技术特征：
1.一种同时测定土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量系统，其特征在于：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；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；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；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；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；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)；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)；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；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；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；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；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；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；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；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；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。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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。4.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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。5.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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。6.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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。7.根据权利要求1所述的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，其特征在于：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)；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)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)；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)；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)；供水箱(34)与补水箱(8)之间的水管处设有手动阀c(5-4)；排水箱(44)与补水箱(8)之间的水管处设有手动阀c(5-4)；供水箱(34)与排水箱(44)之间的水管处设有手动阀c(5-4)。8.一种同时测定土水特征曲线和非饱和渗透系数的测量方法，其特征在于：所述测量方法是在权利要求1所述的测量系统的基础上实现的；测量方法包括以下步骤：s1：将具有透气不透水的ptfe滤纸切成5cm长26cm宽；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；s3：将水倒入多孔丙烯酸圆筒中，确认其侧面不漏水；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；s5：测量贴着ptfe滤纸的多孔丙烯酸圆筒的内径，算出其体积；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；s7：用干燥样品填充样品室；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；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)；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；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；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；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；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；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；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；s17：记录数据；s18：激活创建程序multiai并按dwl和ci的初始化
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输入顺序启动程序，
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选择保水性测试-干燥
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start；s19：打开四个电磁阀(7)的手动开关，打开两个手动阀a(5-1)；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：其中s为吸力，p为负载压力，h为样品高度；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)；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；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；s23：切换到不饱和渗透率测试；不饱和渗透率试验：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；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；s26：激活tera term vt，选择文件
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日志，指定文件名，选中"时间""附录""纯文本"，然后按保存按钮；s27：激活创建程序multiai并按初始化
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输入dwl和ci的顺序启动程序
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选择磁导率测试-不饱和
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start；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：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：其中p为负载压力，h为样品高度；l为样品的长度，单位mm；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；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；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；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；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。
技术总结
本发明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系统和方法，包括：样品室、压力室、给水侧、排水侧、手动阀、差压计、电磁阀、PC端与电子秤。PC端与电子秤相连，用于记录实验数据；样品室用于放置样品，压力室用于放置样品室并加压，排水侧和给水侧各设有三根滴定管，分为标准滴定管和测量滴定管，其中标准滴定管在渗透实验中应用变水头法测渗透系数，测量滴定管用于测量土体含水体积的变化量，差压计用于测量标准滴定管和测定滴定管的水头压力差并连接电磁阀实现土体进水和排水的自动化控制。本发明的优点是：利用电磁阀调节水位，实现测量过程的自动化；能同时测量SWCC曲线和渗透系数；仪器成本低，测量结果精确度较高。确度较高。确度较高。
技术研发人员：唐俊峰 周德洲 杨有莲 廖珮伶 任冰冰 雷湛尧 曾珂 张钘 徐骏凯 吉鹏 龚宇 赵梓涵 李雨航 林光庭
受保护的技术使用者：四川农业大学
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/10/4