考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种膨胀土SWCC曲线测试装置及方法，具体涉及一种考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线测试装置及方法。

背景技术

膨胀土是土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的黏性土。各种膨胀类材料，包括传统岩土工程中的膨胀土材料，以及环境岩土工程中核废料处置领域的膨润土材料和固体废弃物处置领域的污泥屏障材料，由于其吸水膨胀、失水收缩的特性，不考虑其体积变化的SWCC曲线不能准确反映膨胀土的土壤水分特征。

发明内容

本发明要解决的技术问题是不考虑膨胀土体积变化的SWCC曲线不能准确反映膨胀土的土壤水分特征，提供一种结构简单，使用方便的考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线测试装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线测试装置，包括压力腔，压力平衡系统和试样放置装置，压力平衡系统通过阀门I与压力腔相通，通过阀门II与试样放置装置相通，设有试样放置装置底部与排水系统相连，压力腔顶部设有排气孔。

所述的试样放置装置包括用于盛放试样的底座，试样和底座之间设有透水石，透水石底部放置底部滤纸；试样上部设有顶部滤纸，顶部滤纸上设有顶盖，所述的试样放置装置外侧附有柔性薄膜。

所述的试样为圆柱形试样。

所述的顶盖上设有顶盖开口，顶盖开口通过导管III与阀门II相通，底座上设有底座开槽。

所述的排水系统包括通过底座开槽与试样放置装置相通的排水管道，与排水管道相通设有出水量管。

所述的压力平衡系统包括与阀门I相通的导管I，与阀门II相通的导管II，导管I和导管II之间设有进水量管，所述的导管II上设有进气管。

一种考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：

①将饱和的试样安装在底座上，试样和底座之间设置透水石，透水石底部放置底部滤纸，试样上部放置顶部滤纸，顶部滤纸上放置顶盖，放好后，在上述的试样放置装置外侧用柔性薄膜包裹，用封闭圈勒紧柔性薄膜，防止压力腔内的水分进入试样；

②打开阀门I将压力腔内充满水分后关闭；

③调整进水量管的位置，使试样承受压力为原状样固结压力，读取刻度e_i0；调整出水量管高度，使量管内液面高度位于试样中间，读取刻度e_o0；

④打开阀门I和阀门II给压力腔内和试样加第一级压力j₁，即为试样对应的吸力，读取进水量管刻度e_i1和出水量管刻度e_o1；试样在第一级吸力值j₁下体积减小量为e_i0- e_i1，水分减小量为e_o0- e_o1；

⑤逐级加压，重复记录，可得多组u、ei和eo，即可得到吸力-孔隙率-含水率三者之间的关系。

本发明实现了对考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线的测量，其操作简单方便，花费少。上述测量装置适用于测量各种膨胀类材料，包括传统岩土工程中的膨胀土材料，以及环境岩土工程中核废料处置领域的膨润土材料和固体废弃物处置领域的污泥屏障材料。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线测试装置，包括压力腔1，压力平衡系统2和试样放置装置3，压力平衡系统2通过阀门IA与压力腔1相通，通过阀门IIB与试样放置装置3相通，设有试样放置装置3底部与排水系统4相连，压力腔1顶部设有排气孔5。阀门IA管控压力腔内即试样承受的围压；阀门IIB管控试样的压力，压力腔1顶部设有的排气孔5用于初期注水时排除腔内气体；压力腔1为有机玻璃构成的压力腔。

所述的试样放置装置3包括用于盛放试样32的底座31，试样32和底座31之间设有透水石33，透水石33底部放置底部滤纸34；试样32上部设有顶部滤纸35，顶部滤纸35上设有顶盖36，所述的试样放置装置3外侧附有柔性薄膜39，柔性薄膜通过封闭圈勒紧。

所述的试样32为圆柱形试样。

所述的顶盖36上设有顶盖开口37，顶盖开口37通过导管III25与阀门IIB相通，底座31上设有底座开槽38。

所述的排水系统4包括通过底座开槽38与试样放置装置3相通的排水管道41，与排水管道41相通设有出水量管42，用于加压过程中测量试样32排除水分的体积。

所述的压力平衡系统2包括与阀门IA相通的导管I21，与阀门IIB相通的导管II22，导管I21和导管II22之间设有进水量管23，所述的导管II22上设有进气管24，进气管24控制压缩空气的进出，进水量管23为带刻度的进水量管，进气管24与空气压缩机相连。

一种考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线测试方法，其特征在于：它包括以下步骤：

①将饱和的试样32安装在底座31上，试样32和底座31之间设置透水石33，透水石33底部放置底部滤纸34，试样32上部放置顶部滤纸35，顶部滤纸35上放置顶盖36，放好后，在上述的试样放置装置3外侧用柔性薄膜39包裹，用封闭圈勒紧柔性薄膜39，防止压力腔1内的水分进入试样；

②打开阀门IA将压力腔1内充满水分后关闭；

③调整进水量管23的位置，使试样32承受压力为原状样固结压力，读取刻度e_i0；调整出水量管高度，使量管内液面高度位于试样中间，读取刻度e_o0；

④打开阀门IA和阀门IIB给压力腔内和试样加第一级压力j₁，即为试样对应的吸力，读取进水量管刻度e_i1和出水量管刻度e_o1；试样在第一级吸力值j₁下体积减小量为e_i0- e_i1，水分减小量为e_o0- e_o1；

⑤逐级加压，重复记录，可得多组u、ei和eo，即可得到吸力-孔隙率-含水率三者之间的关系。最终得到考虑体积变化的膨胀土SWCC曲线以及孔隙率与随吸力变化的函数。