同时测定土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量系统和方法

1.本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种改进型非饱和土水特征曲线(swcc)及非饱和渗透系数测量系统和方法。


背景技术：

2.大多数工程中土壤往往处于非饱和状态，即非饱和土。相比于饱和土，非饱和土在三相的比例发生较大的变化时，土体在工程中的性质表现出较大差异。常常给岩土工程及环境工程带来许多难题。这些难题不仅阻碍了工程建设，而且还会带来一定的损失。现主要根据土水特征曲线(swcc)来估计非饱和土的性质，通过土水特征曲线能够有效的确定非饱和土的抗剪强度、渗透特性、扩散特性、体应变等。土水特征曲线反应了非饱和土形成的基质吸力与土中含水率之间的关系，体现了在基质吸力作用下土体的持水能力。典型的土水特征曲线如图1所示
3.非饱和土的渗透系数是分析降雨对土坡稳定性、固体废物填埋场、地下污水的迁移和填土工程问题的重要参数。非饱和渗透系数与含水率有关，且非饱和渗透系数的值随着基质吸力的改变而不断变化，变化范围可跨越几个数量级，因此很难准确测量非饱和渗透系数。目前，在非饱和渗透系数的测量方法上大体分为两种：直接测量法和间接预测法。间接法是根据土的孔隙粒径等基本物理性质，从理论方面对土的非饱和渗透系数进行预测。长期以来，非饱和土的渗透系数都是利用土水特征曲线间接得来，只是一个经验推断的方法，其理论体系欠成熟。直接法是通过非饱和渗透试验测量孔隙水压力和含水率得到渗透系数。直接测量法分为稳态法和非稳态法，两者的区别是水力梯度是否随时间的改变而变化。直接测量法试验耗时长，成本高，但所得渗透系数可靠。
4.现有技术一
5.目前，测定非饱和土土水特征曲线的常规仪器为压力板仪。压力板仪的主要部件为金属压力室和饱和高进气值陶土板。根据进气值的不同，常见的陶土板可以分为3、5和15bar。通常根据不同的测试土样可以选择合适进气值的陶土板进行实验。在陶土板的下方为与外部连通的排水管道，试样中的水份在施加一定压强后会经过陶土板孔隙逐渐流出进入到排水管路中，直到孔隙水压力与该施加的压强变成为平衡状态。当管道中的水流出量不再变化时可以认为土样达到了平衡状态，实验完成。通过加不同的压力来得到多个测试点，最后就可绘制完整土水特征曲线。对于压力板仪也可以使用一个土样，通过连续加压的方式，等到一个压力条件下达到平衡后再进行下一个压力的施加的方式进行完整土水特征曲线的测试。经过学者不断的研究压力板仪的精度和效率不断提高。
6.oliveira(oliveira om,marinho fam(2006)study of equilibration time in the pressure plate.in:fourth international conference on unsaturated soil,carefree,az 2april,pp 1864-1874)提出了压力室温度的改变会使得压力室内的水蒸气产生变化进而会影响到土样中含水量。李幻等(李幻,侯蕊,樊铁兵,等.基于动态多步流动原理的快速测定swcc方法及压力板仪改装研究[j].工程地质学报,2020,28(4):707-715)
对压力板仪进行了改进，改进后可以对实验过程中在陶土板底部产生气泡的体积进行测量。侯蕊等(侯蕊.非饱和土土-水特征曲线快速测定模型建立及测试方法改进研究[d].华北水利水电大学,2020)对使用改进后的压力板仪进行动态多步流动法测试试验，大幅缩短了土水特征曲线的测试时间。陈辉等(陈辉,韦昌富,李幻,等.测定非饱和土土-水特征曲线的溢出水校正称量法[j].岩土力学,2010(07):2141-2145)对比了称量法、溢出水校正称量法和溢出水称量法三种方法，结果表明溢出水校正称量法所确定的土样饱和度比其他两种都大。庞维福等在传统压力板的基础上进行改进，增加了电子压力表系统、电子天平与蒸发校正系统、温度控制系统，大幅提高了土水特征曲线的测量精度。
[0007]
现有技术一的缺点
[0008]
1.土样在脱湿或吸湿过程中达到平衡状态的时间不确定，个别土样的swcc测量时间历时可达数月之久；
[0009]
2.目前只能用于土-水特征曲线测量，不能直接用于非饱和土渗透系数测量；
[0010]
3.一次测量实验中需要调节多次气压，操作繁琐，且由于人工操作易造成误差，降低实验精度
[0011]
4.压力板仪所必须的试验操作，如“将试样取出称量、再放回陶土板上”，将会对试样与陶土板之间的接触状况产生影响，阻碍试样与陶土板之间的水分传导，从而对测试结果产生较大的影响。
[0012]
5.陶土板为压力板仪的主要部件，高压气体可透过陶土板的边缘进入陶土板底部，由此进入排水管路，使试样的实际吸力小于通过高压气源所施加的控制吸力。
[0013]
现有技术二
[0014]
稳态法：试验过程中水力梯度为定值，进而得出基质吸力和含水率的关系。稳态法主要在室内进行，以其经济、先进和标准等优点受到非饱和土学者的青睐。
[0015]
klute基于稳态法，(klute a.laboratory measurement of hydraulic conductivity of unsaturated soils[j].methods of soil analysis.monograph 9,part 1,american society of agronomy,madison,wi,1965；253-261)设计出了一种试验装置，用来测定非饱和土的渗透系数。该试验设备的试验原理是在试验过程中，由供气装置来控制孔隙中的气压力，来维持基质吸力不变。此外，在试样的顶部可以用供水装置来为其提供常水头力。梁爱民等对砂土与粉土进行了相应的稳态渗流试验，得出含水率和渗透系数二者之间的关系。邵龙潭(邵龙潭,梁爱民,王助贫,等.非饱和土稳态渗流试验装置的研制与应用[j].岩土工程学报,2005,27(11))等自制了非饱和渗透系数试验仪器，该仪器操作简单，在一定程度上缩短了试验时间。徐永福等(徐永福,兰守奇,孙德安,等.一种能测量应力状态对非饱和土渗透系数影响的新型试验装置[j].岩石力学与工程学报,2005,24(1):160-16)研制的常水头试验仪器，该仪器在增加径向应变环和轴向应变传感器的基础上，量测不同应力状态下的非饱和土渗透系数，可以最为直观地描绘出非饱和渗透系数和应力状态二者之间的关系。崔颖等(徐永福,兰守奇,孙德安,等.一种能测量应力状态对非饱和土渗透系数影响的新型试验装置[j].岩石力学与工程学报,2005,24(1):160-16)在已有的gds非饱和土三轴试验仪器的基础上，增设了水力梯度的控制装置，并且还分析了饱和度以及初始干密度二者对渗透系数的影响作用。
[0016]
现有技术二的缺点
[0017]
1.当水头发生变化时，需要人工校正水位，在一次渗透实验中，需要多次调节水位；2.试验的测量周期较长、试样的利用率较低；3.适用土体类型有限；4.准确测量排出的水分体积十分困难；5.仪器价格昂贵。


技术实现要素：

[0018]
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种同时测定土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量系统和方法。
[0019]
一种同时测定土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量系统，包括样品室(1)、压力室(2)、给水侧(3)、排水侧(4)、手动阀、差压计(6)、电磁阀(7)、pc端与电子秤相连，用于记录实验数据，拟合实验数据；
[0020]
所述样品室(1)，包括：上丙烯酸圆盘(11)、下丙烯酸圆盘(13)和多孔丙烯酸圆筒(12)；所述上丙烯酸圆盘(11)和下丙烯酸圆盘(13)之间为多孔丙烯酸圆筒(12)，上丙烯酸圆盘(11)和下丙烯酸圆盘(13)之间通过四根螺栓穿过拧紧螺母固定多孔丙烯酸圆筒(12)组成样品室(1)；所述上丙烯酸圆盘(11)和下丙烯酸圆盘(13)的内部都设有能够贯通样品室(1)内外的两根细管；
[0021]
所述多孔丙烯酸圆筒(12)用于填充土样；多孔丙烯酸圆筒(12)表面设有若干直径为2mm的小孔；多孔丙烯酸圆筒(12)内表面附有滤纸；
[0022]
所述细管内径为3mm，两根细管通过上丙烯酸圆盘(11)侧面贯通至上丙烯酸圆盘(11)的下表面；两根细管位置对称；
[0023]
两根细管通过下丙烯酸圆盘(13)的侧面贯通至下丙烯酸圆盘(13)的上表面，两根细管位置对称；
[0024]
所述压力室(2)，包括：上方形铁板(21)、下方形铁板(22)、丙烯酸圆柱体(23)和电子天平(24)；
[0025]
上方形铁板(21)与下方形铁板(22)之间为丙烯酸圆柱体(23)、上方形铁板(21)和下方形铁板(22)之间通过四个角的螺栓贯穿并通过拧紧螺母固定丙烯酸圆柱体(23)形成压力室(2)，以上方形铁板(21)的中心为圆心均匀布置六个螺孔(211)；下方形铁板(22)的中部对称设置两个螺孔(211)；
[0026]
所述给水侧(3)，包括：标准滴定管a(31)、粗测量滴定管a(32)、细测量滴定管a(33)和给水箱(34)；标准滴定管a(31)、粗测量滴定管a(32)、细测量滴定管a(33)、给水箱(34)之间通过水管互联互通，所述标准滴定管a(31)、粗测量滴定管a(32)、细测量滴定管a(33)之间通过手动阀根据实验要求进行切换；
[0027]
所述排水侧(4)，包括:标准滴定管b(41)、粗测量滴定管b(42)、细测量滴定管b(43)和排水箱(44)；标准滴定管b(41)、粗测量滴定管b(42)、细测量滴定管b(43)、排水箱(44)之间通过水管互联互通，标准滴定管b(41)、粗测量滴定管b(42)、细测量滴定管b(43)之间通过手动阀根据实验要求进行切换；
[0028]
所述补水箱(8)分别连接给水箱(34)和排水箱(44)，用于对给水箱(34)和排水箱(44)进行水量补给；
[0029]
给水侧(3)的水管通过上方形铁板(21)的一个螺孔连接到上丙烯酸圆盘(11)的一根细管，上丙烯酸圆盘(11)的另一根细管通过水管连接到下丙烯酸圆盘(13)的一根细管，
下丙烯酸圆盘(13)的另一根细管通过水管穿过上方形铁板(21)的一个螺孔与排水侧(4)相连；
[0030]
所述上方形铁板(21)的六个螺孔(211)，一个螺孔(211)连接到气压调节装置用于压力负载，一个螺孔(211)通过手动阀连接到大气，将这个阀门安装在螺孔上，打开就与大气相同，关上阀门就将仪器与大气隔离开；剩余两个螺孔(211)用螺栓密封；
[0031]
下方形铁板(22)中部设置电子天平(24)，样品室(1)放在电子天平(24)的测量部位；
[0032]
下方形铁板(22)的两个螺孔(211)用于电子天平(24)的电源线和pc输出线穿出；
[0033]
所述差压计(6)一共有三台，一台设置在样品室(1)的上丙烯酸圆盘(11)和下丙烯酸圆盘(13)连接的水管之间，一台设置在标准滴定管a(31)与粗测量滴定管a(32)/细测量滴定管a(33)之间，一台设置在标准滴定管b(41)与粗测量滴定管b(42)/细测量滴定管b(43)之间；
[0034]
所述电磁阀(7)有四台，样品室(1)与粗测量滴定管a(32)/细测量滴定管a(33)之间设有一台，样品室(1)与粗测量滴定管b(42)/细测量滴定管b(43)之间设有一台，供水箱(34)与粗测量滴定管a(32)/细测量滴定管a(33)之间设有一台，排水箱(44)与粗测量滴定管b(42)/细测量滴定管b(43)之间设有一台。
[0035]
作为优选，小孔共有32个，分布在高度方向上间隔10mm的4个位置处，和圆周方向上以间隔45度的8个位置上。
[0036]
作为优选，上丙烯酸圆盘(11)和下丙烯酸圆盘(13)的直径为160mm，厚度为10mm，上丙烯酸圆盘(11)和下丙烯酸圆盘(13)与多孔丙烯酸圆筒(12)接触的表面设有圆形凹槽，使多孔丙烯酸圆筒(12)的上端和下端陷入其中。
[0037]
作为优选，所述标准滴定管a(31)和标准滴定管b(41)为了使蒸发量最小化，其内径为3mm长度为320mm。
[0038]
作为优选，所述粗测量滴定管a(32)和粗测量滴定管b(42)的内径为30mm、长度为320mm。
[0039]
作为优选，所述细测量滴定管a(33)和细测量滴定管b(43)的内径为3mm、长度为320mm。
[0040]
作为优选，所述给水侧(3)与样品室(1)之间连接的水管处设置一个手动阀a(5-1),排水侧(4)与样品室(1)之间连接的水管处设置一个手动阀a(5-1)；
[0041]
供水箱(34)与标准滴定管a(31)、粗测量滴定管a(32)、细测量滴定管a(33)之间连接的水管处设有一个三通阀(5-2)
[0042]
排水箱(44)与标准滴定管b(41)、粗测量滴定管b(42)、细测量滴定管b(43)和排水箱(44)之间连接的水管处设有一个三通阀(5-2)；
[0043]
标准滴定管a(31)与粗测量滴定管a(32)/细测量滴定管a(33)之间的手动阀b(5-3)；
[0044]
标准滴定管b(41)与粗测量滴定管b(42)/细测量滴定管b(43)之间的手动阀b(5-3)；
[0045]
供水箱(34)与补水箱(8)之间的水管处设有手动阀c(5-4)；
[0046]
排水箱(44)与补水箱(8)之间的水管处设有手动阀c(5-4)；
[0047]
供水箱(34)与排水箱(44)之间的水管处设有手动阀c(5-4)。
[0048]
本发明还公开了一种同时测定土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量方法，包括以下步骤：
[0049]
s1：将具有透气不透水的ptfe滤纸切成5cm长26cm宽；
[0050]
s2：使用硅胶将ptfe滤纸贴在多孔丙烯酸圆筒内部；使得滤纸与滤纸，及滤纸末端和样品室之间没有缝隙；通过使用ptfe滤纸，来自周围环境的大气压会通过小孔进入到土体样品中，而土体内部孔隙水不会通过小孔泄漏；
[0051]
s3：将水倒入多孔丙烯酸圆筒中，确认其侧面不漏水；
[0052]
s4：干燥后，使用相同的硅橡胶将膜过滤器贴在到多孔丙烯酸圆筒的下端，并充分干燥；
[0053]
s5：测量贴着ptfe滤纸的多孔丙烯酸圆筒的内径，算出其体积；
[0054]
s6：从多孔丙烯酸圆筒的体积和由压实试验得到的最大干密度值，算样品质量；
[0055]
s7：用干燥样品填充样品室；
[0056]
s8：使用硅胶将膜过滤器贴在多孔丙烯酸圆筒的上端，并干燥；
[0057]
s9：将金属丝网夹在膜过滤器的顶部和底部之间，并将其放置在测试样品室中，测量和记录其质量；另外，在从样品室的上丙烯酸圆盘(11)和下丙烯酸圆盘(13)引出的水管的端部安装三通阀(5-2)；
[0058]
s10：制备的样品随着时间逐渐减压，当渐渐不出现气泡时，逐渐恢复到大气压，由此使其饱和；
[0059]
s11：为防止空气进入，在水中关闭三通阀(5-2)后将其取出，让样品被灌一次水，然后使样品室周围干燥；
[0060]
s12：再次称重；饱和化之前和之后的质量差减去管中水的质量，得到的值是孔隙水的质量，由此计算初始体积水含量；
[0061]
s13：将准备好的样品放在压力室(2)中的电子天平(24)上，水管接各仪器前，需要将水管注满水来排除空气；
[0062]
s14：固定管子，按秤上的“打印”按钮，然后关闭压力室(2)的上方形铁板(21)；完成所有准备后，等待比例值的波动收敛；
[0063]
s15：在给水侧(3)和排水侧(4)操作手动阀b(5-3)，选择粗测量滴定管作为测量滴定管；将三通阀(5-2)连接到测量滴定管；
[0064]
s16：将所有滴定管的水位从试样高度的中心调整到一定高度，关闭两个手动阀b(5-3)，确定参考水位，然后加水直至dpt1和dpt2零点，取给水箱(34)给水箱(34)和排水箱(44)的水面应低于参考水面；
[0065]
s17：记录数据；
[0066]
s18：激活创建程序multiai并按dwl和ci的初始化
→
输入顺序启动程序，
→
选择保水性测试-干燥
→
start；
[0067]
s19：打开四个电磁阀(7)的手动开关，打开两个手动阀a(5-1)；
[0068]
s20：操作调压阀，缓慢升至负载压力；此时的吸力由以下表达式表示：
[0069]
[0070]
其中s为吸力，p为负载压力，h为样品高度；
[0071]
测试期间，如果需要调节给水箱(34)和排水箱(44)的水位，则调整补水箱(8)与给水箱(34)和排水箱(44)之间的手动阀(5)；
[0072]
s21：检查土样8～10小时时是否达到平衡状态为依据，复制并打开输出文件并结束测试；
[0073]
s22：在测试结束时，按程序窗口中的"结束"按钮并停止保存数据文件；此外，关闭四个电磁阀(7)的手动开关，并关闭两个手动阀a(5-1)；关闭tera term vt的窗口并停止保存该文件；
[0074]
s23：切换到不饱和渗透率测试；
[0075]
不饱和渗透率试验：
[0076]
s24：打开两个手动阀b(5-3)；以保水性试验排水过程开始时的水面为中心，提高给水侧中参考滴定和测量滴定的水位使水面升高δh，单位mm，排水侧的参考
·
测量滴定管的水面降低δh，单位mm；使给水侧的测量滴定管与细滴定管保持在相同水位；
[0077]
s25：关闭两个手动阀b(5-3)，确定参比水位，必要时取dpt1、dpt2零点；给水箱(34)的水面设置在比参考水面高约10厘米的位置，排水箱(44)的水面设置为比参考水面低约10厘米；
[0078]
s26：激活tera term vt，选择文件
→
日志，指定文件名，选中"时间""附录""纯文本"，然后按保存按钮；
[0079]
s27：激活创建程序multiai并按初始化
→
输入dwl和ci的顺序启动程序
→
选择磁导率测试-不饱和
→
start；
[0080]
s28：打开四个电磁阀(7)的手动开关，打开两个手动阀a(5-1)，开始测试；此时，样品下端给水侧的吸力和样品上端排水侧的吸力分别由以下表达式表示：
[0081][0082][0083]
其中p为负载压力，h为样品高度；
[0084]
l为样品的长度，单位mm；
[0085]
δh为测量滴定管的水位与保水性试验排水过程开始时的水面高差；
[0086]
s29：在测试过程中，如果需要调节供水箱(34)/排水箱(44)的水位，调整给水箱(34)和手动阀c(5-4)；此外，当水垢值波动较大时，需要分别调整给水侧(3)和排水侧(4)的标准滴定管和测量滴定管的水位；
[0087]
s30：复制并打开输出文件，检查刻度值和差压表值是否已达到稳定状态；
[0088]
s31：确认处于稳定状态后，将给水侧(3)的测量滴定管切换到细测量滴定管；使用细测量滴定管执行非饱和渗透试验测试，读取细测量滴定管水面的位置及其通过的时间；在非饱和渗透试验中，细测量滴定管的初始水位应保持在粗测量滴定管的初始水位；此外，细测量滴定管的水位变化约为2.5厘米，并且重复多次；此时，在切换到精细测量滴定管时，启动非饱和渗透试验的计时器并开始记录；
[0089]
s32：完成非饱和渗透试验后，测试结束工作；点击程序窗口中的结束按钮并停止保存数据文件；同时，关闭四个电磁阀(7)的手动开关，并关闭两个手动阀a(5-1)；最后关闭程序tera term vt的窗口并停止保存该文件。
[0090]
与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0091]
1.利用电磁阀调节水位，实现自动化；
[0092]
2.能同时测量swcc曲线和渗透系数；
[0093]
3.仪器成本低，测量结果精确度较高。
附图说明
[0094]
图1是本发明实施例测量系统结构示意图；
[0095]
图2是本发明实施例样品室结构示意图；
[0096]
图3是本发明实施例上丙烯酸圆盘结构示意图；
[0097]
图4是本发明实施例多孔丙烯酸圆筒结构示意图；
[0098]
图5是本发明实施例压力室结构示意图；
[0099]
图6是本发明实施例上方形铁板结构示意图；
[0100]
图7是本发明实施例下方形铁板结构示意图。
具体实施方式
[0101]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
[0102]
如图1所示，一种同时测定土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量系统，包括样品室1、压力室2、给水侧3、排水侧4、手动阀5、差压计6、电磁阀7、pc端与电子秤相连，用于记录实验数据，拟合实验数据；
[0103]
如图2至4所示，所述样品室1，包括：上丙烯酸圆盘11、下丙烯酸圆盘13和多孔丙烯酸圆筒12。所述上丙烯酸圆盘11和下丙烯酸圆盘13之间为多孔丙烯酸圆筒12，上丙烯酸圆盘11和下丙烯酸圆盘13之间通过四根螺栓穿过拧紧螺母固定多孔丙烯酸圆筒12组成样品室1。所述上丙烯酸圆盘11和下丙烯酸圆盘13的内部都设有能够贯通样品室1内外的两根细管。
[0104]
所述多孔丙烯酸圆筒12用于填充土样。内径为90mm使用外径为100mm，厚度为5mm的圆柱体高度为50mm，多孔丙烯酸圆筒12表面设有若干直径为2mm的小孔。这些小孔共有32个，分布在在高度方向上间隔10mm的4个位置处，和圆周方向上以间隔45度的8个位置上。在圆筒内表面附有滤纸透气不透水。
[0105]
上丙烯酸圆盘11和下丙烯酸圆盘13的直径为160mm，厚度为10mm，上丙烯酸圆盘11和下丙烯酸圆盘13与多孔丙烯酸圆筒12接触的表面设有圆形凹槽，使多孔丙烯酸圆筒12的上端和下端陷入其中。
[0106]
所述细管内径为3mm，两根细管通过上丙烯酸圆盘11侧面贯通至上丙烯酸圆盘11的下表面；两根细管位置对称。
[0107]
两根细管通过下丙烯酸圆盘13的侧面贯通至下丙烯酸圆盘13的上表面，两根细管位置对称。如图5至7所示，所述压力室2，包括：上方形铁板21、下方形铁板22、丙烯酸圆柱体
23和电子天平24。
[0108]
上方形铁板21与下方形铁板22之间为丙烯酸圆柱体23、上方形铁板21和下方形铁板22之间通过四个角的螺栓贯穿并通过拧紧螺母固定丙烯酸圆柱体23形成压力室2，以上方形铁板21的中心为圆心均匀布置六个螺孔211。下方形铁板22的中部对称设置两个螺孔211；
[0109]
所述给水侧3，包括：标准滴定管a31、粗测量滴定管a32、细测量滴定管a33和给水箱34；标准滴定管a31、粗测量滴定管a32、细测量滴定管a33、给水箱34之间通过水管互联互通，所述标准滴定管a31、粗测量滴定管a32、细测量滴定管a33之间通过手动阀根据实验要求进行切换。
[0110]
所述排水侧4，包括:标准滴定管b41、粗测量滴定管b42、细测量滴定管b43和排水箱44；标准滴定管b41、粗测量滴定管b42、细测量滴定管b43、排水箱44之间通过水管互联互通，标准滴定管b41、粗测量滴定管b42、细测量滴定管b43之间通过手动阀根据实验要求进行切换。
[0111]
所述标准滴定管a31和标准滴定管b41为了使蒸发量最小化，其内径为3mm长度为320mm，装满细物；
[0112]
所述粗测量滴定管a32和粗测量滴定管b42的内径为30mm、长度为320mm，装满粗物；
[0113]
所述细测量滴定管a33和细测量滴定管b43的内径为3mm、长度为320mm，装满细物。
[0114]
所述补水箱8分别连接给水箱34和排水箱44，用于对给水箱34和排水箱44进行水量补给。
[0115]
给水侧3的水管通过上方形铁板21的一个螺孔连接到上丙烯酸圆盘11的一根细管，上丙烯酸圆盘11的另一根细管通过水管连接到下丙烯酸圆盘13的一根细管，下丙烯酸圆盘13的另一根细管通过水管穿过上方形铁板21的一个螺孔与排水侧4相连。
[0116]
所述上方形铁板21的六个螺孔211，一个螺孔211连接到气压调节装置气压调节装置独立于系统之外，是一个已经发展很成熟的实验仪器用于压力负载，一个螺孔211通过手动阀连接到大气，将这个阀门安装在螺孔上，打开就与大气相同，关上阀门就将仪器与大气隔离开。剩余两个螺孔211用螺栓密封。
[0117]
下方形铁板22中部设置电子天平24，样品室1放在电子天平24的测量部位。
[0118]
下方形铁板22的两个螺孔211用于电子天平24的电源线和pc输出线穿出。
[0119]
所述差压计6一共有三台，一台设置在样品室1的上丙烯酸圆盘11和下丙烯酸圆盘13连接的水管之间，一台设置在标准滴定管a31与粗测量滴定管a32/细测量滴定管a33之间，一台设置在标准滴定管b41与粗测量滴定管b42/细测量滴定管b43之间。
[0120]
所述电磁阀7有四台，样品室1与粗测量滴定管a32/细测量滴定管a33之间设有一台，样品室1与粗测量滴定管b42/细测量滴定管b43之间设有一台，供水箱34与粗测量滴定管a32/细测量滴定管a33之间设有一台，排水箱44与粗测量滴定管b42/细测量滴定管b43之间设有一台。
[0121]
所述给水侧3与样品室1之间连接的水管处设置一个手动阀a5-1,排水侧4与样品室1之间连接的水管处设置一个手动阀a5-1；
[0122]
供水箱34与标准滴定管a31、粗测量滴定管a32、细测量滴定管a33之间连接的水管
处设有一个三通阀5-2
[0123]
排水箱44与标准滴定管b41、粗测量滴定管b42、细测量滴定管b43和排水箱44之间连接的水管处设有一个三通阀5-2。
[0124]
标准滴定管a31与粗测量滴定管a32/细测量滴定管a33之间的手动阀b5-3；
[0125]
标准滴定管b41与粗测量滴定管b42/细测量滴定管b43之间的手动阀b5-3；
[0126]
供水箱34与补水箱8之间的水管处设有手动阀c5-4；
[0127]
排水箱44与补水箱8之间的水管处设有手动阀c5-4；
[0128]
供水箱34与排水箱44之间的水管处设有手动阀c5-4。
[0129]
一种同时测定土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量方法，包括以下步骤：s1：将一种具有空气容易通过，但在零压差下水不易通过的特征的特殊滤纸(以下称为“ptfe滤纸”)切成5cm长26cm宽。
[0130]
s2：使用硅橡胶将ptfe滤纸贴在多孔丙烯酸圆筒内部。此时，滤纸与滤纸，及滤纸末端和样品室之间没有缝隙。通过使用ptfe滤纸，来自周围环境的大气压会通过小孔作用于样品，而孔隙水不会通过小孔泄漏。
[0131]
s3：将水倒入多孔丙烯酸圆筒中，确认其侧面不漏水。
[0132]
s4：干燥后，使用相同的硅橡胶将膜过滤器贴在到多孔丙烯酸圆筒的下端，并充分干燥。
[0133]
s5：测量贴着ptfe滤纸的多孔丙烯酸圆筒的内径，算出其体积。
[0134]
s6：从多孔丙烯酸圆筒的体积和由压实试验得到的最大干密度值，算出80％压实度的样品质量。
[0135]
s7：用压实度为80％的干燥样品填充样品室。单层样品的话，在5cm高的多孔丙烯酸圆筒中将其分成5层，每层1cm。
[0136]
s8：使用硅胶将膜过滤器贴在多孔丙烯酸圆筒的上端，并干燥。
[0137]
s9：将金属丝网夹在膜过滤器的顶部和底部之间，并将其放置在测试样品室中，测量和记录其质量。另外，在从样品室的上丙烯酸圆盘11和下丙烯酸圆盘13引出的水管的端部安装三通阀5-2。
[0138]
s10：制备的样品随着时间逐渐减压，当渐渐不出现气泡时，逐渐恢复到大气压，由此使其饱和。
[0139]
s11：为防止空气进入，在水中关闭三通阀5-2后将其取出，让样品被灌一次水，然后使样品室周围干燥。
[0140]
s12：再次称重。饱和化之前和之后的质量差减去管中水的质量，得到的值是孔隙水的质量，由此计算初始体积水含量。
[0141]
s13：样品室上的螺钉可能松动，因此在饱和化后再次拧紧螺钉，以防止漏水和空气进入。
[0142]
s14：将准备好的样品放在压力室2中的电子天平24上，水管接各仪器前，需要将水管注满水来排除空气。需要特别注意，电磁阀和差压计中容易残留空气。在连接管道和样品室时，用预先接好的三通阀可以很方便地不让空气进入地进行连接。
[0143]
s15：固定管子，按秤上的“打印”按钮，然后关闭压力室2的上方形铁板21。完成所有准备后，等待比例值的波动收敛。
[0144]
s16：在给水侧3和排水侧4操作手动阀，选择粗测量滴定管作为测量滴定管。将三通阀5-2连接到测量滴定管。
[0145]
s17：将所有滴定管的水位从试样高度的中心调整到一定高度(mm)，关闭两个手动阀b5-3，确定参考水位，然后加水直至dpt1和dpt2零点，取给水箱34给水箱34和排水箱44的水面应低于参考水面。
[0146]
s18：记录数据。
[0147]
s19：激活创建程序multiai并按dwl和ci的初始化
→
输入顺序启动程序，
→
选择保水性测试-干燥(保水测试的排水过程)
→
start。如果存在水量大且水位大大增加的可能性，则通过设置dwl，dwl的多余水流入给排水箱，因此水位波动可以保持在一定值以下。另一方面，如果水位的增加在对吸力等没有显著影响的范围内，则将大值设置为dwl消除了电磁阀7的控制，并且可以直观地读取滴定管的水位增加，可确认废水量。
[0148]
s20：打开四个电磁阀7的手动开关，打开两个手动阀a5-1。
[0149]
s21：操作调压阀，缓慢升至负载压力(kpa)。此时的吸力(kpa)由以下表达式表示：
[0150][0151]
其中s为吸力，p为负载压力，h为样品高度。
[0152]
测试期间，如果需要调节给水箱34和排水箱44的水位，则调整补水箱8与给水箱34和排水箱44之间的手动阀5。
[0153]
s22：检查土样8～10小时时是否达到平衡状态为依据，复制并打开输出文件并结束测试。
[0154]
s23：在测试结束时，按程序窗口中的"结束"按钮并停止保存数据文件。此外，关闭四个电磁阀7的手动开关，并关闭两个手动阀a5-1。此外，关闭tera term vt的窗口并停止保存该文件。
[0155]
s24：切换到不饱和渗透性测试。
[0156]
不饱和渗透率试验：
[0157]
s25：打开两个手动阀b5-3。在保水性试验(排水过程)开始时，提高给水侧(mm)上参考和测量滴定的水位(mm)，并将参考滴定管和测量滴定的水面设置在排水侧4(mm)。测量给水侧3的滴定管，将细测量滴定管保持在相同的水位。如果要独立打开和关闭电磁阀7，使用连接到a/d/d/a板上的程序diobit。
[0158]
s26：关闭两个手动阀b5-3，确定参比水位，必要时取dpt1、dpt2零点。给水箱34的水面设置在比参考水面高约10厘米的位置，排水箱44的水面设置为比参考水面低约10厘米。
[0159]
s27：激活tera term vt，选择文件
→
日志，指定文件名，选中"时间""附录""纯文本"，然后按保存按钮。
[0160]
s28：激活创建程序multiai并按初始化
→
输入dwl和ci的顺序启动程序
→
选择磁导率测试-不饱和(不饱和渗透性测试)
→
start。
[0161]
s29：打开四个电磁阀7的手动开关，打开两个手动阀a5-1，开始测试。此时，样品下端给水侧的吸力(kpa)和样品上端排水侧4的吸力(kpa)。假设样本的长度为(mm)，则分别由以下表达式表示：
[0162][0163][0164]
其中p为负载压力，h为样品高度；
[0165]
l为样品的长度，单位mm；
[0166]
δh为测量滴定管的水位与保水性试验排水过程开始时的水面高差。
[0167]
s30：在测试过程中，如果需要调节供水箱34/排水箱44的水位，调整给水箱34和手动阀c5-4。此外，当水垢值波动较大时即给水量和排水量不平衡时，需要分别调整给水侧3和排水侧4的标准滴定管和测量滴定的水位。
[0168]
s31：复制并打开输出文件，检查刻度值和差压表值是否已达到稳定状态。
[0169]
s32：确认处于稳定状态后，将给水侧3的测量滴定管切换到管细测量滴定管。使用细测量滴定管执行水位渗透性测试，读取细测量滴定管水面的位置及其通过的时间。在水位渗透性试验中，细测量滴定管的初始水位应保持在粗测量滴定管的初始水位，并应注意不要变大。此外，细测量滴定管的水位变化约为2.5厘米，并且重复多次。此时，在切换到精细测量滴定管时，启动水位渗透率测试的计时器并记录。
[0170]
s33：完成水位渗透性测试中的数据后，测试结束工作。点击程序窗口中的结束按钮并停止保存数据文件。同时，关闭四个电磁阀7的手动开关，并关闭两个手动阀a5-1。最后关闭程序tera term vt的窗口并停止保存该文件。
[0171]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。