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。

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。