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原文传递基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线同步测量方法

专利名称：	基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线同步测量方法
摘要：	本发明涉及一种基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法，包括1）制备饱和土试样并测其渗透系数；2）选用陶土板，测量陶土板的饱和渗透系数；3）根据饱和土样的渗透系数与饱和陶土板渗透系数的比例关系，确定饱和土试样横截面面积；将最小进气值的陶土板和饱和土试样装入压力板仪中，施加小于陶土板进气值的不同基质吸力，测量溢出水的质量和平衡时间，计算不同基质吸力下非饱和土试样的渗透系数；5）绘制横轴是基质吸力，纵轴为非饱和土试样的渗透系数的关系图。本发明不仅有利于非饱和土渗透系数的测定、而且对研究非饱和土的其它方面有着重要的意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	湖北工业大学
发明人：	陶高梁;李奕;吴巍;罗晨晨;李梓月;赵蔚;雷达;匡航
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910650052.6
公开号：	CN110261279A
代理机构：	武汉宇晨专利事务所
代理人：	余晓雪;王敏锋
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	430068 湖北省武汉市武昌南湖李家墩一村一号
主权项：	1.一种基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： 1)制备饱和土试样，用变水头法测得饱和土样的渗透系数k1； 2)选用一系列不同进气值的陶土板，所述陶土板的进气值从小到大按照ψa1，ψa2，……，ψan命名；采用压力板仪试验测量进气值最小的的陶土板的饱和渗透系数k2； 3)根据饱和土样的渗透系数k1与饱和陶土板渗透系数k2的比例关系，确定出饱和土试样横截面面积A1；将最小进气值ψa1的陶土板和饱和土试样装入压力板仪中，施加小于陶土板进气值ψa1的不同基质吸力ψ，测量溢出水的质量和平衡时间，根据达西定律计算在0～ψa1范围内不同基质吸力下非饱和土试样的渗透系数k，所述ψa1>ψ>0； 5)绘制横轴为0～ψa1范围内是基质吸力ψ，纵轴为非饱和土试样的渗透系数k的关系图，进而同步测量得到非饱和土水特征曲线以及非饱和土渗透系数。 2.根据权利要求1所述的基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：将所取的土样进行晾晒后碾碎、过筛，喷水润湿搅拌后，静置待水分迁移均匀；制备不同初始干密度的N份试样，一份试样对应一个已知初始干密度；N份试样均在相同条件下抽真空至饱和，直至N份饱和试样制备完成；用变水头法分别测得不同干密度土样所对应的饱和渗透系数；选定其中一种已知干密度的土样，把该种干密度对应的渗透系数作为k1。 3.根据权利要求2所述的基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：在实验开始前的准备阶段，准备好一系列大小相同、进气值不同的陶土板，进气值从小到大按照ψa1，ψa2，……，ψan命名；从其中拿出进气值为ψa1的陶土板，放入中软水中，使其充分饱和；从水中拿出陶土板后，称取该陶土板重量，测出陶土板的内径d，高度h2和面积A2；将陶土板放入压力板仪安装好，倒入一定量的水使水位没过陶土板一定高度，仪器安装完毕，用压力板仪对陶土板施加基质吸力ψ，每隔1h读一次数，记录管内水位变化，根据达西定律算出每段时间的渗透系数，取平均值作为k2；式中： k2—饱和陶土板的渗透系数； Q—通过陶土板横截面积A的总流量； t—时间； A2—陶土板的横截面积； i—水力梯度，也表示单位渗流长度上的水头损失；其中i的函数表达式是：其中：式中： i—水力梯度； Δh—经过渗流长度L的水头损失，即常水头差； L—渗流长度，即陶土板的高度h2； ψ—基质吸力； ρ—水的密度； g—重力加速度，取9.8N/Kg。 4.根据权利要求3所述的基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：根据饱和土样的渗透系数k1与饱和陶土板渗透系数k2的比例关系，确定土样横截面面积A1，保证水分溢出平衡时间由土样控制；用横截面积A1的小型空心金属圆柱体制备土样，放在已经进气值为ψa1的陶土板上，对已知干密度的试样逐级施加不同的基质吸力ψ，所述ψa1>ψ>0；在到达陶土板的进气值ψa1之前，所施加的基质吸力依次从小到大，间隔为10kpa，以10kpa的基质吸力依次叠加，并且保证叠加后的基质吸力ψ不超过选用陶土板的进气值ψa1；土样发生渗透，待试样稳定后，准确读出压力板仪刻度管上的数值，根据达西定律计算出此时的渗透系数，即可认为此时的渗透系数为该基质吸力下的非饱和土试样的渗透系数。 5.根据权利要求4所述的基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法，其特征在于：所述饱和土试样横截面面积A1的确定方式是：式中： Q1—单位时间内土样渗流量； A1—土样的横截面积； k1—饱和土样的渗透系数； Q2—单位时间内陶土板渗流量； A2—陶土板的横截面积； k2—饱和陶土板的渗透系数； t—单位时间； i—水力梯度，为定值。 6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法，其特征在于：所述基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法在步骤3)和步骤5)之间还包括： 4)选择更换更大进气值ψa2的陶土板，所述ψa2>ψa1，对原土样再次施加不同的基质吸力ψ，所述ψa2>ψ>ψa1，测量溢出水的质量和平衡时间，根据达西定律计算在ψa1～ψa2范围内不同基质吸力对应的不同的非饱和土渗透系数k；以此类推，更换进气值ψan的陶土板，所述ψan>ψa(n-1)>……>ψ1，对原土样再次施加不同的基质吸力ψ，所述ψan>ψ>ψa(n-1)，测量溢出水的质量和平衡时间，根据达西定律计算在ψa(n-1)～ψan范围内不同基质吸力下非饱和土的渗透系数k。 7.根据权利要求6所述的基于轴平移的非饱和土渗透系数和土水特征曲线的同步测量方法，其特征在于：所述步骤5)的具体实现方式是：绘制横轴为0～ψan范围内的基质吸力ψ，纵轴为非饱和土渗透系数k的关系图，进而同步测量得到非饱和土水特征曲线以及非饱和土渗透系数。
所属类别：	发明专利