压力板仪，其功能具备开展土水特征曲线试验。
[0038]与实施例一所不同的是在实施例二中，上层高进气值陶土板底座13上的上层土样11根据试验需要施加一定的外荷载，下层高进气值陶土板底座20上的下层土样16与实施例一相同，即不承受任何外荷载。
[0039]陶土板饱和:首先对上层高进气值陶土板底座13和下层高进气值陶土板底座20进行饱和。取下压力室外罩17，将压力板仪反力架结构体(包括压力室上盖7、压力室上盖锁紧螺母8、上层高进气值陶土板底座13、上层高进气值陶土板底座锁紧螺母14、压力室拉杆15、下层高进气值陶土板底座锁紧螺母18及下层高进气值陶土板底座20)放入无气水中浸泡4小时；然后将上层高进气值陶土板底座13的第一止水凸台和下层高进气值陶土板底座20的第二止水凸台30内注满水气水，合上压力室外罩17，关闭气压管线泄压阀门2，打开气压管线进口阀门1，通过压力控制系统施加IOOkPa的气压；气压驱动上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上的水透过上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19，监测各自管路的体变管水位变化，直到上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上无存留的水。然后调整体变管的初始液位高度，使其全部处于刻度线的中部。完全饱和后的上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19具备在实验中透水不透气的功能。
[0040]制样和装样:土样的制备参考国家和行业的相关标准，或者根据实验设计的要求进行压实制样，通常上层土样11置于上层土样环刀10内，下层土样16置于下层土样环刀22内。称重上层土样11、下层土样16和对应上层土样环刀10、下层土样环刀22的湿重，根据制样的条件，计算试验前土样的含水量、孔隙比和饱和度等参数。
[0041]轴向外荷载施加:固定测量压力室上盖传力杆5位移的位移传感器6于压力室上盖传力杆5上，用于测量压缩过程中的轴向变形。然后通过轴向力的外荷载单元4施加一定的轴向荷载，荷载通过压力室上盖传力杆5作用在金属透气板9上，最后作用在上层土样11上。如果位移数据变化非常小(具体参考土力学相关试验标准)，表明轴向外荷载作用下土样固结完成。
[0042]吸力施加:在本实施例中，上层高进气值陶土板12和下层高进气值陶土板19上的上层土样11和下层土样16完全一致，但上层土样11施加外荷载。设计时考虑土样可自由穿过任意两个压力室拉杆15之间，将土样放置在陶土板上，用手轻压土样环刀，确保土样和陶土板表面接触良好。合上压力室外罩17，关闭气压管线泄压阀门2，打开气压管线进口阀门1，通过气体压力控制系统施加第一级的吸力，即气压管线内的压力值等于标定后的压力传感器3的数值。需要说明的是，脱湿过程就是不断增加气体压力的过程，增湿过程就是减少不断气体压力的过程，试验中增湿和脱湿是根据非饱和土力学研究或试验目的而制定的，并无标准参考。在施加一定等级的吸力以后，体变管内的水位开始发生变化，如果上层土样11和下层土样16完全一致，第一左侧体变管23、第一右侧体变管24的水位变化与第二左侧体变管26、第二右侧体变管25的变化接近。由于吸力平衡过程时间较长，不可避免仍有少许气泡蓄积在陶土板下方的单向连通回形沟槽内，气泡的存在影响吸力是否平衡的判断，为此采用橡皮球在体变管一侧压气，促使气泡就随下部水一起进入另外一侧的体变管，冲刷气泡后，液面水位回复到平衡位置。土样达到吸力平衡，一般在7天左右。土样达到吸力平衡，表现为体变管液面不再发生变化。
[0043]土样质量和体积测量:吸力平衡以后，需要测量平衡后上层土样11和下层土样16的质量和体积，用于计算含水量和饱和度。测量方法是关闭气压管线进口阀门1，打开气压管线泄压阀门2，释放压力室内高压气体，解除上层土样11承受的外荷载，然后移开压力室外罩17。用精度0.0Olg的电子天平直接称量上层土样11和下层土样16的重量，用精度为
0.0lmm的卡尺测量土样的直径和高度。该测量方法适用于上、下层土样。
[0044]下一级吸力施加:上层土样11和下层土样16称量结束后，放到其各自的陶土板上，合上压力室外罩17,同时上层土样11仍施加相同的外荷载。开始第二级吸力的施加。吸力的施加、气泡排除参照上述方法。后继吸力的施加根据研究需要进行增加或者减少气体压力，在后继吸力下土样达到平衡后，同样进行上述步骤的测量平衡后土样的质量和体积工作。如此循环，直到完成所设计的全部试验任务。
[0045]结果处理:将试验测得的数据通过简单计算绘制土水特征曲线:以控制的吸力为横坐标，以每一级控制吸力下测量或计算的含水量或饱和度为纵坐标，通过电子表格软件绘制成土水特征曲线。
【权利要求】
1.一种测量土水特征曲线的双层压力板仪，其特征在于包括压力室支撑座，在压力室支撑座的上方设置有由压力室外罩、压力室上盖和下层高进气值陶土板底座组成的压力室，在压力室内设置有上层高进气值陶土板底座；所述压力室上盖、上层高进气值陶土板底座和下层高进气值陶土板底座通过压力室拉杆和锁紧螺母相连接；在所述上层高进气值陶土板底座的顶部设置有第一凹槽，在第一凹槽内设置有上层高进气值陶土板，在上层高进气值陶土板下方的上层高进气值陶土板底座上设置有上层单向连通回形沟槽，上层单向连通回形沟槽出水口和上层单向连通回形沟槽进水口分别与第二左侧体变管和第二右侧体变管相连通，在上层高进气值陶土板的上方设置有承装上层土样的上层土样环刀，在上层土样的上方、上层土样环刀内设置有金属透气板；在所述下层高进气值陶土板底座的顶部设置有第二凹槽，在第二凹槽内设置有下层高进气值陶土板，在下层高进气值陶土板下方的下层高进气值陶土板底座上设置有下层单向连通回形沟槽，下层单向连通回形沟槽出水口和下层单向连通回形沟槽进水口分别与第一左侧体变管和第一右侧体变管相连通，在下层高进气值陶土板的上方设置有承装下层土样的下层土样环刀；在所述压力室上盖上设置有通孔，压力室上盖传力杆的下端通过所述通孔设置在金属透气板的上方；在压力室上盖传力杆的侧方设置有位移传感器，所述压力室与气压管线相连通；在所述上层高进气值陶土板底座的第一凹槽的外缘上设置有第一止水凸台，在所述下层高进气值陶土板底座的第二凹槽的外缘上设置有第二止水凸台；在上层高进气值陶土板下方的上层高进气值陶土板底座上设置有上层连接孔，在下层高进气值陶土板下方的下层高进气值陶土板底座上设置有下层连接孔，所述上层连接孔与下层连接孔通过连接管相连接。
2.根据权利要求1所述的测量土水特征曲线的双层压力板仪，其特征在于在所述下层高进气值陶土板底座的顶部外缘设置有拉杆孔，所述压力室拉杆的下端设置在拉杆孔内，并通过下层高进气值陶土板底座锁紧螺母固定连接；在所述上层高进气值陶土板底座上设置有第一通孔，所述压力室拉杆的中部设置在所述第一通孔内，并通过上层高进气值陶土板底座锁紧螺母固定连接；在所述压力室上盖上设置有第二通孔，所述压力室拉杆的上端设置在所述第二通孔内，并通过压力室上盖锁紧螺母固定连接。
3.根据权利要求1所述的测量土水特征曲线的双层压力板仪，其特征在于在所述上层高进气值陶土板底座上、上层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第一排水口，所述第二左侧体变管和第二右侧体变管分别通过接头与所述第一排水口相连通。
4.根据权利要求1所述的测量土水特征曲线的双层压力板仪，其特征在于在所述下层高进气值陶土板底座上、下层单向连通回形沟槽的首尾位置处分别设置有第二排水口，所述第一左侧体变管和第一右侧体变管分别通过接头与所述第二排水口相连通。
【文档编号】G01N33/24GK103472206SQ201310425541
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】张希巍, 冯夏庭, 李元辉, 杨成祥, 徐荃, 陈天宇 申请人:东北大学
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