非饱和土吸力测量及控制技术研究综述.doc

非饱和土吸力测量及控制技术综述摘要有关非饱和土力学测量技术资料有不少,本文比较和讨论了各个方法的优越性、不足及应用。对进一步的研究有一定参考价值。一、引言非饱和土力学与饱和土力学相比, 其发展缓慢, 而测量技术的发展很大一部分决定了该研究的进展程度。吸力的有无事区分非饱和土和饱和土的分水岭, 所以目前首要解决的是吸力量测方面的技术问题。非饱和土中的吸力可以分为基质吸力和渗透吸力。在涉及的大多数岩土工程中可用基质吸力变化来代替总吸力的变化。目前几种主要的吸力测量设备和技术有直接测量技术和间接测量技术。二、直接测量技术 ,有: ①使用者可根据精确度、灵敏度、反应时间、耐久性、维护情况、数据采集广度和价格等指标选用压力传感器, 即真空表、水银压力计或压力变换器。真空表张力计主要用在灌溉规划中, 不适合测量非饱和土水力梯度; 装配有压力变换器的张力计不需要维护且精度高,能随时自动记录大量数据,适合跟踪浸润线,但易受热扩散、水和气收缩等不稳定效应影响; 普通压力变换器价格低, 可通过测量温度和用二次多项式拟和测量数据来校正非线性和温度的影响, 但需从长期稳定性角度重新标定周期。②保证陶瓷头与土之间水流连续并且微小扰动, 自然流量场是获得可靠吸力数据的关键。陶瓷头涂上泥浆与土体紧密接触, 安装后用原状土回填并压实。若土质干燥, 加一些测试现场的水, 形成连续水流, 减小透过陶瓷头的渗透吸力的影响。若用水建立水力联系, 陶瓷头附近的吸力会减小, 但随着水扩散到土体中又逐渐恢复。若要测量吸力梯度, 可以用多根小直径张力计安装在同一个钻孔中。深处安装张力计需用沉井, 沿垂直井壁方向钻孔安装陶瓷头。③用加热磁搅拌器的抽气机抽气 24h ,脱气效果。张力计连接管与补水容器喷嘴之间要严防漏气。在记录数据前, 抽气并让张力计自平衡以便得到真实数据。另外, 湿土、完全脱气水都是得到可靠数据的有利条件。(1) 使用要求:①最测系统中一旦出现空气就会使封闭系统的孔隙水压力 t 侧出锗, 确保张力计管中始终无空气至关重要。使用前, 必须确保陶瓷头无堵塞、无裂缝, 然后尽可能地除去张力计中的空气,并将张力计的陶瓷头和塑料管用去除空气的水饱和。②在地面记录到的压力表读数必须根据张力计管中的水柱高度进行位头修正。(2) 局限性:①张力计的陶瓷头必须与土接触良好,以确保土中水与张力计管中水连续, 但这一点( 尤其是在野外时) 不易确定.②陶瓷头较脆弱,易开裂,一旦开裂便不能再用(下面的两种方法也存在这一问题)。③测量范围会受“气蚀”现象的限制: 当孔隙水压力接近负一个大气压时, 水会气化, 使量测系统中进气而无法正确读数。可见, 用张力计量测到的负孔隙水压力的绝对值不会超过一个标准大气压.④量测范围还会受陶瓷头的进气值的限制: 要保证陶瓷头的进气值必须大于待侧的墓质吸力, 否则空气将穿过陶瓷板进入盘测系统( 下一方法也存在这一问题)。(3) 技术优势:①不受外界环境限制,而且体型小、易携带,室内、野外量测都适用。②正、负孔隙水压力都能测, 且反应较迅速。在要获得现场吸力剖面的野外量侧中, 如遇下雨, 吸力剖面将迅速变化, 此时这种迅速反应的特性就显得特别重要.③直接侧量, 无须事先率定。不但人工侧读方便,还可用数据采集系统自动读数,便于野外无人测量。(4) 应用