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1、第19卷增刊岩石力学与工程学报19(增):905～9092000年6月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJune,2000*非饱和土的吸力量测技术121徐捷王钊李未显(1清华大学水利系北京100084)(2武汉水利电力大学武汉430072)摘要有关非饱和土吸力量测技术的资料已有不少,但要准确地测量大范围的土吸力目前仍很困难。比较和讨论各种非饱和土吸力量测手段各自的优越性和不足点以及在工程中各自的应用领域。最后,还提出了关于更有效的吸力量测仪器的
2、一些设想。关键词基质吸力,张力计,压力板仪,热传导传感器,滤纸法,智能化测量仪分类号TU471文献标识码A文章编号1000-6915(2000)增-0905-03发展非饱和土吸力量测仪提出了一些个人观点。1引言表1各种吸力量测设备比较表岩土工程中常有涉及非饱和土方面的问题。以Table1Thecomparisonofthemeasuring往在工程中,通常用饱和土的方法处理非饱和土的equipmentofsuction问题,这是极其粗糙的,甚至可能造成巨大的浪费。设备名称吸力种类量测范围/kPa
3、注释吸力的有无是区分非饱和土与饱和土的分水岭,所湿度计总吸力100～8000要求严格的恒温环境以研究非饱和土的工程特性应先从非饱和土的吸力负孔隙水压力张力计或基质吸力(当有气蚀问题以及通过陶特性着手。目前,首先应解决的难题是吸力量测方面0～90孔隙气压力为瓷头的空气扩散问题大气压时)的技术问题。零位型量测范围是陶瓷板进气基质吸力0～1500压力板仪值的函数非饱和土中的(总)吸力可以分为基质吸力和渗热传导使用不同孔隙尺寸陶瓷基质吸力0～400透吸力。对于一般的粘性土和砂性土来说,基质吸力传感器传感
4、器的间接量测法通常占主要部分,且易随外界因素而变化。渗透吸力与湿土良好接触时可量滤纸法总吸力全范围测基质吸力较小,且随含水量变化也较小,只有对于土中含水量同时使用张力计或量测挤液器渗透吸力全范围导电率和含盐量均较高的高塑性粘土,渗透吸力才显得较为重要。所以,从与工程问题的关系上来说,只要重注:¹基质吸力对非饱和土力学性质的影响随着土趋近完全干燥而点研究基质吸力即可。在涉及非饱和土的大多数岩越来越小,土工感兴趣的基质吸力范围是0～1500kPa,即只需研究含水量大于缩限的情况。º在高吸力范围基质吸
5、力很难测土工程问题中,可用基质吸力变化代替总吸力变化;量,可用总吸力代替基质吸力。反之,也可用总吸力变化代替基质吸力变化。基质吸6力的变化范围很大(0～10kPa),而要用可靠的手段2总吸力和基质吸力的测量技术较准确地测量大范围的吸力值目前仍很困难。关于非饱和土的吸力量测至今仍主要停留在研究阶段,2.1直接测量技术更好地解决这一问题尚需更多努力。2.1.1湿度计法本文对几种主要的非饱和土吸力量测技术进行用热电偶湿度计可量测土中的相对湿度从而获了比较和评价(表1),旨在为从事这类研究的工作人得总吸
6、力。岩土工程常用的湿度计——Peltier湿度员提供一个实用的参考工具。最后,作者还对进一步计(又叫Spanner湿度计)的工作原理是:利用2000年3月20日收到初稿,2000年4月8日收到修改稿。*国家自然科学基金(59679021)资助项目。作者徐捷简介:女,25岁,1996年毕业于同济大学建筑工程系工业与民用建筑专业,现为清华大学水利系98级硕士研究生,主要从事岩土工程方面的研究工作。·906·岩石力学与工程学报2000年Seeback效应和Peltier效应,并通过湿度、温差、电力,否
7、则空气将穿过陶瓷板进入量测系统(下一方法压输出三者之间的联系,由电压输出值反映空气湿也存在这一问题)。度。测量前,应先对湿度计进行率定,作出电压-吸(3)技术优势:¹不受外界环境限制,而且体力曲线。测量时,将湿度计悬挂在装有土样的封闭型小、易携带,室内、野外量测都适用。º正、负孔装置内,记录下电压输出的最大值,从率定曲线上隙水压力都能测,且反应较迅速。在要获得现场吸查出对应的总吸力值。注意:必须待密闭室内土、空力剖面的野外量测中,如遇下雨,吸力剖面将迅速气和湿度计达到等温平衡后才能进行率定或测量
8、;变化,此时这种迅速反应的特性就显得特别重要。环境温度必须严格控制在±0.001°C。»直接测量,无须事先率定。不但人工测读方便,(1)优点:未引入多孔介质,不会受多孔材料储还可用数据采集系统自动读数,便于野外无人测量。水特性的影响,从而可在较短时间内较准确地测量(4)应用:无论野外还是室内,在量测0～85高值吸力。kPa范围的基质吸力时,可优先考虑使用张力计;还(2)缺点:率定、测量的设备都较复杂,对环境可利用张力计对其它某些吸力量测设备在0～85要求高,无法用于现场量测;无法测低于100kP
