一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量装置

摘要

一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量装置，包括测量管，所述测量管的上、下端口设置密封片，所述测量管上开设有多对贯穿孔，保护筒插入贯穿孔中，保护筒两端露出测量管管壁，保护筒内放置有滤纸。本发明提供了一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量装置，该装置在管身不同高度处设置放置滤纸的模块，可同时测量不同深度的土体总吸力。

说明书

技术领域

本发明一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量装置，涉及岩土工程技术领域。

背景技术

    滤纸法是测量非饱和土土水特征曲线的一种常用方法，具有使用成本低，吸力测量范围大等优点。其作用原理是：建立在滤纸能够同具有一定吸力的土通过水汽迁移达到平衡的理论基础上。实际研究中通常测量的土的吸力有两种，一种是总吸力，它由基质吸力和渗透吸力两部分组成；另一种是基质吸力，其大小取决于土体的毛细作用、土体结构和表面张力等因素。利用滤纸法这两种吸力都可以被测试出来，使用滤纸法的一般过程是首先将通过试验得到反映滤纸含水率与土壤吸力之间关系的率定曲线，然后将滤纸与待测土样放在一起置于密闭环境中（当滤纸与土样接触时测得的是土体基质吸力值，当滤纸与土样不接触时测得的是土体总吸力值），待滤纸质量不再变化后测量滤纸含水率，通过率定曲线最终反算出待测土样的吸力值。

目前，有关滤纸法测土体吸力的试验大多都在试验进行，即将从野外取回的土样经过扰动制样后，将待测土样与滤纸一起放入一个密封的罐子当中经过一段时间后测量滤纸和土体的含水率，通过同时测定多个土样的含水率和吸力值得到土样的土水特征曲线。这种方法操作起来比较简单方便，然而不足的是由于室内试验中使用的是经过扰动重制后的土样，土样结构和压实度与野外原状土有一定区别，因此测出来的土水特征曲线不一定能够反映现场土体的真实土水特征。

发明内容

为了将滤纸法引用到土体吸力的现场测量中，本发明提供了一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量装置，该装置在管身不同高度处设置放置滤纸的模块，可同时测量不同深度的土体总吸力。

本发明采取的技术方案为：

一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量装置，包括测量管，所述测量管的上、下端口设置密封片，所述测量管上开设有多对贯穿孔，保护筒插入贯穿孔中，保护筒两端露出测量管管壁，保护筒内放置有滤纸。

所述测量管管壁设有橡胶圈。

所述橡胶圈沿着测量管从下到上，厚度逐渐增加。

所述保护筒内设有齿状卡环，滤纸放置在齿状卡环里面。

所述保护筒两端与测量管管壁接触处用胶水密封。

所述测量管为PVC管。

所述密封片为橡胶片。

所述保护筒为PVC管。

一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量方法，用钻孔器在试验区域钻出一定深度的孔洞，然后将两张滤纸成筒状，用镊子分别放入两个保护筒中，滤纸放好后，便可将测量管插入孔洞中，孔洞上部的空隙用土回填，至此测量装置埋置工作完成；将测量装置埋入土中一段时间后，滤纸与周围土体的水汽交换已经达到平衡，可从土中取出测量管，将测量管取出后，快速用镊子将保护筒中的滤纸取出、并放入清洁干燥的密封袋中，进行称量测算。

本发明一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量装置，技术效果如下：

1）、保护筒的作用是作为滤纸的载体，测量管管壁与保护筒交界处用胶水密封，保护滤纸不被周围土体挤压和污染。

2）、为确保滤纸在保护筒中与空气中的水蒸气有更多的交流，保护筒中设有两个齿状卡环，放滤纸时将滤纸放在卡环里，避免滤纸与保护筒的筒壁接触。

3）、橡胶圈从下到上厚度有所增加，是因为在实际操作中，钻孔器钻孔洞时，由于钻筒旋转会导致离地面较浅处的孔洞孔径尺寸比钻筒尺寸稍大，因此测量管上部的橡胶圈的厚度也相应增大，以确保橡胶圈与土体接触良好。

4）、该测量装置的主要材料为几段PVC管和少许橡胶片和胶水，制作起来也相当简单，不需要用一些精密的加工工具。在制作简单的基础上，该装置可以很好地完成不同深度土壤的总吸力测量工作，操作过程简单，值得在土壤吸力的现场测量工作中推广。

附图说明

图1是本发明装置的主视结构示意图；

图2是本发明装置的侧视结构示意图；

图3是本发明装置的滤纸结构示意图；

图4是本发明装置的保护筒结构示意图。

图5是本发明装置测试状态图。

具体实施方式

如图1~图5所示，一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量装置，包括测量管1，测量管1形状大体呈管状，测量管1为外径50mm，内径47mm，长度320mm的PVC管。该管的上下端口都用直径50mm，厚度3mm的密封片2，密封片2为橡胶片，密封片2封闭PVC主体管身，防止土中的水分通过管身通道蒸发流失。

测量管1的作用主要是：维持装置入土深度并作为放置滤纸5及其保护筒4的载体。测量管1设计有多个保护筒4，本实施例优先采用2个保护筒4，分别在离测量管1下端口（因该端口为装置中入土最深的部分）90mm和190mm处，保护筒4为外径20mm，内径17mm，长度54mm的PVC管，先用开孔器分别在距管身下端口90mm和190mm处开一对直径为20mm的贯穿孔3，然后再将保护筒4插入贯穿孔3中，保护筒4两端分别露出管壁2mm，管壁与保护筒4交界处用胶水密封。

本发明中与该测量装置配套的钻孔器，钻出的孔洞7的孔径为63mm，而该测量装置的测量管1直径为50mm，为使上、下两个保护筒4中的滤纸与周围所测土体能形成密闭环境，在距离保护筒4上下各25mm处的测量管1管身粘上橡胶圈6，橡胶圈6的宽度为50mm，厚度从下到上依次为6.5mm、7mm、7.5mm。

一种基于滤纸法的土壤总吸力现场测量方法，首先，用与测量装置配套的钻孔器在试验区域钻出一定深度（如：280mm）的孔洞7，然后将两张直径为5cm的滤纸5卷成筒状，用镊子分别放入两个保护筒4中，滤纸5放好后便可将测量管1插入孔洞7中，孔洞7上部的空隙用土回填，至此测量装置埋置工作完成。将测量装置埋入土中一个星期后，滤纸5与周围土体的水汽交换已经达到平衡，可从土中取出测量管1，将测量管1取出后，快速用镊子将保护筒4中的滤纸5取出，并放入清洁干燥的密封袋中，待拿回实验室后进行称量。

称重放入烘箱内烘干，称出滤纸干重后计算出含水率θ，根据事先在实验室内测定的滤纸率定曲线公式：

Lnψ=12.487-22.31θ                         （1）

式中：ψ为总吸力值，单位为kPa；θ为滤纸含水率，单位无量纲1。

假设滤纸含水率为0.25，则根据公式（1）计算出土体的总吸力为1001.75kPa。