刘可定;林丽萍
【摘 要】The existing calibration method for filter paper matrix suction measurement using pressure plate apparatus cannot reflect the measurement of filter paper in the actual soil environment, thus a new method was proposed. In the test, the matrix suction of sample was measured using pressure plate apparatus with drainage relatively intensive at the early stage and gradually decreased to the state of non-drainage or suction. The amount of drainage hasn′t always been increased with an increase in the matrix suction within an initial 12 h, reaching a peak value with the matrix suction at 100 kPa. Before reaching the equilibrium between soil and water, the soil sample was not always in the state of drainage. There was a peak value in the cumulative amount of drainage water under the action of suction. Both the final amount and cumulative amount of drainage water increased with the increasing of matrix suction at the soil-water equilibrium. With the higher matrix suction, it took a longer time for reaching the soil-water equilibrium. While with the lower matrix suctio
n, the moisture content of a filter paper at the equilibrium state by such new measurement is higher than that by existing calibration method. The soil water characteristic curve and filter paper matrix suction calibration curve of red clay with high liquid limit can be well fitted with Van Genuchten model. The accuracy of the filter paper matrix suction calibration curves is mostly affected by the calibration environment. Consequently, besides the factors of environmental temperature and equilibrium time, the soil properties and a good contact between filter paper and the measured soil shall be taken into consideration in the calibration test.%针对以往采用压力板仪率定滤纸基质吸力试验方法无法真实反映滤纸实际测量时所处土体环境的问题,提出了一种新的率定滤纸基质吸力试验方法.研究结果表明,采用压力板仪利用新方法测定试样的基质吸力,试验前期排水较集中,随后逐渐减少,直至不排水或发生回吸;初始12 h内的排水量并不是一直随基质吸力增大而增多,而是在基质吸力100 kPa时出现峰值;土水平衡过程中,试样并非一直处于排水状态,因为回吸,累计排水量会出现峰值;达到土水平衡状态时的最终实际排水量和累计排水量随基质吸力增大而增加.基质吸力越大,达到土水平衡所需时间越长.在基质吸力较小的条件下,同一基质吸力下采用新的试验方法测得的滤纸达到平衡时的含水率高于原有方法测得的含水率.Van Genuchten模型能较好拟合高液限红粘土土水特征曲线和滤纸基质吸力率定曲线.滤纸基质吸力率定曲线的准确性受率定环境的影响很大,在进行率定试验时不仅要考虑环境温度和平衡时间,更要考虑所测土体的土性以及滤纸与所测土体的接触方式.
【期刊名称】《矿冶工程》
【年(卷),期】2017(037)005
【总页数】5页(P35-39)
【关键词】非饱和土;滤纸;基质吸力;率定
【作 者】刘可定;林丽萍
【作者单位】湖南城建职业技术学院,湖南 湘潭411101;湖南科技大学 岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室,湖南 湘潭411101;湖南城建职业技术学院,湖南 湘潭411101;湖南科技大学 岩土工程稳定控制与健康监测省重点实验室,湖南 湘潭411101
【正文语种】中 文
定量滤纸
【中图分类】TU43
基质吸力是描述非饱和土力学性质的重要参数，水土特征曲线（即基质吸力与土壤含水率的关系曲线）是描述基质吸力的重要指标［1］。根据测试方式的不同，基质吸力测试方法分为直接法（张力计、轴平移技术等）和间接法（滤纸法、湿度计法、电／热传导传感器法等）两类［2］，其中滤纸法通过测定与非饱和土试样直接接触的滤纸达到平衡状态时的含水量，间接获取相应的基质吸力值，具有价格低廉、操作简单、量程广、精度较高等特点［3］。滤纸法测定基质吸力的精度关键在于滤纸基质吸力率定曲线的准确性［4］。
国外用于吸力测试的常用滤纸有Whatman№42、Schleicher＆ Schuell№589、White Ribbon 和Fisher 9⁃790A等［1］。为了获取准确的吸力率定曲线，国外学者们进行了大量的试验研究［5－10］。
目前国内关于滤纸法测定基质吸力的研究还不是很多，尚处于率定试验阶段［1］。所用滤纸均为国产“双圈”牌定量分析滤纸。按照滤纸滤速的不同，该型滤纸分慢速（№203）、中速（№202）、快速（№201）3 种类型。
已有滤纸基质吸力率定曲线均是通过建立含水率与基质吸力的关系来确定的。其基本原理是让滤纸在不同已知基质吸力的环境中平衡，然后测定滤纸的含水率，从而获得基质吸力与含水率之间的关系曲线，无法真实反映滤纸实际测量时所处的土体环境，未考虑水分迁移是否受到土体环境的影响等问题［9］。
本文针对已有的利用压力板仪率定滤纸基质吸力的方法存在的不足，在参考已有研究成果的基础上，提出一种率定滤纸基质吸力的新方法，在对高液限红粘土的土水特征曲线进行试验研究的同时，分析了通过新方法得到滤纸基质吸力率定曲线的可行性。
基于轴平移技术，利用压力板仪系统控制基质吸力，让夹有滤纸的饱和土样在密封环境中脱湿达到该基质吸力下的水分平衡，与此同时滤纸也通过水分迁移脱湿，与具有一定基质吸力的土体达到水分平衡，待滤纸与土体水分平衡后，测试滤纸和土体含水率重复不同基质吸力下的上述试验，建立滤纸、土体含水率与基质吸力之间的关系，获得滤纸基质吸力脱湿率定曲线及非饱和高液限红粘土土水特征曲线。图1为率定试验示意图。
Geo⁃Expert公司SD SWCC应力相关土水特征曲线压力板仪系统；自制环刀，环刀内径80 mm、高20 mm（体积100.48 cm3）；电子天平（精度万分之一，量程200 g）；“双圈”牌
№203型滤纸（杭州新华造纸厂生产，灰分 0.000 035 g／张，占质量百分比为 0.01%，滤速为慢速）。
土料取自厦蓉高速湖南郴州境内K206＋924处，为高液限红粘土，其主要物理力学指标见表1，颗粒级配曲线见图2。由击实试验得该土料的最大干密度为1.60 g／cm3，最优含水率为 20.6%。
用四分法取代表性土样自然风干，置于橡胶板上碾碎过2 mm筛，将筛下土样拌合均匀，测定土样风干后的含水率，加蒸馏水拌制成一定含水率的土料，再次过2 mm筛，将筛下土样装袋放入保湿缸内润湿一昼夜，以保证土中含水率均匀。制作试样时，采用烘干法测定润湿土料含水率，称取一个试样所需土料（压实度为80%），将其按质量等分为2份，采用控制干密度的击样法分两层击实，第一层击实后，用镊子居中放置滤纸3张，上下层滤纸为保护滤纸，直径60 mm，中间滤纸为测试滤纸，直径50 mm。第二层击实完毕，试样上、下面依次放置滤纸、透水石，用大号夹子夹紧，放入真空饱和缸抽真空饱和。
1）利用高压水力梯度赶走陶土板内的空气，饱和陶土板并检查其密封是否良好；安装试样，检查仪器一切正常后，将各测量管的水位设置为初始刻度，左侧定位 20 mL，右侧 5
mL，水平管 0.10 mL；开启仪器，施加一定压力，进行试验。试验时，施加压力不可超过陶土板的进气值5 bar。
2）试验前期由于排水量较多，每4 h记录一次数据，当排水可控后，每12 h记录一次，连续4次读数趋于－0.05 mL时，可认为滤纸与土样达到水分平衡，试验结束。
3）打开密封室，取出试样，分别量测测试滤纸和土样的平衡含水率，其中土样取自试样中心处，夹取滤纸时需从边缘开始进行，以保证滤纸不会损坏。土样和测试滤纸的含水率测定步骤如下：①将测试滤纸与土样用事先称量好的铝盒装好，快速称重，得到土样和湿滤纸的质量；②将装有土样和测试滤纸的铝盒放入烘箱内烘烤8 h（烘箱温度为105℃），且铝盒盖要半开；③打开烘箱，盖上铝盒盖，两人合作在15 s内完成所有称量，得到干滤纸和干土样的质量；④ 计算土样和测试滤纸的平衡含水率。
4）重复上述步骤，获得每级压力下滤纸和土样的平衡含水率，得到滤纸和土样的基质吸力与含水率的关系曲线。
图3为不同基质吸力下每测次排水量⁃测次关系曲线（前后测次之间的时间间隔为12 h）。
由图3可知，起始段曲线较陡，说明排水主要集中在前期，且非均匀排水，随着试验时间延长，曲线逐渐变缓，最终趋于水平，达到土水平衡状态。试验过程中，试样并非一直处于排水状态，由于蒸发、回吸等原因，排水量随时间波动，后期出现了读数为负值的现象。基质吸力越大，所需排水时间越长，基质吸力为300 kPa时，达到土水平衡所需时间为80多个时段，试验历时41 d才完成。
图4为不同基质吸力下累计排水量与测次之间的关系曲线。由图4可知，试样累计排水量出现峰值，说明试样水分平衡过程并非一直处于排水状态，这是由于试验过程中，一直存在蒸发以及后期平衡阶段的少量回吸等因素引起的水分缺失，而后期排水量少于蒸发及回吸量引起水分缺失导致出现峰值现象。试验期间，水分蒸发包括仪器测量管等与外界连通的水分蒸发以及密封室内试样水分蒸发。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议