非饱和土试验操作手册
非饱和试验步骤-动三轴
非饱和土试验步骤1．控制器充排水：试验之前先将控制器中的水排出一部分然后再吸水，确保控制器中水装满2/3且无气泡；2．饱和陶土板:：施加不超过50kPa的反压，打开孔压传感器端阀门，排出管路和底座内部的气泡，然后关闭阀门，当发现陶土板上表面完全被水覆盖表明陶土板基本饱和；3．安装试样：安装试样时小心土颗粒，特别是砂子掉入压力时内部，安装试样尽量采用三半模以减小对试样的扰动；4．内压力室和参照管注水：试样装好之后安装内压力室，将差压传感器的两根管道分别与内压力室和参照管相连，给内压力室和参照管注水，打开湿湿差压传感器上部的堵头，排出管路中的气泡，气泡排完后保证参照管水位大约在2/3位置，内压力室水位在细管中间位置；5．安装外压力室：安装压力室之前确保轴向力传感器处于最上位置，安放压力室时观察拉伸帽是否压住试样，螺栓需要对称拧紧；6．荷重传感器清零：通过软件对力传感器清零；7．调接触：调节荷重传感器位置，观察荷重传感器读数，当读数达到0.005左右时锁紧轴向加载杆；8．压力室充水：打开压力室顶部排气孔的堵头，打开进水阀门给压力室注水，装满之后关闭进水阀门和排气孔的堵头；9．加压检查：通过电脑施加20kPa围压，观察压力室是否漏水，观察孔压传感器读数是否迅速上升到与围压值相等，如果相等则橡皮膜破裂；10.吸力平衡：吸力平衡阶段主要的目的是给试样施加一个基质吸力让试样由饱和状态变成非饱和状态。
为了保护设备并让试样与压力杆接触，在设置压力时应该遵循一个原则：轴向压力>径向压力>孔隙气压>反压；11.等吸力固结：等吸力固结也采用应力控制模块。
等吸力固结时反压和孔隙气压保持不变，同步增大围压和轴向压力，过观察反压体积是否稳定来判断固结是否完成；12.等吸力剪切：剪切包括应力控制和应变控制。
剪切过程一定要比较缓慢避免孔隙水压力发生较大变化；13.压力卸载：试验完成之后要卸载压力，卸载压力时应该按照由内向外的一个原则，即卸载压力的顺序是反压、孔隙气压、轴压和围压(注意轴压采用体积清零进行卸载)。
GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法_李孝平 (1)
灾害与防治工程2008年第2期(总第65期)GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法李孝平 王世梅 李晓云 赖小玲摘要:与传统三轴仪相比,GDS三轴仪有着显著的优势。
对GDS三轴仪的组成部分、工作原理和试验过程中的具体操作进行了详细介绍,并应用GDS三轴仪研究了某高心墙堆石坝非饱和土填料的强度特征,得到了该土样的抗剪强度参数。
关键词:GDS三轴仪; 非饱和土; 陶土板; 基质吸力The Method of Unsaturated Soil with GDS Tri-axial Apparatus Li Xiaoping Wang Shimei Li Xiaoyun Lai XiaolingA bstract Compared w ith co nventio nal tri-axial appa ratus,tri-axial apparatus GDS has no-table advantages.The paper illustrates tri-axial apparatus GDS in detail,including the com po nent and the principle to the specific ope ra tion in the testing pro cess.Some GDS tri-axial tests w ere carried out herein to analyze unsaturated soil strength fo r so me em bank-m ent filling m aterial,and we receiv e the shear strength pa rameters.Keywords GDS tri-axial apparatus; unsaturated soil; ceramic disk; m atric suctio n传统三轴仪暴露出很大弊端[1],而GDS标准应力路径试验系统与常规三轴仪相比,有其突出的特点。
非饱和土固结试验
石家庄铁道大学研究生课程论文培养单位土木工程学院学科专业建筑与土木工程课程名称非饱和土力学任课教师考试日期 2015.1.15学生姓名学号研究生学院非饱和土固结实验报告一、非饱和土固结试验工程意义土体的压缩变形特性决定了地基沉降量的大小和固结时间的长短, 尤其是非饱和土体的压缩变形特性是目前工程界关注的焦点。
在荷载作用下，土体中产生超孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土中水被排出，超孔隙水压力逐渐消散，土体中有效应力逐渐增大，直至超孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。
饱和土的固结可视为孔隙水压力的消散和土骨架有效应力相应增长的过程。
非饱和土的孔隙中同时含有气体和水，固结过程中，土中水和气会发生相互作用，非饱和土要涉及两种介质的渗透性，而且非饱和土的渗透性受土的结构性影响相当显著。
这些使非饱和土的固结过程非常复杂。
由于土体内部结构复杂, 使得非饱和土体在固结变形特性上与饱和土体存在巨大差异, 同时也导致非饱和土地基在设计和施工中存在大量不确定因素。
因此掌握非饱和土体的固结变形机理, 并且有针对性的对地基沉降加以控制是目前极待解决的问题。
二、实验方案通过一维固结试验，利用实验数据整理出在分级施加垂直压力p下试件的竖向变形s与时间t的s-t曲线、试件排水v与时间t的v-t曲线以及e-p曲线，研究非饱和重塑粉质粘土在饱和度Sr=0.569下的压缩变形特性。
1.土样本实验使用重塑非饱和粉质粘土，土的压实度DC=0.9 、含水率w=12%、土粒比重Gs=2.72、最大干密度pdmax=1.92g/com，实验中的试件尺寸为Ф61.8mm×H20mm，总质量m=116.04g，其中固体颗粒质量ms=103.6g2. 实验设备本实验采用的非饱和土固结仪（如图1-1所示）由中国人民解放军后勤工程学院、电力部电力自动化院大坝所、江苏省溧阳市永昌工程实验仪器有限公司联合研制生产。
其主要结构有:2.1 压缩部件：由压缩容器、压力室座、导环、陶土板、透水板、加压帽表杆支座等组成，承放土样用。
非饱和土力学 实验报告
（1）控制竖向净正压力p为常数的收缩试验。试验时先给试样施加一定的竖向压力p，待变形和排水速率满足指定要求时，再逐级施加气压力，即逐级增大基质吸力。由此可得竖向净正压力p不为零的广义土—水特征曲线，将其用于非饱和土问题的分析计算能反映上覆压力的影响，更符合实际情况。
（2）控制气压力的不排水压缩试验。试验中要量测水压力和竖向变形，含水率保持不变，饱和度则发生变化
（2）排水v为纵坐标，时间t为横坐标，作排水与时间的v—t曲线。
图4
由图4可看出随着竖向荷载的不断加大试样的排水量呈曲线形增加，并且在开始加压时排水的速度较快，之后速度越来越慢，最后逐渐趋于稳定。
（3）孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，作孔隙比与压力的孔隙比与压力的e - p曲线。
图5
由图5可知随着竖向荷载的不断加大，土的孔隙比逐渐减小，且在竖向荷载小于600kpa时减小的速度较快，600kpa之后曲线趋于平缓。
最后感谢冯老师和同学的指导和帮助。
总结
（1）首先配制含水量W=12%的土，放到保鲜袋里静置一天再使用。（2）制备土样，注意分两层击实，试样静置一天以备明天使用。（3）将土样压入固结容器内，并且保证固结容器的陶土板清洁、湿润，顺次放上洁净而湿润的滤纸，在试样上再置洁净而湿润的滤纸和透水石各一，最后放下导环和加压上盖，加装竖向压缩位移传感器，保证试样与仪器上下各部件之间接触良好。（4）实验分级加载前，应先满足气水平衡条件。实验结束后，应先关闭气压阀门，扭转三相排水阀门至闭合状态，吸去固结容器内的水。（5）实验加载最大加到1200kpa就可以。
（3）试样的压缩量用位移传感器量测，数据自动采集
(二)其它试验仪器
天平、换刀、量杯、击样器、修土刀、钢丝锯、滤纸、凡士等。
非饱和土壤导水率的测定
张力
导水率
cm
cm/hour
-5
-20
-30
-55
Wood 公式：土壤非饱和导水率与入渗速 Gardner 公式：饱和导水率与非饱和
率之间的关系
导水率之间的关系
Ksat：饱和导水率
h:不同张力
八、实验注意事项
1、保证盘和沙子的接触情况良好； 2、测量过程中，一定要保持气泡收集管的底部和入渗盘的尼龙膜在同一个水平面上。 3、测量开始之前确保两管几间的夹子打开，负压管的夹子也打开，尼龙盘及与水塔间软管 均无气体。 4、每一次测量前都要求加水至规定的标准位置。先关闭连接软管的阀门，加水后再打开。
九、预习与思考题
测量时为什么从高的张力测量值开始？例如 15cm，10cm，5cm。
十、实验报告要求
1、除按报告纸格式要求填写外，实验数据处理中要体现原始数据，和简单的处理过程， 2、主要包括分析本实验所得结果的正确性都受何条件影响 3、对本次实验后面思考题的解释。
⑴找一个脸盆类的储水容器，拔掉入渗盘一头的连接软管接头，将盘放入容器中，抽气， 注意要将盘中的空气全部排掉。
⑵关闭连接软管中部的阀门，打开储水管顶部的盖子，往管子里加水至离顶部 5 厘米处， 盖上盖子。 操作该步骤同时提起水塔，将连接软管的接头连接到入渗盘上，打开软管上的阀门前后 晃动水塔，使软管里的空气进入储水管，然后将水塔、入渗盘放在一个平台上，注意平 台表面的清洁。 ⑶往气泡收集器加水直至离顶部 7 厘米处，最后插入气压调节管。［张力值就是通过气 泡收集器调节的，假如要测量 xcm 水张力下的导水率，就需要将压力调节管的底端调节 到气泡收集管水面下（X＋4.6）厘米处］ 每一次测量前都要求加水至上述的标准位置。先关闭连接软管的阀门，加水后再打开。 5.测量 1）除去圆环外的沙子。（用于计算导水率的有效直径沙环的直径。） 2）去掉金属环，将入渗盘放到沙子上； 3）检查盘和沙子的接触情况，保证接触良好； 4）测量过程中，一定要保持气泡收集管的底部和入渗盘的尼龙膜在同一个水平面上。 5）测量记录之前确保两管之间的夹子打开，负压管的夹子也打开，尼龙盘及与水塔间软管 均无气体。 6）需要测定不同的土壤张力，可以调节气泡收集管的压力调节管，重复以上步骤。测量时 从高的张力测量值开始，例如 15cm，10cm，5cm。
GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法
摘要： 与传 统 三轴仪 相 比 ， ＤＳ三轴 仪有 着 显著 的优 势． ＧＤ Ｇ 对 Ｓ三轴仪 进 行 了详 细 介 绍 ， 其 组 成 从 部分 、 工作 原理 到试 验过 程 中的具 体 操作 ， 应用 Ｇ 并 ＤＳ三轴 仪研 究 了某高 心 墙 堆 石 坝 非饱 和 土填
料 的强度特 征 ， 到 了该 土样 的抗 剪 强度参 数． 得 关键 词 ： ＤＳ三轴仪 ； 非饱 和 土 ； 陶土 板 ； 基 质 吸力 Ｇ 中图分 类号 ： Ｕ４ １ Ｔ １ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ２９ ８ ２ ０ ） ５０ ３ —４ １ ７ —４ Ｘ（ ０ ８ ０ —０ ７０
（ ． Ｃ ｌ ｇ ｆＣｉｉ １ ｏ ｌ ｅ ｏ ｖｌ＆ Ｈ ｙ ｒ ｐ ｗｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ，Ｃｈｎ ｒ ｅ Ｇｏ ｇ ｓ Ｕ ｎｖ ｅ ｄ ｏ ｏ ｒＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉａ Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｉ．，Ｙｉｈ ｎ ４ ０ ２ ｃ ａ ｇ ４ ３ ０ ，Ｃｈ ｎ ； ２ ｉａ ．
方 式 ， 免 了 由 外 部 测 量 所 造 成 的 一 系 列 误 差 ， 而 避 因
压 控制 器分 别 控 制 轴 向压 力 、 围压 和 反 压 ， １台气 压
控 制器 控制 孔 隙气压 ）压 力 室 和数 据 采 集 系统 （ 括 、 包
传感器 、 数据采集 板和 电脑 ） ３大部 分组 成． ４台控 制 器
ｓ ｍｅ ｅ ｂ ｎ ｍｅ ｔｆｌ ｎ ｔ ｒａ ． Ｆ ｎ ｌ ｏ ｍ ａ ｋ ｎ ｉ ｉ ｇ ｍａ ｅ ｉ １ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ，ｉ ｈ ａ ｔ ｅ ｇ ｈ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ． ｔ ｓ ｅ ｒ ｓ ｒ ｎ ｔ ａ ａ ｔ ｒ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｓ
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非饱和土试验操作手册
GDS 非饱和土模块GDS 非饱和土三轴试验系统操作手册孔孔©GDS Instruments Ltd,2003关于本手册UNSAT用户手册描述了作为目前GDS三轴系统扩充的GDS非饱和土试验系统。
关于安装和运行UNSAT系统软件请参考GDSLAB软件手册。
该手册也可以和相应的GDSTTS，GDSTAS等系统的手册结合使用。
关于本手册 (1)1 简介 (3)2 GDSLAB 非饱和土软件模块 (3)3 如何完成非饱和土试验? (3)3.1 方法1 – GDS 1000cc 气压/体积控制器 (4)3.2 方法2 – HKUST 内压力室 / 差压测量 (6)3.3 测量大气压的要求 (8)3.4 用于非饱和土试验的GDS UNSAT底座 (8)3.5 高进气值陶土板的特性. (9)4 准备高进气值陶土板（饱和） (11)5 准备用于非饱和土试验的试样 (12)5.1 设置饱和度 (12)5.2 土水特征曲线 (12)5.3 在饱和或不饱和条件下的排水试验 (13)1 简介GDS非饱和土系统是传统三轴试验的扩展，主要用来研究地下水位以上的土地特性，可以模拟现场的应力状态和饱和状态。
应力路径的使用使得大多数标准试验可以模拟实际状态下饱和和非饱和试样的轴向和径向应力和孔隙水压、孔隙气压试验。
4D线性应力路径试验可以模拟现场的状态，轴向和径向应力，孔隙气压和水压可以同时变化。
在应力路径的每一个分支，计算每一个压力控制器的不连续的中间目标值。
对于这个试验，要进行下一个不连续的目标值，所有四个压力控制器必须汇聚到他们的当前目标值。
试验的影响是只能运行最慢的压力控制器的最大速度（通常是孔隙气压控制器，因为气体比除气水的压缩性更高）。
2 GDSLAB非饱和软件模块GDSLAB非饱和土试验模块的主要部分是4维应力路径。
4D应力路径可以同时控制孔隙气压、孔隙水压、径向和轴向控制器。
规则与饱和土试验中的应力版本（2D）一样，只是增加了控制孔隙气压和孔隙水压的功能。
GDSlab2.5操作手册中文版6e-4D 非饱和土应力路径
6e 4D 非饱和应力/应变路径模块(普通非饱和土试验)6.1 可以完成的试验∙应力路径提供独立的轴向应力，径向应力，孔隙气压力和孔隙水压力的线性控制。
∙应变路径提供独立的轴向应变，径向应变，孔隙气压力和孔隙水压力的线性控制。
6.2 硬件要求∙应力/应变路径∙轴向应力/应变控制/数据采集（即Bishop 和 Wesley 压力室+体变控制，荷载架等）∙径向应力控制/采集∙孔隙气压控制/采集∙孔隙水压控制/采集∙硬件选项∙独立的大气压测量∙独立的温度测量6.3 试验过程从站点试验计划（Station Test Plan）窗口中的添加试验阶段（Add Test Stage）面板上选择试验控制模块：4DUNSAT .dll点击创建新试验阶段（Create New Test Stage）按钮，打开试验阶段详细菜单（Test Stage Details）。
选择要求的试验类型，轴向应力或轴向应变控制。
6.3.1 轴向应力控制4D应力/应变路径设置屏幕（如下）将在黄色窗口显示当前读数。
试验类型（轴向应力控制或轴向应变控制）可从试验类型下拉菜单选择。
默认试验是轴向应力控制，如下所示。
输入试验要求的目标轴向应力(σa)，径向英里（σr），孔隙气压（μa）和孔隙水压值（μw）（全部以kPa为单位），然后输入达到目标值所需要的时间。
如果在试验过程中孔隙气压力和体积保持不变，在复选框中打√以维持该值。
注：本试验将完成当前值和目标值之间的线性应力路径。
软件将一直保持用户设置的路径，但是，当其中任何一个参数达到较慢时，试验就会慢下来。
该点在非饱和土试验时非常关键，因为此时气压控制器需要较大体积的变化，以达到压力变化。
速度较慢。
一部分原因是孔隙气压一直都大于孔隙水压-这样保证高进气值陶土板的完整性。
点击下一步（Next）按钮进入下一个阶段（见6.3.3节）。
6.3.2 轴向应变控制轴向应变控制可以从“试验类型”下拉菜单选择。
gds非饱和三轴仪操作流程
gds非饱和三轴仪操作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!GDS非饱和三轴仪的操作流程详解GDS非饱和三轴仪是一种先进的土工测试设备，主要用于研究和分析土壤的非饱和特性，如孔隙水压力、剪切强度等。
非饱和土壤导水率的测定
六、实验步骤
1. 检查气密性 拔掉入渗盘上连接软管的接头，关闭软管上的阀门，使用手动泵给管子充气到100mb，不要 充太足以免损坏仪器。密封气体出口，将管子放入水中，仔细察看有没有气体泄露，有的话 根据不同的漏气部位采取不用的措施。 2.校准仪器（校准应该教师在实验室完成）
得到非饱和导水率和土壤表面张力的关系式。
根 据 WOOD 于 1968 年 提 出 了 在 半 径 为 R 的 土 壤 上 稳 态 入 渗 速 率 的 计 算 公 式
Q = πr 2 K[1 + 4 ] （1） πrα
和 Gardner 公式 K (h) = K sat exp(αh) （2）
将 Gardner 公式代入 Wood 公式得：
三、仪器设备
SW080B 渗透仪
主要组件： 1. 气泡收集管（细管）：用于设定土壤表面张力 2. 蓄水管（粗管）：储存水，用于测量导水率
3. 入渗盘：和土壤接触，为土壤表面提供压力
4. 连接软管：连接水塔和入渗盘，中间有阀门来控制水的供应。
四、所需耗材
蒸馏水，硅质砂子
五、实验原理、方法和手段
SW080B用于快速，简单、准确地测量原位土壤在不同张力条件下的非饱和导水率并可以
《非饱和土壤导水率的测定3
一、实验目的
1、了解圆盘入渗测定非饱和土壤水导水率的原理
2、学会 SW080B 入渗仪的操作方法
实验要求：必修
3、利用原始数据熟练计算
二、实验内容
一定时间内测出不同张力（即水下 15cm，10cm，5cm）下稳渗的渗流量（其中时间由秒 表表征，渗入地下的水量由水塔内的水位差表征），求得饱和导水率 Ksat，进而求得非饱和 导水率。
土壤非饱和导水率安全操作及保养规程
土壤非饱和导水率安全操作及保养规程背景介绍土壤非饱和导水率（Unsaturated Hydraulic Conductivity，UHC）是描述土壤中水分运移能力的一个重要参数，具有广泛的应用价值。
在土壤水文学、灌溉管理、污染控制、农业生态等领域，UHC都具有重要意义。
然而，UHC测试和应用过程中，需要进行一系列的安全操作和保养工作，以确保测试结果准确可靠、仪器设备安全可靠。
本文就土壤非饱和导水率测试的安全操作及保养规程进行详细阐述。
安全操作规程1.在进行UHC测试前，需进行仔细的地表观察，确认测试区域是否存在危险物质、地面塌陷、较陡峭的斜坡、高压电线等危险情况。
如果存在以上情况，则需要采取必要的安全措施，如设立围栏、清理杂物、提前与电力公司联系等。
2.操作人员必须穿标准化的工作服、工作帽和工作手套。
在进行UHC测试时，应避免穿松散的衣物、长发披散等，以免被卷入测试器材或装置中造成伤害。
3.在UHC测试时，应使用专业的测试仪器和设备，如水分传感器、气压计、流量计等。
测试仪器的选择应符合国家标准，并且需要经常进行维护检修，在使用前进行检查、校正。
操作人员需要经过专业培训，在熟练操作前不得单独操作，严禁私自改装、随意拆卸、乱用电源等行为。
4.在进行UHC测试时，应保持测试区域周围的清洁和整洁，避免杂物阻碍测试的进行。
操作人员应当妥善保管测试仪器和设备，避免受到损坏。
保养规程1.在测试仪器使用前，应进行全面的检查和维护。
特别是测试装置中的水管、气管、电线等部分，应进行仔细的检查和清洁。
任何损坏的部分应及时更换和修理，避免在使用过程中出现意外情况。
2.在测试仪器使用过程中，应注意保持设备的清洁和干燥。
特别是测试装置中的传感器、计量器、流量计等部分，应注意避免受到异物干扰，防止误差的产生。
3.在测试仪器使用后，应定期进行维护和清洗。
对于测试仪器和设备，应根据生产厂家的建议和说明，进行定期的维护和保养。
同时，也需要严格遵照厂方提供的保养手册，对测试仪器进行定期的清洗和消毒。
KUPF非饱和导水率测量系统使用说明书
（2）新建测量项目，让仪器自动运行12小时（正式实验前）；
（3）观察张力计的读数曲线是否为一条稳定的0基线；
3.4
（1）打开"KupF apparatus”软件，点击 新建测量项目，并进行命名：
（2）10个.txt文件出现在软件界面中；
将提篮对号悬挂于星状臂上，取走两侧的试管，并把带孔的盖片插入环刀和提篮之间的缝隙内，以备蒸发过快时使用。
自由旋转一下机械臂看是否正常旋转，并不会触碰到升降台。检查张力计的线缆不要缠绕到机械臂上，要求自由悬挂。
检查完成之后可以“TURN”开关进行旋转一周测试。
2.6
室内温度要一致，该仪器最好置于单独的房间，频繁的开门和关门会影响土壤水分蒸发，不要让阳光直接照射到测量桌上。
钻孔设备用于安装张力计
校准和注水工具(压力计,泵,适配器,注射器和真空室)
手册和操作视频
1.4
样品数
1~10
样品环容积
250 cm3
柱状样品的截面积
41 cm2
测量的时间间隔
10~40分钟
称重的分辨率
0.01克
水势范围
0~约90kpa
总重
约40公斤
尺寸
100×70×40cm
供电
220V/1A
通讯接口
（3）文件后面的控制按钮对文件的备注信息进行更改，如样品的土壤类型、特点等；
（4）点击保存按钮对该项目进行保存；
（5）将仪器连接到电脑上，打开电源开关给仪器供电，点击软件的 按钮连接仪器，如果通讯正常，会提示“当前仪器中已存在一个旧的测量项目，是否进行下载”，我们选择NO，加载我们新建的项目到仪器中；
土壤非饱和水力传导度野外试验方法
土壤非饱和水力传导度野外试验方法宋长虹;王影桃【摘要】非饱和水力传导度是多孔介质中水流运动的重要参数之一,在进行较大区域尺度土壤水动力学模型模拟时,选择客观准确而实用的试验方法对其进行测量显得尤为重要.对国内外非饱和水力传导度的试验方法进行了充分的调研,比较了各种主流试验方法的原理和实用范围,并分析了各自的优缺点,突出阐述了适用于野外试验的方法.为进行较大区域尺度土壤水动力学模型模拟奠定了基础.【期刊名称】《黑龙江水利科技》【年(卷),期】2017(045)007【总页数】5页(P8-12)【关键词】非饱和水力传导度;野外试验;饱和水力传导度;空间变异性【作者】宋长虹;王影桃【作者单位】黑龙江水利水电勘测设计研究院,哈尔滨 150080;黑龙江水利水电勘测设计研究院,哈尔滨 150080【正文语种】中文【中图分类】S152.7传统的地面灌溉中肥料随着水流从地表到土壤再到地下水发生淋失现象，是地下水污染的主要原因之一。
由于肥料在土壤中的运移离开土壤水流的作用，故在研究肥料在土壤中的迁移时，常以土壤中水流运动为基础。
土壤非饱和水力传导度野外测试方法作为区域施肥对地下水造成面源污染的主要影响因素之一，其检测评定手段和客观依据的客观准确及实用性显得尤为重要。
测量非饱和水力传导度的方法分为间接法和直接法。
间接法计算在已知土壤水分运移的其他参数(如水分特征曲线、饱和水力传导度、水分扩散率等)后，通过它们相互之间固有的关系，来间接推求非饱和水力传导度。
间接法分为通过水分特征曲线和通过水分特征曲线及水分扩散率推求非饱和水力传导度两类。
直接法分为室内及野外测量两类。
室内测量主要有稳定入渗法、稳定蒸发法及非稳定流瞬时剖面法等，野外试验主要有零通量面法和瞬时剖面法两种。
由于室内试验法无法满足较大区域尺度的测量需要，故在研究区域较大，需要考虑区域空间变异性时，通常采用野外试验的方法。
文章主要介绍了几种间接测量非饱和水力传导度的野外试验方法。
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GDS 非饱和土模块GDS 非饱和土三轴试验系统操作手册孔孔©GDS Instruments Ltd,2003关于本手册UNSAT用户手册描述了作为目前GDS三轴系统扩充的GDS非饱和土试验系统。
关于安装和运行UNSAT系统软件请参考GDSLAB软件手册。
该手册也可以和相应的GDSTTS，GDSTAS等系统的手册结合使用。
关于本手册 (1)1 简介 (3)2 GDSLAB 非饱和土软件模块 (3)3 如何完成非饱和土试验? (3)3.1 方法1 – GDS 1000cc 气压/体积控制器 (4)3.2 方法2 – HKUST 内压力室 / 差压测量 (6)3.3 测量大气压的要求 (8)3.4 用于非饱和土试验的GDS UNSAT底座 (8)3.5 高进气值陶土板的特性. (9)4 准备高进气值陶土板（饱和） (11)5 准备用于非饱和土试验的试样 (12)5.1 设置饱和度 (12)5.2 土水特征曲线 (12)5.3 在饱和或不饱和条件下的排水试验 (13)1 简介GDS非饱和土系统是传统三轴试验的扩展，主要用来研究地下水位以上的土地特性，可以模拟现场的应力状态和饱和状态。
应力路径的使用使得大多数标准试验可以模拟实际状态下饱和和非饱和试样的轴向和径向应力和孔隙水压、孔隙气压试验。
4D线性应力路径试验可以模拟现场的状态，轴向和径向应力，孔隙气压和水压可以同时变化。
在应力路径的每一个分支，计算每一个压力控制器的不连续的中间目标值。
对于这个试验，要进行下一个不连续的目标值，所有四个压力控制器必须汇聚到他们的当前目标值。
试验的影响是只能运行最慢的压力控制器的最大速度（通常是孔隙气压控制器，因为气体比除气水的压缩性更高）。
2 GDSLAB非饱和软件模块GDSLAB非饱和土试验模块的主要部分是4维应力路径。
4D应力路径可以同时控制孔隙气压、孔隙水压、径向和轴向控制器。
规则与饱和土试验中的应力版本（2D）一样，只是增加了控制孔隙气压和孔隙水压的功能。
同时控制孔隙气压、孔隙水压、轴向和径向参数可以完成大多数线性变化的非饱和土试验。
手册的最后介绍了这样的试验。
绘制的新参数包括基质吸力(Ua-Uw)，饱和度和孔隙比。
3 如何完成非饱和土试验?非饱和土三轴试验应用反压和气压来测试试样，这样可以进行控制除完全饱和条件下非饱和土的试验。
该系统可以使用数据采集界面来测量轴力、轴向位移、局部轴向和径向应变、孔隙压力、差压和大气压力。
非饱和土三轴试验的主要难度在于精确测量试样的体积变化。
目前GDS使用两种方法测量体积变化。
第一种通过使用GDS压力/体积控制器。
使用一个水压/体积控制器测量水的体积变化，一个气压/体积控制器测量气体体积变化。
这两个值加起来可以计算试样中的总的体积变化。
第二种，是HKUST（香港科技大学）型，通过测量位于主三轴压力室中内压力室的体积，使用差压传感器测量水头的变化。
3.1方法1–GDS1000cc气压/体积控制器一个先进的充满除气水的水压/体积控制器，用来控制孔隙水压（反压）以及测量孔隙水体积变化。
一个充满空气的气压/体积控制器，用来控制孔隙中空气体积变化。
将孔隙中空气和水的体积变化相加可以估算试样总体积的变化。
高级2MPa/1000cc空气压力/体积控制器与高级2MPa/1000cc充满除气水的压力/体积控制器在结构上类似。
该控制器的控制软件是经过特别设计的用于极低刚度的空气。
当使用空气压力控制器时，必须注意以下几点：控制器可以从零压力开始运转，控制器提供足够的体积变化。
这里1000cc是必需的。
该控制器可以通过一个压缩的空气源提供预压。
这能够在自身压缩时“节省”体积。
控制器被特别设计成控制气压。
这是因为内置于控制器程序中的目标压力搜寻规则对于空气（极软）与水（比空气硬的多）来说是不同的。
气压量程为2MPa，分辨率为1 kPa。
体积量程为1000 cc，分辨率为1 cu.mm （即0.001cc）。
当进行非饱和土试验时，传感器的连接和空气/水压连接比完全饱和的试样试验要复杂。
为了满足这个要求，对非饱和土试验的GDS压力室有一个改进，提供额外连接的12通道接口。
这个环通常叫做通道环。
GDS1000cc空气压力/体积控制器非饱和土试验的直接体积测量方法是使用带有空气压力/体积控制器和改进的带有高进气值陶土板底座的标准饱和试验系统。
气压连接到试样顶部。
气压和水压保持在一个压力差，从而在非饱和土中产生一个“吸力”值。
通过测量空气体积变化和水的体积变化之和就可以计算出试样体积总变化。
轴向力当进行非饱和土试验时，知道试样的总体变是非常必要的。
可以通过以下技术得到：通过控制器体变得到直接在试样内部控制/测量气压和水压及体变。
这需要使用一个GDS压力/体积控制器控制试样中的空气压力和体变。
第二个控制器用来控制孔隙水压和体变。
从这两个控制器得到的体积变化总和就是试样体积变化值。
为了完成该计算，必须已知以下参数：试样干重干比重试样饱和度控制器中空气的体积控制器中空气的体积可以通过向控制器充满除气水的方式计算出来。
将控制器的体变设为零，然后排空控制器。
倒转控制器，使接头处于该设备的最低点。
取下塑料管，在接头的下面放一个已知质量的大口杯，充满（空气）和排空控制器，直到再没有水出来为止。
称大口杯的重量，从水的重量计算体积。
该体积为控制器的净体积。
出入排空命令使控制器活塞向前运动到极限。
将体积设为零。
出入填充命令，使控制器活塞向后运动到极限，显示的体变值应加入到净体积中。
得到控制器的总体积。
试验应该都是从后极限开始。
必须回答以上所有问题才可以计算出整个系统中气体的体积。
这是运用Boyle气体方程(pV=krT)必须获得的常数。
通过小应变测量值得到通过我们的霍尔效应局部应变传感器在试样上直接测量局部直径和轴向变形。
从测量到的局部应变值，你可以估算到试样体积的变化。
这是一个估算值，因为试样准确的几何尺寸无法得到。
通过压力室体变得到通过测量压力室体积变化得到试样总体变。
这种方法并不理想，因为压力室的刚度不是无限的，因此试样加载的变化和围压的变化都会使压力室产生变化。
另外，还要求系统的温度非常稳定。
很小的温度变化都会使压力室中水的体积产生较大的变化。
3.2 方法2–HKUST内压力室/差压测量第二种方法测量体变的方法是通过使用三轴压力室中的内压力室，使用一个灵敏的差压传感器测量体积。
双通道气压控制器用来控制内压力室和外压力室的围压以及控制试样中的孔隙气压。
装有试样的内室通过差压传感器和参照管相连。
由于试样变形会引起内室中水的变化从而导致水位的上升和下降。
通过比较内室中的压力和参照管中的压力，有正确的标定系数就可以决定压力差变化引起的内室体积变化。
使用一个双通道气压控制器替代了一个水压和气压/体积控制器来控制围压和孔隙气压。
使用外置的压力源例如空压机，双通道气压控制器控制压力最大可以达到1000kPa。
孔隙气压和试样顶部连接。
围压也用气压来施加。
围压和三轴压力室顶部相连，压力室充满一半水。
一定要确保没有水从围压管路流到双通道气压控制器中，否则会导致损坏。
在三轴压力室中，试样位于第二个压力室中。
这样测量内室体积的变化就可以得到压力室体积的变化，最大限度地减少了温度和压力变化引起的误差。
下面是系统的示意图：双通道气压控制器加在试样顶部(Ua)关于该方法的详细介绍和描述，请参考下面的文章：Ng, C.W.W., Zhan, L.T. & Cui, Y.J. (2002). A new simple system for measuring volume changes in unsaturated soils. Canadian Geotechnical Journal. Vol. 39, No. 3, 757-764.3.3测量大气压的压力空气压力控制器中的压力传感器测量与空气有关的压力。
对于系统压力测量来说，这是正确的，因为是使用同一个参考值。
然而，空气体积变化与气体绝对大气压力值有关。
如果我们假设大气压力可以从900毫巴变化到1100毫巴（这是一个很大的范围）这代表围绕大气压力变化±10Kpa。
假设200cc体积的气体在15Kpa下（约115Kpa绝对大气压），气体规律可以表示为PV=KRT=常数，即PV=115*200=23000。
如果大气压力变化10Kpa，控制器将调节压力至相对大气压15Kpa。
但这时将是125（100+10+15）绝对大气压。
此时，PV=23000=125*V，其中V=184cc。
因此，由于大气压力变化，在控制压力中没有明显变化，但体积测量变化为16cc。
从该计算中可以看到将大气压力考虑进去的必要性。
将200Kpa绝对压力传感器连接到DTI，大气压力测量可以校正储存的结果。
3.4用于非饱和土试验的GDS UNSAT底座当进行非饱和土试验时，将孔隙中的空气和孔隙中的水分隔开是很必要的，因为只有这样才能水压和气压之间维持一个压力差。
这个分离可以通过一个高进气值陶土板（HAEPD）来实现。
当HAEPD被充分饱和后，将维持一个等于进气值的最大气/水压力差（气压大于水压）。
HAEPD的性能描述如下：在GDS系统中，HAEPD是固定在底座上的。
孔隙水从压力室的外部连接到HAEPD的底部。
注意：保持HAEPD底部的压力与顶部的压力之差不要超过50Kpa是很重要的。
“高进气值”陶土板有一个特别的功能（如果保持饱和）：在陶土板的一边水压为xkPa，而另外一边气压为（x+y）kPa，空气不能穿过该物质。
Y值就是“进气值”。
通常（在非饱和土试验中）HAEPD顶部的压力（孔隙中空气的压力）要高于底部的压力。
陶土板可以很好的维持这种状态并保持一个进气值的压力差。
3.5HAEPD 的特性3.5.1孔隙尺寸陶土板的孔隙尺寸是关键性的，因为它直接关系到陶土板的进气值和渗透系数（将在下节详细解释）。
陶土板孔隙率的变化与孔隙的尺寸和分布有关。
附图显示了不同陶土板的孔隙尺寸。
3.5.2进气值进气值，也叫气泡压力，对陶土板来说，就是阻止空气穿过陶土板的压力。
陶土板的进气值定义为：P=30x⌠/D.相反，陶土板的孔隙尺寸可以由以下方程决定：D=30x?/P,式中D=孔隙直径，以微米为单位P=进气值或者气泡压力以汞柱高（mm）表示⌠=水的表面张力，单位为达因/cm.水的表面张力在20?C时为72dynes/cm。
例如，有1巴（也可表示为14.5psi或 100kPa或 750mm汞柱高）气泡压力的陶土板孔隙尺寸可以这样计算：D=30x72/750D= 2.9微米从上面的方程可以看到，陶土板孔隙尺寸越小，陶土板的进气值就越高。
相反，陶土板的大孔隙将导致低进气值。
陶土板的孔隙不是完美的球形。