SDSWCC-土水特征曲线压力板仪实验教程

SDSWCC 土水特征曲线压力板仪实验教程  实验理论： 土水特征曲线是非饱和土中的吸力与含水量之间关系的曲线。吸力可以是基质吸力也可以是总吸力。含水量可以是体积含水量、重力含水量，也可以是饱和度。它包含两条曲线分别是脱湿曲线和吸湿曲线。 通过Geo-­‐expert的压力板仪，可以得到基质吸力与体积含水量之间关系的土水特征曲线。 基质吸力：Matric suction （ua-­‐uw）孔隙气压与孔隙水压的差值。目前模拟基质吸力的方式有三种，按照可获得的吸力的范围可分为轴平移技术（0.1kPa-­‐1.5Mpa），渗透技术（0.1-­‐10Mpa）,蒸汽平衡技术（10-­‐200Mpa）。Geo-­‐expert 的一维SDSWCC压力板仪采用轴平移技术，将孔隙水压平移到0值，直接通过孔隙气压的变化来控制基质吸力值。 脱湿，土体在不同吸力作用下（通常吸力从小到大变化），水从土体中排出来的过程；吸湿，土体在不同吸力作用（通常吸力从大到小变化），慢慢吸进水分的过程。 SDSWCC可直接测得土壤中的出水值，再通过实验之前测得饱和样的质量，换算出不同吸力平衡后的体积含水量，最后根据脱湿、吸湿下吸力值和对应的体积含水量可作出土水特征曲线。 SDSWCC与传统土水特征曲线获得装置的最大不同点是采用了香港科技大学吴宏伟教授的最新成果，加入轴向力的独立控制, 实现了stress dependant功能。  以下是典型的土水特征曲线：  土水特征曲线有以下特点 1. 整体来看，几乎所有土-­‐水特征曲线形状都很相似，基质吸力增加，非饱和土的含水量降低。 2. 含水量较低时，基质吸力随含水量的变化较大；含水量较高时，基质吸力随含水量的增加较缓和的减小。 3. 脱湿曲线和吸湿曲线之间有一定的滞回特性,有很多种解释，最为大家接受的是由于土体内的孔隙特殊性，如下图所示（左边为脱湿过程，右边为脱湿过程），土体孔隙空间内部有较大的孔隙，连接较小的通道孔径，形成“瓶颈”效应。脱湿、吸湿时由于运动方向不同使含水量变化出现滞后。  4. 土水特征曲线的特殊点 进气值, 土体随着吸力的增加，水分开始从土体中排出来时对应的吸力值。 残余含水量，土随着吸力的增加，不再有水从土体中排出来，此时对应的含水量 实验设备组成   实验步骤：  1. 饱和陶土板  可以将底座整体抽真空饱和；也可以通过压力板仪进行饱和，方法是在陶土板表面铺上无气水，从上往下用与陶土板进气值接近的气压来施加压力，直到陶土板下方连出的管路几乎没有气泡产生时为止，此时饱和完成。 2. 试样的准备  原状试样的制作，要按规定切削土样，并合理存放，减少水分流失；重塑土样，按照实验所需的干密度和含水量来制备，通过烘干、碾散、称量、加水拌合和压实制好土样，并合理存放。 3. 试样的饱和  原状样和重塑样都要进行饱和。通过真空饱和器完成，先加小真空，用无气水饱和透水石至少30分钟。再用透水石加滤纸夹持试样放入，真空饱和器中，加真空饱和约48小时后，观察到没有明显气泡时，饱和完成。 4. 预固结   即给土样施加一个要求的轴向应力（需要修正计算）。 5. 脱湿和吸湿  逐步增大或减小吸力值，已达到含水量的变化。整个过程中的原则是：实验时，土样中的水分只有单一流向，水只能留到不承压的自由端水平管中；注意不要让水流出水平管，流出之前将水吸入右边的量管中；将气泡通过冲刷引入集气瓶中，并排出。 实验难点及技巧：  冲刷 冲刷是通过洗耳球分别在左右量筒中施加小压力，让气泡在管路中移动，最后搜集到集气瓶中的过程。冲刷前后需要记录两边量筒的读数，有时需要重复好多次，必要时需要碾压管路使得气泡移动。  集气瓶刻度对准 方法一：通过洗耳球堵住集气瓶顶部，通过控制顶部的小段空气来实现液面的变化，此法需要多练，还需要一定的手感； 方法二：将水平管拆下，通过连通器原理，调节水平管水位来控制集气瓶的液面位置。  附：加热板的安装使用        加热板可以用于防止外界环境温度改变，而在压力   室内部产生水珠，从而影响实验的结果。 使用时只要根据加热板上标出的电压数，外接对应电压的转换头即可，对于电流的要求是尽量大（几安培可以）。          蒸汽饱和器的使用      蒸汽饱和器 空气将通过蒸汽饱和器。在使用蒸汽饱和器之前，需要将蒸汽饱和器的碗状容器和帽子松开，并装入部分水，然后将碗状容器放回原位。 使用饱和器的目 的就是使得空气在进入压力膜仪之前变得完全饱和，这样就不会在待测试的土壤样品上产生干燥效应，从而避 免了因为空气不饱和而导致的水分测量误差。此蒸汽饱 和器可以设计用于最大30psi的压力。           具体实验步骤请参看《Geo-­‐experts应力相关土水特征曲线压力板仪系统中文操作手册》。  空气饱和器 连接管路  加 热 板