CN111982699A - 非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置 - Google Patents

非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置 Download PDF

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Abstract

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。

Description

非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置
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；
所述水气单元的结构是：
排气管的内端穿过顶盖、加压活塞、上金属透水石与上滤纸接触，排气管上设置有排气阀，排气管的外端与空气收集器相连，空气收集器上设有气体流量计和气体流速计；
排水管的内端穿过顶盖、加压活塞与上金属透水石的上表面接触，排水管的外端位于量筒上方，且排水管上设有排水阀；透明的进水管的内端穿过土样底座与下金属透水石的下表面接触，进水管上设有进水阀,进水管(305)的注水端高过排水管；
所述的数据采集单元的组成为：
数据采集器与气体流量计、气体流速计、压力计、吸力计和LVDT位移传感器电连接。
本发明的第二发明目的是提供一种使用上述非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行试验测试的方法，该方法能快速、方便的在同一土样上，原位测出其压缩特性及渗透特性，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。
本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种使用权利要求1所述的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行测试的试验方法，其步骤为：
A、压缩特性测试：
关闭进水阀、排水阀，开启排气阀；启动顶升机构，顶升机构的顶升杆按设定的顶升力向上顶升土样底座，非饱和土样的下表面受到向上的挤压力，非饱和土样上表面受到相等的加压活塞的约束力，从而被压缩；非饱和土样因被压缩所排出的气体通过排气管进入空气收集器；
数据采集器同步采集并记录空气收集器上的气体流量计、气体流速计、压力计、吸力计和LVDT位移传感器的数据；当气体流速计的数据稳定为0时，结束压缩试验；并保持顶升机构的顶升力不变，根据数据采集器采集的数据，得出非饱和土样的压缩特性；
B、渗透特性测试：
压缩试验结束后，关闭排气阀，打开进水阀、排水阀，通过进水管向非饱和土样注水；当排水管有水排出时，非饱和土样进入饱和状态；此时向进水管加水，使进水管的液面高于排水管的最高处，并记录此时进水管的液面与排水管最高处的高度差，记为初始高度h1；经过设定的时间t后，再测量并记录此时进水管的液面与排水管最高处的高度差，记为终止高度h2；最后根据瞬时达西定律，即可计算出非饱和土样的渗透系数k，
Figure BDA0002660131210000041
其中a为进水管的内腔截面积，L为压缩试验结束后的非饱和土样的高度，A为非饱和土样的横向截面积，lg(·)表示对数运算；
在渗透试验过程中，数据采集器也实时动态采集吸力计的数据，得到渗透过程中吸力的变化数据；
C、更换非饱和土样、调整顶升机构的顶升力，重复步骤A、B步的操作，得到不同土样、不同压力下非饱和土样的压缩特性和渗透特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明的装置在一个土样室单元上巧妙的结合、集成了压缩试验和渗透试验的结构；只需制作一个土样，在完成压缩试验后，在同一装置中，土样位置不动、压力不变的情况下，原位完成土样的渗透试验；一个装置、一次连续试验，原位依次测出压缩特性和渗透特性。较之，制作两个试样、分别放入压缩装置和渗透装置、分别进行压缩试验和渗透试验，或者把压缩后的土样取出，再另放入渗透装置进行渗透试验；本发明的测试成本大幅减低，其操作简单、方便。
二、现有技术是两个土样分别进行压缩试验和渗透试验，难以保证两个土样的压实度等特性的一致；用一个土样先进行压缩测试，再取出、转移至渗透测试装置进行渗透测试、土样在取出后、压力消失，土样会回弹，其压实度等特性也会发生变化；均会导致渗透测试的误差大。而本发明在完成压缩试验后，同一装置中的同一土样，位置不动、压力不变的情况下，原位完成土样的渗透试验，保证了渗透试验和压缩试验的土样及压力的完全一致；其测出的试验数据误差小，可靠性高，能对地基或路基的抗沉降、抗渗透设计提供更加可靠的试验依据；从而能更好的保证路基和地基的安全。
三、本发明的吸力计主***于加压活塞中部通孔内，顶升机构的顶升力不能直接作用在吸力计上，避免了顶升力对吸力计的挤压、损伤；同时吸力计的端头穿过上金属透水石通过柔性的上滤纸与土样上表面接触，又能很好的检测出非饱和土吸力(液相和固相的作用力)。从而在测试压缩特性和渗透特性时，还能同步测出压缩和渗透过程中吸力的变化，进而为探究土样压缩和渗透的相关机理提供更多、更全的试验数据。
进一步，本发明的一种非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，还设有温度控制单元，所述的温度控制单元的具体结构为：
环刀的外周包裹有螺旋管，螺旋管的外周包裹保温层；螺旋管的两端分别与液体控温箱的硅油出油端和硅油回油端连接。
进一步，使用本发明的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行测试的试验方法，其步骤为：
A、压缩特性测试：
开启液体控温箱、并将控温温度设置为设定的温度定值或设定的正弦变化的温度；关闭进水阀、排水阀，开启排气阀；启动顶升机构，顶升机构的顶升杆按设定的顶升力向上顶升土样底座，非饱和土样的下表面受到向上的挤压力，非饱和土样上表面受到相等的加压活塞的约束力，从而被压缩；非饱和土样因被压缩所排出的气体通过排气管进入空气收集器；
数据采集器同步采集并记录空气收集器上的气体流量计、气体流速计、压力计、吸力计和LVDT位移传感器的数据；当气体流速计的数据稳定为0时，结束压缩试验；根据数据采集器采集的数据，得出设定温度条件下的非饱和土样的压缩特性；
B、渗透特性测试：
压缩试验结束后，并保持顶升机构的顶升力，和液体控温箱的工作状态，关闭排气阀，打开进水阀、排水阀，通过进水管向非饱和土样注水；当排水管有水排出时，非饱和土样进入饱和状态；此时向进水管加水，使进水管的液面高于排水管的最高处，并记录此时进水管的液面与排水管最高处的高度差，记为初始高度h1；经过设定的时间t后，再测量并记录此时进水管的液面与排水管最高处的高度差，记为终止高度h2；并根据瞬时达西定律，计算出设定温度条件下的非饱和土样的渗透系数k，
Figure BDA0002660131210000061
其中a为进水管的内腔截面积，L为压缩试验结束后的非饱和土样的高度，A为非饱和土样的横向截面积，lg(·)表示对数运算；
在渗透试验过程中，数据采集器也实时动态采集吸力计的数据，得到设定温度条件下的渗透过程中吸力的变化数据；
C、更换非饱和土样、改变顶升机构的顶升力和液体控温箱的控温温度设置；重复步骤A、B步的操作，得到不同土样、不同压力、不同温度条件下的非饱和土样的压缩特性和渗透特性。
这样，本发明通过液体控温箱将非饱和土样的温度，控制在预设的温度定值或设定的正弦规律变化的温度，从而得出非饱和土样的温度与其压缩、渗透特性的关系，还能模拟不同地区一天24小时、一年四季呈正弦规律变化的温度对非饱和土的压缩、渗透特性的影响；进而为不同温度及不同温度变化规律地区的地基或路基的抗沉降、抗渗透设计，提供更可靠、更全面的试验依据；从而能更好的保证路基和地基的安全。也为非饱和土的压缩和渗透的相关机理探究提供更多、更全的试验数据。
下面结合附图和具体实施方式本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例1的试验装置的结构示意图。
图2为本发明实施例2的试验装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
图1示出，本发明的一种具体实施方式是，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101内设有顶升机构102，顶升机构102的顶升杆102a向上穿过基台101与土样底座203相连，且顶升杆102a上串接LVDT位移传感器102b；所述的基台101两侧固定有立杆103，立杆103的顶部间连有横向的反力梁104，反力梁104的中部依次通过连接杆105、压力计106与传力杆107的上端接触；所述的传力杆107的下端穿过顶盖201的中部通孔与加压活塞108的顶部相连；
所述的土样室单元的结构为：
土样底座203上设置有环刀204，环刀204内从下至上依次设置有下金属透水石205a、下滤纸206a、非饱和土样207、上滤纸206b、上金属透水石205b；所述的环刀204顶部盖有顶盖201，顶盖201的底面设有直径与环刀204内径相同的圆形的凹槽，且环刀204内壁与顶盖201的凹槽壁对齐；所述的顶盖201还通过两侧竖向的螺杆202固定在土样底座203上；所述的环刀204壁的底部与土样底座203间、环刀204壁的顶部与顶盖201间，皆设有环形的橡胶密封垫209；
所述的加压活塞108内套于环刀204的上部，其底面与上金属透水石205b接触、顶面与环刀204的顶面齐平；所述的加压活塞108的中部设有中部通孔，中部通孔内设有吸力计208，且吸力计208的下端穿过上金属透水石205b与上滤纸206b接触；
所述水气单元的结构是：
排气管301的内端穿过顶盖201、加压活塞108、上金属透水石205b与上滤纸206b接触，排气管301上设置有排气阀301a，排气管301的外端与空气收集器302相连，空气收集器302上设有气体流量计302a和气体流速计302b；
排水管303的内端穿过顶盖201、加压活塞108与上金属透水石205b的上表面接触，排水管303的外端位于量筒304上方，且排水管303上设有排水阀303a；透明的进水管305的内端穿过土样底座203与下金属透水石205a的下表面接触，进水管305上设有进水阀305a,进水管305的注水端高过排水管303；
所述的数据采集单元的组成为：
数据采集器501与气体流量计302a、气体流速计302b、压力计106、吸力计108和LVDT位移传感器102b电连接。
使用本例的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行测试的试验方法，其步骤为：
A、压缩特性测试：
关闭进水阀305a、排水阀303a，开启排气阀301a；启动顶升机构102，顶升机构102的顶升杆102a按设定的顶升力向上顶升土样底座203，非饱和土样207的下表面受到向上的挤压力，非饱和土样207上表面受到相等的加压活塞108的约束力，从而被压缩；非饱和土样207因被压缩所排出的气体通过排气管301进入空气收集器302；
数据采集器501同步采集并记录空气收集器302上的气体流量计302a、气体流速计302b、压力计106、吸力计108和LVDT位移传感器的数据；当气体流速计302b的数据稳定为0时，结束压缩试验；根据数据采集器501采集的数据，得出非饱和土样207的压缩特性；
B、渗透特性测试：
压缩试验结束后，保持顶升机构102的顶升力不变，关闭排气阀301a，打开进水阀305a、排水阀303a，通过进水管30 1向非饱和土样207注水；当排水管303有水排出时，非饱和土样207进入饱和状态；此时向进水管305加水，使进水管305的液面高于排水管303的最高处，并记录此时进水管305的液面与排水管303最高处的高度差，记为初始高度h1；经过设定的时间t后，再测量并记录此时进水管305的液面与排水管303最高处的高度差，记为终止高度h2；最后根据瞬时达西定律，即可计算出非饱和土样207的渗透系数k，
Figure BDA0002660131210000101
其中a为进水管305的内腔截面积，L为压缩试验结束后的非饱和土样207的高度，A为非饱和土样207的横向截面积，lg(·)表示对数运算；
在渗透试验过程中，数据采集器501也实时动态采集吸力计108的数据，得到渗透过程中吸力的变化数据；
C、更换非饱和土样207、调整顶升机构102的顶升力，重复步骤A、B步的操作，得到不同土样、不同压力下非饱和土样207的压缩特性和渗透特性。
实施例2
本例的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置与实施例1基本相同，不同的仅仅是：还设有温度控制单元，所述的温度控制单元的具体结构为：
环刀204的外周包裹有螺旋管401，螺旋管401的外周包裹保温层403；螺旋管401的两端分别与液体控温箱402的硅油出油端和硅油回油端连接。
使用本例的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行测试的试验方法，其步骤为：
A、压缩特性测试：
开启液体控温箱402、并将控温温度设置为设定的温度定值或设定的正弦变化的温度；关闭进水阀305a、排水阀303a，开启排气阀301a；启动顶升机构102，顶升机构102的顶升杆102a按设定的顶升力向上顶升土样底座203，非饱和土样207的下表面受到向上的挤压力，非饱和土样207上表面受到相等的加压活塞108的约束力，从而被压缩；非饱和土样207因被压缩所排出的气体通过排气管301进入空气收集器302；
数据采集器501同步采集并记录空气收集器302上的气体流量计302a、气体流速计302b、压力计106、吸力计108和LVDT位移传感器的数据；当气体流速计302b的数据稳定为0时，结束压缩试验；根据数据采集器501采集的数据，得出设定温度条件下的非饱和土样207的压缩特性；
B、渗透特性测试：
压缩试验结束后，并保持顶升机构102的顶升力，和液体控温箱402的工作状态，关闭排气阀301a，打开进水阀305a、排水阀303a，通过进水管30 1向非饱和土样207注水；当排水管303有水排出时，非饱和土样207进入饱和状态；此时向进水管305加水，使进水管305的液面高于排水管303的最高处，并记录此时进水管305的液面与排水管303最高处的高度差，记为初始高度h1；经过设定的时间t后，再测量并记录此时进水管305的液面与排水管303最高处的高度差，记为终止高度h2；并根据瞬时达西定律，计算出设定温度条件下的非饱和土样207的渗透系数k，
Figure BDA0002660131210000111
其中a为进水管305的内腔截面积，L为压缩试验结束后的非饱和土样207的高度，A为非饱和土样207的横向截面积，lg(·)表示对数运算；
在渗透试验过程中，数据采集器501也实时动态采集吸力计108的数据，得到设定温度条件下的渗透过程中吸力的变化数据；
C、更换非饱和土样207、改变顶升机构102的顶升力和液体控温箱402的控温温度设置；重复步骤A、B步的操作，得到不同土样、不同压力、不同温度条件下的非饱和土样207的压缩特性和渗透特性。

Claims (4)

1.一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(101)内设有顶升机构(102)，顶升机构(102)的顶升杆(102a)向上穿过基台(101)与土样底座(203)相连，且顶升杆(102a)上串接LVDT位移传感器(102b)；所述的基台(101)两侧固定有立杆(103)，立杆(103)的顶部间连有横向的反力梁(104)，反力梁(104)的中部依次通过连接杆(105)、压力计(106)与传力杆(107)的上端接触；所述的传力杆(107)的下端穿过顶盖(201)的中部通孔与加压活塞(108)的顶部相连；
所述的土样室单元的结构为：
土样底座(203)上设置有环刀(204)，环刀(204)内从下至上依次设置有下金属透水石(205a)、下滤纸(206a)、非饱和土样(207)、上滤纸(206b)、上金属透水石(205b)；所述的环刀(204)顶部盖有顶盖(201)，顶盖(201)的底面设有直径与环刀(204)内径相同的圆形的凹槽，且环刀(204)内壁与顶盖(201)的凹槽壁对齐；所述的顶盖(201)还通过两侧竖向的螺杆(202)固定在土样底座(203)上；所述的环刀(204)壁的底部与土样底座(203)间、环刀(204)壁的顶部与顶盖(201)间，皆设有环形的橡胶密封垫(209)；
所述的加压活塞(108)内套于环刀(204)的上部，其底面与上金属透水石(205b)接触、顶面与环刀(204)的顶面齐平；所述的加压活塞(108)的中部设有中部通孔，中部通孔内设有吸力计(208)，且吸力计(208)的下端穿过上金属透水石(205b)与上滤纸(206b)接触；
所述水气单元的结构是：
排气管(301)的内端穿过顶盖(201)、加压活塞(108)、上金属透水石(205b)与上滤纸(206b)接触，排气管(301)上设置有排气阀(301a)，排气管(301)的外端与空气收集器(302)相连，空气收集器(302)上设有气体流量计(302a)和气体流速计(302b)；
排水管(303)的内端穿过顶盖(201)、加压活塞(108)与上金属透水石(205b)的上表面接触，排水管(303)的外端位于量筒(304)上方，且排水管(303)上设有排水阀(303a)；透明的进水管(305)的内端穿过土样底座(203)与下金属透水石(205a)的下表面接触，进水管(305)上设有进水阀(305a),进水管(305)的注水端高过排水管(303)；
所述的数据采集单元的组成为：
数据采集器(501)与气体流量计(302a)、气体流速计(302b)、压力计(106)、吸力计(108)和LVDT位移传感器(102b)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，其特征在于，还设有温度控制单元，所述的温度控制单元的具体结构为：
环刀(204)的外周包裹有螺旋管(401)，螺旋管(401)的外周包裹保温层(403)；螺旋管(401)的两端分别与液体控温箱(402)的硅油出油端和硅油回油端连接。
3.一种使用权利要求1所述的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行测试的试验方法，其步骤为：
A、压缩特性测试：
关闭进水阀(305a)、排水阀(303a)，开启排气阀(301a)；启动顶升机构(102)，顶升机构(102)的顶升杆(102a)按设定的顶升力向上顶升土样底座(203)，非饱和土样(207)的下表面受到向上的挤压力，非饱和土样(207)上表面受到相等的加压活塞(108)的约束力，从而被压缩；非饱和土样(207)因被压缩所排出的气体通过排气管(301)进入空气收集器(302)；
数据采集器(501)同步采集并记录空气收集器(302)上的气体流量计(302a)、气体流速计(302b)、压力计(106)、吸力计(108)和LVDT位移传感器的数据；当气体流速计(302b)的数据稳定为0时，结束压缩试验；根据数据采集器(501)采集的数据，得出非饱和土样(207)的压缩特性；
B、渗透特性测试：
压缩试验结束后，保持顶升机构(102)的顶升力不变，关闭排气阀(301a)，打开进水阀(305a)、排水阀(303a)，通过进水管(30 1)向非饱和土样(207)注水；当排水管(303)有水排出时，非饱和土样(207)进入饱和状态；此时向进水管(305)加水，使进水管(305)的液面高于排水管(303)的最高处，并记录此时进水管(305)的液面与排水管(303)最高处的高度差，记为初始高度h1；经过设定的时间t后，再测量并记录此时进水管(305)的液面与排水管(303)最高处的高度差，记为终止高度h2；最后根据瞬时达西定律，即可计算出非饱和土样(207)的渗透系数k，
Figure FDA0002660131200000031
其中a为进水管(305)的内腔截面积，L为压缩试验结束后的非饱和土样(207)的高度，A为非饱和土样(207)的横向截面积，lg(·)表示对数运算；
在渗透试验过程中，数据采集器(501)也实时动态采集吸力计(108)的数据，得到渗透过程中吸力的变化数据；
C、更换非饱和土样(207)、调整顶升机构(102)的顶升力，重复步骤A、B步的操作，得到不同土样、不同压力下非饱和土样(207)的压缩特性和渗透特性。
4.一种使用权利要求2所述的非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置，对非饱和土的压缩特性及渗透特性进行测试的试验方法，其步骤为：
A、压缩特性测试：
开启液体控温箱(402)、并将控温温度设置为设定的温度定值或设定的正弦变化的温度；关闭进水阀(305a)、排水阀(303a)，开启排气阀(301a)；启动顶升机构(102)，顶升机构(102)的顶升杆(102a)按设定的顶升力向上顶升土样底座(203)，非饱和土样(207)的下表面受到向上的挤压力，非饱和土样(207)上表面受到相等的加压活塞(108)的约束力，从而被压缩；非饱和土样(207)因被压缩所排出的气体通过排气管(301)进入空气收集器(302)；
数据采集器(501)同步采集并记录空气收集器(302)上的气体流量计(302a)、气体流速计(302b)、压力计(106)、吸力计(108)和LVDT位移传感器的数据；当气体流速计(302b)的数据稳定为0时，结束压缩试验；根据数据采集器(501)采集的数据，得出设定温度条件下的非饱和土样(207)的压缩特性；
B、渗透特性测试：
压缩试验结束后，并保持顶升机构(102)的顶升力和液体控温箱(402)的工作状态，关闭排气阀(301a)，打开进水阀(305a)、排水阀(303a)，通过进水管(305)向非饱和土样(207)注水；当排水管(303)有水排出时，非饱和土样(207)进入饱和状态；此时向进水管(305)加水，使进水管(305)的液面高于排水管(303)的最高处，并记录此时进水管(305)的液面与排水管(303)最高处的高度差，记为初始高度h1；经过设定的时间t后，再测量并记录此时进水管(305)的液面与排水管(303)最高处的高度差，记为终止高度h2；并根据瞬时达西定律，计算出设定温度条件下的非饱和土样(207)的渗透系数k，其中a为进水管(305)的内腔截面积，L为压缩试验结束后的非饱和土样(207)的高度，A为非饱和土样(207)的横向截面积，lg(·)表示对数运算；
在渗透试验过程中，数据采集器(501)也实时动态采集吸力计(108)的数据，得到设定温度条件下的渗透过程中吸力的变化数据；
C、更换非饱和土样(207)、改变顶升机构(102)的顶升力和液体控温箱(402)的控温温度设置；重复步骤A、B步的操作，得到不同土样、不同压力、不同温度条件下的非饱和土样(207)的压缩特性和渗透特性。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112540037A (zh) * 2020-12-18 2021-03-23 中山大学 一种渗透性实验设备、渗透性实验方法
CN112697611A (zh) * 2020-12-07 2021-04-23 西南交通大学 考虑土体胀缩行为的桩土界面抗剪强度试验装置及其方法
CN113176391A (zh) * 2021-03-29 2021-07-27 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 土壤测试装置
CN113203671A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 长安大学 一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法
CN113252550A (zh) * 2021-05-26 2021-08-13 中国铁路设计集团有限公司 一种路基填料压缩测试仪及其使用方法
CN113514347A (zh) * 2021-05-14 2021-10-19 长安大学 一种孔内原位剪切测试装置及测试方法
US20220228464A1 (en) * 2020-08-06 2022-07-21 Guangzhou Institute Of Energy Conversion, Chinese Academy Of Sciences Device for measuring stratum deformation during natural gas hydrate exploitation
CN115493985A (zh) * 2022-09-23 2022-12-20 浙江大学 一种超重力温控变水头渗流试验装置及方法
CN117191666A (zh) * 2023-09-08 2023-12-08 中南大学 一种考虑热-化耦合影响的压实膨润土膜效应测试装置

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102221601A (zh) * 2011-06-08 2011-10-19 上海大学 温控式非饱和土固结仪
CN102445528A (zh) * 2010-09-10 2012-05-09 香港科技大学 湿度和渗透吸力控制的非饱和土综合试验仪
CN102539244A (zh) * 2012-02-21 2012-07-04 上海大学 一种非饱和土各向等压固结试验装置
CN103226081A (zh) * 2013-04-08 2013-07-31 西安理工大学 一种非饱和土的真三轴仪
CN104964878A (zh) * 2015-07-14 2015-10-07 中国科学院武汉岩土力学研究所 非饱和土多场耦合的三轴试验***及其方法
CN204789161U (zh) * 2015-06-17 2015-11-18 昆明理工大学 一种用于测试土体固结变形及渗透系数的一维渗压仪
CN204789158U (zh) * 2015-07-14 2015-11-18 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种非饱和土多场耦合的三轴试验装置
CN206573380U (zh) * 2017-03-08 2017-10-20 河南理工大学 煤岩三轴蠕变渗流试验***
CN107389473A (zh) * 2017-07-21 2017-11-24 武汉轻工大学 非饱和土抗剪切强度参数的测定方法及专用直剪仪
CN107576562A (zh) * 2017-10-19 2018-01-12 南京泰克奥科技有限公司 一种多场耦合真三轴测试***及其试验方法
CN107941604A (zh) * 2018-01-10 2018-04-20 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种含气土的固结试验装置及试验方法
CN109342150A (zh) * 2018-12-19 2019-02-15 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置及方法
CN109443928A (zh) * 2018-12-19 2019-03-08 北京科技大学 工业ct机配套便携式岩土力学实时加载试验装置
CN208736779U (zh) * 2018-08-20 2019-04-12 郑州大学 一种三联式饱和黏性土常水头渗流试验装置
CN209327074U (zh) * 2018-12-19 2019-08-30 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置
CN110608953A (zh) * 2019-10-18 2019-12-24 中铁第一勘察设计院集团有限公司 三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***
CN111504871A (zh) * 2019-12-11 2020-08-07 南通市飞宇石油科技开发有限公司 一种岩体裂隙非饱和渗流试验***
CN211955145U (zh) * 2020-05-06 2020-11-17 西安理工大学 非饱和土水气运动联合测定三轴仪水相体积和压力控制器

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102445528A (zh) * 2010-09-10 2012-05-09 香港科技大学 湿度和渗透吸力控制的非饱和土综合试验仪
CN102221601A (zh) * 2011-06-08 2011-10-19 上海大学 温控式非饱和土固结仪
CN102539244A (zh) * 2012-02-21 2012-07-04 上海大学 一种非饱和土各向等压固结试验装置
CN103226081A (zh) * 2013-04-08 2013-07-31 西安理工大学 一种非饱和土的真三轴仪
CN204789161U (zh) * 2015-06-17 2015-11-18 昆明理工大学 一种用于测试土体固结变形及渗透系数的一维渗压仪
CN104964878A (zh) * 2015-07-14 2015-10-07 中国科学院武汉岩土力学研究所 非饱和土多场耦合的三轴试验***及其方法
CN204789158U (zh) * 2015-07-14 2015-11-18 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种非饱和土多场耦合的三轴试验装置
CN206573380U (zh) * 2017-03-08 2017-10-20 河南理工大学 煤岩三轴蠕变渗流试验***
CN107389473A (zh) * 2017-07-21 2017-11-24 武汉轻工大学 非饱和土抗剪切强度参数的测定方法及专用直剪仪
CN107576562A (zh) * 2017-10-19 2018-01-12 南京泰克奥科技有限公司 一种多场耦合真三轴测试***及其试验方法
CN107941604A (zh) * 2018-01-10 2018-04-20 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种含气土的固结试验装置及试验方法
CN208736779U (zh) * 2018-08-20 2019-04-12 郑州大学 一种三联式饱和黏性土常水头渗流试验装置
CN109342150A (zh) * 2018-12-19 2019-02-15 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置及方法
CN109443928A (zh) * 2018-12-19 2019-03-08 北京科技大学 工业ct机配套便携式岩土力学实时加载试验装置
CN209327074U (zh) * 2018-12-19 2019-08-30 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置
CN110608953A (zh) * 2019-10-18 2019-12-24 中铁第一勘察设计院集团有限公司 三轴试验土单元中心位置孔隙水压力测试***
CN111504871A (zh) * 2019-12-11 2020-08-07 南通市飞宇石油科技开发有限公司 一种岩体裂隙非饱和渗流试验***
CN211955145U (zh) * 2020-05-06 2020-11-17 西安理工大学 非饱和土水气运动联合测定三轴仪水相体积和压力控制器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WAN-HUAN ZHOU 等: "A simple analytical solution to one-dimensional consolidation for unsaturated soils", 《INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL AND ANALYTICAL METHODS IN GEOMECHANICS》 *
李顺群 等: "轴平移技术的局限性和误差分析", 《岩土力学》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11795785B2 (en) * 2020-08-06 2023-10-24 Guangzhou Institute Of Energy Conversion, Chinese Academy Of Sciences Device for measuring stratum deformation during natural gas hydrate exploitation
US20220228464A1 (en) * 2020-08-06 2022-07-21 Guangzhou Institute Of Energy Conversion, Chinese Academy Of Sciences Device for measuring stratum deformation during natural gas hydrate exploitation
CN112697611A (zh) * 2020-12-07 2021-04-23 西南交通大学 考虑土体胀缩行为的桩土界面抗剪强度试验装置及其方法
CN112697611B (zh) * 2020-12-07 2022-03-25 西南交通大学 考虑土体胀缩行为的桩土界面抗剪强度试验装置及其方法
CN112540037A (zh) * 2020-12-18 2021-03-23 中山大学 一种渗透性实验设备、渗透性实验方法
CN112540037B (zh) * 2020-12-18 2022-05-20 中山大学 一种渗透性实验设备、渗透性实验方法
CN113176391A (zh) * 2021-03-29 2021-07-27 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 土壤测试装置
CN113203671A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 长安大学 一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法
CN113203671B (zh) * 2021-04-30 2024-03-01 长安大学 一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法
CN113514347A (zh) * 2021-05-14 2021-10-19 长安大学 一种孔内原位剪切测试装置及测试方法
CN113514347B (zh) * 2021-05-14 2023-05-19 长安大学 一种孔内原位剪切测试装置及测试方法
CN113252550A (zh) * 2021-05-26 2021-08-13 中国铁路设计集团有限公司 一种路基填料压缩测试仪及其使用方法
CN115493985B (zh) * 2022-09-23 2024-02-27 浙江大学 一种超重力温控变水头渗流试验装置及方法
CN115493985A (zh) * 2022-09-23 2022-12-20 浙江大学 一种超重力温控变水头渗流试验装置及方法
CN117191666A (zh) * 2023-09-08 2023-12-08 中南大学 一种考虑热-化耦合影响的压实膨润土膜效应测试装置
CN117191666B (zh) * 2023-09-08 2024-05-24 中南大学 一种考虑热-化耦合影响的压实膨润土膜效应测试装置

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