專利名稱：高吸力雙池提取器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及一種壓力板提取器，其用于測量依賴于應力狀態(tài)的土 -水特征曲線(SDSWCC)，更具體地，本發(fā)明涉及一種高吸力雙池提取器， 并且甚至更具體地，本發(fā)明涉及一種應力可控制的高吸力雙池測量體積的 壓力板提取器。
背景技術：
在自然界中，陸地上幾乎所有的土坡最初都是非飽和的。為了精確地 確定非飽和邊坡的安全系數，計算土壤中的瞬態(tài)滲流量和孔內水壓是必不
可少的。為此，必須測量所謂的土-水特征曲線(swcc)，其定義了土壤吸 力與土壤的含水量或土壤飽和度之間的相互關系。常規(guī)地，土壤的swcc
通過壓力板提取器來測量，在該壓力板提取器中可以施加無限的應力，并 且假定土壤樣品的體積變化是零，盡管意識到土壤的應力狀態(tài)在理論上將
會影響swcc，并且當土壤的吸力和應力改變時，土壤樣品的體積將會發(fā)生
變化。申請人研發(fā)并公開了一種一維體積壓力板提取器，在該壓力板提取 器中，可以一維地控制總的凈正應力并測量土壤樣品的軸向變形。目前，
測量的依賴于應力狀態(tài)的SWCC被稱為SDSWCC[Ng， C. W. W. and Pang，Y.W. (2000).應力狀態(tài)對土-水特性以及斜坡穩(wěn)定性的影響
(Influence of stress state on soil-water characteristics and slope stability) .Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE. Vol. 126， No. 2. 157—166.]。
由于隱藏在本申請人先前設計的一維可控應力壓力板提取器和"Fredlund池"(GCTS公司的產品，型號為SWC-150， Fredlund SWCC設備) 之后的基本概念是相同的，這兩種設備都不能三維地控制應力狀態(tài)，以便 用來更加接近和精確地模擬實際的土壤條件。在這兩種設備上采用了軸向 轉換技術。因此，所述的吸力是基質吸力而不是總吸力。其次，不能精確 地測量土壤樣品的體積變化，這是因為在高吸力下在土壤樣品和固結儀環(huán) 之間會形成一個間隙，僅通過測量土壤樣品的垂直位移不能解決該間隙。 再次，可施加的吸力范圍受到所用的陶瓷圓盤的空氣進入值(即，典型的 小于500kPa)的限制。因此，任何測得的SWCC可能與一些實際的土壤應力 條件不是非常相關，并且是不精確的。而且，由于任何測得的SWCC被局限 到小于500kPa的吸力范圍內，這將嚴重降低SWCC在工程問題和土壤類型方 面的應用。
為了改善體積變化測量的精度，申請人及其同事們研發(fā)并公開了一 種新的"總體積變化測量系統(tǒng)"[Ng， C. W. W. ， Zhan， L. T. and Ciii， Y. J. (2002).用于測量非飽和土壤內的體積變化的一種新型簡易系統(tǒng) (A new simple system for measuring volume changes in unsaturated soils) . Canadian Geotechnical Journal. Vol. 39， No. 3, 757-764]。 在2002年設計的總體積測量系統(tǒng)中，土壤樣品在提取過程中的體積變化通 過測量參考管中和內池中特別是內池瓶頸處的水位差來測定。
基于目前廣泛接受的理論結構，普遍認為非飽和土壤的行為和特征受 到至少兩個應力狀態(tài)變量的支配，即凈的正應力和基質吸力。目前，沒有 簡單而且精確的試驗系統(tǒng)可用于在各種三維應力狀態(tài)和總吸力范圍高達 8000kPa的條件下測量土-水特征曲線。
本發(fā)明的重大意義在于通過在三維方向上控制土壤樣品的應力，通過 精確地測量土壤樣品的實際總體積變化，并且通過利用相對濕度(RH)來 控制總吸力達到8000kPa,從而克服了上述缺陷。

發(fā)明內容
為了使讀者基本了解本發(fā)明的一些優(yōu)點，以下部分是對本發(fā)明優(yōu)選方 案的簡要概述。由于這部分僅僅是一個概要，應當理解關于本發(fā)明優(yōu)選方 式的更多細節(jié)可以在本文其它地方列出的詳細說明部分找到。隨后，在本文的末尾列出的權利要求限定了本發(fā)明的各種方案，其確保了本發(fā)明的專 有權。
根據本發(fā)明構造的一種壓力板提取器的優(yōu)選方案主要包括三個部分，
即雙池提取設備、差壓檢測器系統(tǒng)和相對濕度(RH)控制系統(tǒng)。
首先，所述壓力板提取器具有雙池提取設備。該提取設備的外池包括 頂板、圓柱形側壁和底板。因此，利用所述頂板、圓柱形側壁和底板限定 了外部腔室。
所述提取設備具有安裝在外池中的內池。所述內池是末端開口的，且 設置在所述底板上，并用0型橡膠圈密封。因此，在所述內池中限定了內 部腔室。
優(yōu)選地，可以在外池內設置支撐部件，用于支撐所述內池和待測的土 壤樣品。
所述內池通過位于其上部的開口向所述外池開放。位于內池上部的開 口確保了可以向內池和外池施加相同的壓力，因此消除了任何由于內池和 外池之間的壓力差而引起的內池膨脹和/或壓縮。
待測土壤樣品被放在內池中。測試中，將土壤樣品用薄膜包裹起來是 至關重要的。所述薄膜是不滲透水且有彈性的。因此，與先前的設計相比， 在土壤樣品和它的容器之間沒有形成任何間隙的情況下，能夠實現體積變 化的精確測量。
所述內部腔室為瓶狀的且具有瓶頸。由于內池瓶頸處的直徑小于內池 其他部分的直徑，所述內池中的水位變化將被放大。測試中，水位的變化 僅發(fā)生在所述瓶頸處。因此，由于瓶頸處的橫截面小，使得對基于土壤樣 品的任何體積變化而引起的內池中水位的測量變得更加靈敏。
所述的雙池提取設備還設有垂直加載系統(tǒng)。通過頂板上的開口和內池 的瓶頸，所述的加載系統(tǒng)能夠向土壤樣品施加軸向負載。為了使提取設備 的氣密性，在頂板上的開口和加載系統(tǒng)之間使用了一些O型密封圈。所述
垂直加載系統(tǒng)還包括內部測壓元件，用于測量施加到土壤樣品上的軸向作 用力。
所述雙池提取設備設有端口 ，其用于將加壓空氣引入所述外池和所述 內池中。被引入的加壓氣體能夠在土壤樣品上施加池壓。因此，通過控制
6由所述垂直加載系統(tǒng)提供的軸向作用力和由所述加壓空氣提供的池壓，能 夠在三維方向上測試土壤樣品。
在提取過程中，為了測量由于土壤樣品的體積變化而導致的內池中的 水位變化，在外池內提供參考管。在測試中保持參考管中的水位恒定是至 關重要的。所述的參考管通過垂直立架支撐。供選地，當在外池內側使用 加壓空氣時，所述參考管安裝到所述內池的外側壁上以消除參考管的位 移。
其次，所述壓力板提取器設有高精度的差壓檢測器系統(tǒng)。所述差壓檢 測器與所述的參考管和所述的內池相連接，以檢測由于土壤樣品體積變化 導致的內池中的水位變化和參考管中的恒定水位之間的任何壓差變化。在
本發(fā)明中采用了型號為"Druck LPM9381"的差壓傳感器。
再次，所述壓力板提取器設有相對濕度控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)通過 在提取期間使空氣或水蒸氣循環(huán)通過土壤樣品而能夠控制所述土壤樣品 的相對濕度和總吸力。
最后，為了實際操作所述壓力板提取器而提供了其他的特征。例如， 設置兩個多孔盤，用于將土壤樣品夾入中間并且允許空氣或水蒸氣通過所 述土壤樣品。另外，為保持由垂直加載系統(tǒng)施加到土壤樣品上的軸向作用 力均勻，提供了頂部蓋帽來覆蓋所述多孔盤。而且，為了測量提取期間土 壤樣品的相對濕度，在多孔盤的中心部分安裝了一套相對濕度傳感器。其 間，為了測量總吸力，在多孔盤的中心部分也安裝了一套熱電偶干濕球溫 度計。
有利地是，根據本發(fā)明的壓力板提取器適用于通過在三維方向上控制 土壤樣品的應力狀態(tài)，通過精確地測量土壤樣品的實際總體積變化，并且 通過利用相對濕度控制系統(tǒng)來控制總吸力達到8000kPa，從而測量依賴于
應力狀態(tài)的土-水特征曲線(SDSWCC)。
圖l顯示了所述裝置的示意圖。所述的高吸力雙池提取器包括 外池；
位于所述外池中的外部腔室；
密封于所述外池中的內池；
位于所述內池中的內部腔室；參考管；
位于所述外池內的端口，其用于引入加壓空氣； 加壓空氣供應系統(tǒng)；
指示表，其通過內部測壓元件與垂直加載系統(tǒng)連接； 兩個多孔盤將土壤樣品夾入中間； 每個粗孔盤的中心部分安裝相對濕度傳感器； 每個粗孔盤的中心部分安裝熱電偶干濕球溫度計； 相對濕度控制系統(tǒng)與所述多孔盤連接，所述多孔盤將土壤樣品夾入中
間；
空氣泵安裝在所述多孔盤和所述相對濕度控制系統(tǒng)之間； 流量計安裝在所述多孔盤和所述相對濕度控制系統(tǒng)之間； 差壓檢測器與所述參考管和所述內池連接。
通過裝配上述組件，本發(fā)明的新型壓力板提取器能夠實現下列功能 凈應力控制，測量土壤樣品的總體積變化和進行總吸力控制。在本文的詳 細說明部分描述了所述新型壓力板提取器的操作和結構。
本發(fā)明研制了一種新型的但是簡單的應力可控高吸力雙池體積壓力 板提取器，該提取器能夠使研究人員和工程師在不同三維方向的應力狀態(tài) 和總吸力達到8000kPa的情況下精確地測量依賴于應力狀態(tài)的土-水特征 曲線(SDSWCC)。這就意味著為了利用瞬態(tài)滲透量而分析孔內的水壓分布 所測得的SDSWCC將與土壤的應力條件相關，這對于精確地計算斜坡的穩(wěn)定 性和進行地質環(huán)境工程評估是必要的。
結合附圖，M31下面對本發(fā)明的詳細描述，本發(fā)明，一步的優(yōu)點、特征和 目的將會是顯而易見的。


圖l顯示了可控應力的高吸力雙池測量體積的壓力板提取器的示意
圖2顯示了雙池總體積測量設備的照片； 圖3顯示了相對濕度控制系統(tǒng)的照片。
具體實施例方式
參照附圖，通常采用附圖標記10來代表實現本發(fā)明特征的壓力板提取 器示意性方案。壓力板提取器10包括三個主要部分，即雙池提取設備12、 差壓檢測器14和相對濕度控制系統(tǒng)16。
所述雙池提取設備12包括外池18和內池20。頂板22、底板24和側壁26 組裝在一起形成所述外池18。因此，在所述外池18內限定了外部腔室28。 所述的側壁26具有通用的圓柱形結構并且優(yōu)選是透明的，以便提供可透視 的特征。外池18的三個部分即頂板22、底板24和側壁26通過螺釘和螺母固 定在一起。應當理解，其他的固定方式也可以用于將所述的外池18固定和 裝配在一起。
當通過設置在圓柱形側壁26兩端的0型橡膠密封圈進行組裝時，所述 的圓柱形側壁26被密封到頂板22和底板24上。為了增強密封效果，優(yōu)選頂 板22和底板24分別地包括能夠容納所述側壁26的凹陷。供選地，所述側壁 26和所述底板24可以是整體結構。雖然也能使用其他許多材料，由于考慮 到強度、成本和抗腐蝕性能，所述頂板22和底板24優(yōu)選由不銹鋼或加強鋁 材料制成。
在所述頂板22的中心部分有開口38，以適用于垂直加載系統(tǒng)30穿過所 述頂板22。所述垂直加載系統(tǒng)30包括無摩擦加載臂32、內部測壓元件34 和加載桿36。為了保持所述外部壓力腔室28的氣密性，在所述開口38和所 述加載臂32之間使用了一些0型橡膠密封圈。為了消除由于無摩擦加載臂 32和0型密封圈之間的側向摩擦而導致的任何誤差，在無摩擦加載臂32和 加載桿36之間設置內部測壓元件34以便測定施加在土壤樣品上的實際軸 向作用力。在無摩擦加載臂32上設置指示表96，以測量土壤樣品48的軸向 位移。
在頂板22上有端口66，用來將空氣壓力引入所述雙池提取設備12內。 該空氣供給系統(tǒng)，在附圖中未示出，是可控的加壓空氣源或任何能夠以可 控方式提供加壓空氣的空氣供給裝置。將加壓空氣引入雙池提取設備12對 于在各種三維應力狀態(tài)下精確地測量依賴于應力狀態(tài)的土-水特征曲線
(SDSWCC)是重要的，這是因為加壓空氣能夠在全部方向上向土壤樣品48 施加池壓。優(yōu)選地，在所述底板24上設有支撐部件46，用以支撐所述的內池20 和土壤樣品48。在本發(fā)明中，基座被用作該支撐部件46。
所述內池20是末端開口的，并且優(yōu)選地，所述內池20具有通用的圓柱 形瓶狀結構。通過設置在內池20下部的0型橡膠密封圈50，內池20的下部 被密封到支撐部件46上。所述內池20和所述支撐部件通過螺釘和螺母固定 在一起。其他供選的密封部件也可以用于將所述內池20密封在所述支撐部 件46上。
一旦將內池20安裝并密封在支撐部件46上，在所述的內池20中形成內 部腔室56。內池20的上部向外池18開放。內池20的開口確保了可以將相同 的壓力施加到內池20和外池18上，因此消除了由于內池20和外池18之間的 壓力差引起的內池20的任何膨脹和/或壓縮。
塑料薄膜用于在測試中將土壤樣品48包裹起來。所述塑料薄膜包裹著 所述土壤樣品48且覆蓋著兩個多孔盤72和74，用O型橡膠密封圈密封起來。 所述薄膜是不滲透水且有彈性的。因此，內池20中的水不會進入土壤樣品， 且在測試過程中由于存在池壓，在所述土壤樣品48和所述薄膜之間沒有形 成間隙。
所述的內部腔室56為瓶狀的且具有瓶頸，即內池20的上部直徑小于內 池20的下部直徑。在測試中，水位變化60僅發(fā)生在所述瓶頸內，即所述內 池20的上部。因此，由于瓶頸處的橫截面小，從而對內池20中基于土壤樣 品48的任何體積變化而引起的水位變化60的測量變得更加靈敏。
在外池18內設置參考管62，用于和內池20中的水位變化60進行比較。 所述參考管62通過垂直桿80而支撐在支撐部件46上。供選地，當在提取中 施加池壓時，參考管62安裝到內池20的外側壁上，以便使所述的參考管62 不能相對于所述內池20移動。進一步地，在測試期間，在上部增大參考管 62的直徑以便使所述參考管62的橫截面積與所述內池20的瓶頸處的橫截 面積相同，從而所述參考管62中的水蒸發(fā)量與所述內池20中的水蒸發(fā)量相 同。而且，面積增大也能減小由于池壓變化而引起的參考管62中的水位變 化64。
為了維持由垂直加載系統(tǒng)30施加在土壤樣品48上的軸向作用力均勻 分布，在所述加載桿36的下端使用了頂部蓋帽70。所述頂部蓋帽70由不銹
10鋼或鋁制成。進一步地，在測試中設置第一多孔盤72來覆蓋土壤樣品48， 并且設置第二多孔盤74來支撐所述土壤樣品48。因此，在提取過程中，這 兩個多孔盤72和74能夠將土壤樣品48夾在中間， 一方面用于進一步均勻分 布土壤樣品48上的力和/或壓力，另一方面用于允許來自相對濕度控制系 統(tǒng)16的空氣或水蒸氣通過所述土壤樣品48。同時，由于設置了這兩個多孔 盤72和74，包含在土壤樣品48中的土壤水分在提取過程中將被壓出所述土 壤樣品48，然后進入所述相對濕度控制系統(tǒng)16。
本發(fā)明的壓力板提取器10的第二個主要部分是使用了差壓檢測器14， 所述差壓檢測器14分別通過管76和78與所述內部腔室56和所述參考管62 相連。為了將由于施加池壓而導致的連接管76和78的潛在膨脹/壓縮減到 最小，使用了銅管。檢測參考管62中的水位64和內池20中的水位60，然后 通過差壓檢測器14測量這兩個水位60和64之間的差值。在本發(fā)明中使用了 一種高精度的差壓傳感器作為所述差壓檢測器14。特別是釆用了型號為 "Druck LPM9381"的差壓傳感器(DPT)。
本發(fā)明的壓力板提取器10的第三個主要部分是使用了相對濕度控制 系統(tǒng)16。所述相對濕度控制系統(tǒng)16包括電子天平82和設置于所述天平82 上的干燥器84。水溶液86儲存在干燥器84中。所述水溶液86由氯化鈉溶液 制成。通過調整水溶液86中鹽的含量來控制相對濕度。應當理解，其它的 溶液也可以用于調節(jié)和控制相對濕度。也應當理解，其他的相對濕度調整 儀也能適用于此目的。
干燥器84與多孔盤74通過管連接，所述多孔盤74用來支撐土壤樣品 48。通過設置于所述管上的常規(guī)空氣泵90而將被調整和控制的空氣或水蒸 氣通過所述管泵送入所述土壤樣品48中。干燥器84與多孔盤72通過另一個 管連接，所述多孔盤72用來覆蓋所述土壤樣品48。在所述管上設置流量計 98，用于監(jiān)測所述空氣或水蒸氣的流速。因此，相對濕度可控的空氣或水 蒸氣將在所述土壤樣品48和所述相對濕度控制系統(tǒng)16之間循環(huán)。
為了更精確地測量和控制土壤樣品48的相對濕度，在每個多孔盤的中 心部分安裝一套相對濕度傳感器44。在每個多孔盤72和74的中心部分也安 裝一套熱電偶干濕球溫度計94。所述熱電偶干濕球溫度計94用來測量總吸 力。為了更好地理解如何操作新型的壓力板提取器IO，下面將說明本發(fā)明 的具體實施過程。
凈應力控制根據本發(fā)明的所述雙池壓力板提取器10能夠用于各種目 的的凈應力控制。
首先，像傳統(tǒng)設計的壓力板提取器一樣，新型的雙池壓力板提取器io 能夠通過僅在所述樣品48上施加軸向作用力來一維地控制凈應力。
土壤樣品48被兩個多孔盤72和74覆蓋，然后在所述土壤樣品48的徑向 上密封在不可滲透的薄膜內。而后，將所述土壤樣品48放入內池20中。提 取器10被密封以確保整個系統(tǒng)的氣密性。在提取設備12中使用了除去空氣 的水。
在提取過程中，通過垂直加載系統(tǒng)30施加作用于所述樣品48上的軸向 作用力，同時將未加壓的空氣引入所述提取設備12中。內部測壓元件34 與加載臂32連接，以便直接測量施加于所述土壤樣品48上的軸向作用力。 指示表96設置在所述加載臂32上，以便測量提取期間所述土壤樣品48的軸 向位移。因此，以可控的方式實現了一維的應力狀態(tài)。
其次，該新型的雙池提取器10能夠通過僅在樣品48上施加池壓來三維 地控制凈應力。所述池壓通過使加壓空氣源經位于頂板22上的端口66進入 外池18和內池20而施加，以便各向等壓(6=^=63)地作用于土壤樣品48 上，其中，6,和63分別為主要和次要的主應力。所述6,(主要的主應力) 表示土壤樣品48垂直方向的應力，并且所述63 (次要的主應力)表示土壤 樣品48徑向的應力。
像一維的凈應力控制一樣，土壤樣品48被密封并設置于內池20中。所 述提取器10被密封以確保整個系統(tǒng)的氣密性。在所述提取設備12中使用了 除去空氣的水。
在提取過程中，通過使加壓空氣供給源通過位于頂板22上的端口66 而將加壓空氣引入所述提取設備12中。被引入的加壓空氣將控制池水IOO 的壓力，所述池水100依次將在三維方向上向土壤樣品48施加壓力，即在 土壤樣品48的垂直方向和半徑方向上施加壓力。此時，垂直加載部件30 未被激活，并因此沒有在土壤樣品48上施加軸向作用力。因此，實現了三 維的應力狀態(tài)，在所述狀態(tài)下，垂直方向的應力與半徑方向的應力相同。再次，所述新型的雙池提取器10能夠通過同時獨立地控制樣品48上的
池壓和軸向作用力來三維地控制凈應力。因此，在各種偏應力狀態(tài)下
(6,#63)能夠實現SDSWCC的測試，其中，6,和63的含義與上述相同。
所述軸向作用力通過垂直加載系統(tǒng)30施加于土壤樣品48上。施加于土 壤樣品48上的軸向作用力通過連接到所述加載臂32的內部測壓元件34直 接測量。土壤樣品48的軸向位移通過設置于所述加載臂32上的指示表96
同時，通過將加壓空氣經頂板22上的端口66引入內池20和外池18中而 提供施加于土壤樣品48上的池壓。由于所述內池20是末端開口的設計，所 以相同的壓力可以施加到內池20和外池18。通過垂直加載系統(tǒng)30施加的軸
向作用力和通過引入加壓空氣而施加的池壓被同時并且獨立地控制。因 此，通過組合提供垂直加載系統(tǒng)30以及導入加壓空氣，以一種可控的方式 在所述土壤樣品48上施加三維應力。
最后，通過差壓檢測器14測量上述處于不同應力狀態(tài)下的土壤樣品48 的總體積變化。
測量土壤樣品的總體積變化通過采用本發(fā)明的新型壓力板提取器 10，在SDSWCC測試中能夠精確測量非飽和狀態(tài)的土壤樣品48的總體積變化。
所述測量系統(tǒng)的基本原理是記錄參考管62和瓶狀內池20之間的差壓 的變化。將由土壤樣品48的任何體積變化導致的內池20中的水位變化60 與參考管62中的恒定水位64比較，并通過精密差壓檢測器14進行測量。在 測試中，所述水位變化60僅發(fā)生在內池20的瓶頸中。因此，由于瓶頸處的 橫截面積小，將使得由于土壤樣品48的任何體積變化導致的內池20中的水 位60測量變得更加靈敏。然后，壓差變化將被轉化為所述土壤樣品48的體 積變化，并且最終獲得由于各種壓力狀態(tài)導致的土壤樣品48的體積變化。
同時，在SDSWCC測試中采用本發(fā)明的新型壓力板提取器IO，通過相對 濕度控制系統(tǒng)16控制土壤樣品48的相對濕度，進而控制總吸力。
總吸力控制在本發(fā)明的應用中，采用下述最初由 Kelvin[Fredlund，D.G. and Rahardjo, H. (1993).非飽和土壤的土壤力學 (Soil mechanics for unsaturated soils) .John Wiley & Sons, Inc.]提出的描述總吸力和相對濕度(RH)之間的相互關系的熱動力學方程來控
制施加于土壤樣品上的總吸力(V):
^ =--
In
w、,
其中，R^通用摩爾氣體常數(即8.31432J/(mol K))， 丁=絕對溫度，
v^給定溫度T下水的比容或水密度的倒數，
COv二水蒸氣的分子量，
u^孔中水蒸氣的分壓，
iVF在相同溫度T下在純水的平坦表面上水蒸氣的飽和壓力。 應當注意的是，項(uv/uv。)也稱為相對濕度(RH)?；谏鲜龅臒釀?力學方程，很容易明白能夠通過向土壤樣品48提供不同量的相對濕度(或 蒸氣分壓)來控制土壤樣品48中的總吸力(v)/)，在本發(fā)明中使用了相對濕 度控制系統(tǒng)16。相對濕度值通過調整儲存在干燥器84中的水溶液86 (即鹽 溶液)的鹽濃度來得以控制?？諝獗?0用于驅動來自所述干燥器84的頂部 空間的空氣或水蒸氣穿過土壤樣品48，并且沿著返回路線設置流量計94,
用來監(jiān)測所述空氣或水蒸氣的流速。所述空氣或水蒸氣由所述相對濕度控 制系統(tǒng)16流入土壤樣品48，并回流入所述的干燥器84中。因此，相對濕度 可控的空氣或水蒸氣在土壤樣品48和干燥器84之間循環(huán)。因此，經過一段 足夠長時間的循環(huán)，土壤樣品48的相對濕度將變?yōu)榕c所述空氣或水蒸氣的 相對濕度相同。然后，在提取中，所述土壤樣品48的相對濕度將保持與所 述空氣或水蒸氣的相對濕度一致。
在土壤樣品48的頂部和底部安裝兩個相對濕度傳感器44，用以測量所 述土壤樣品48的實際相對濕度。此外，設置兩個熱電偶干濕球溫度計94, 一個設于土壤樣品48的頂部，另一個設于土壤樣品48的底部，用于測量達 到8000kPa的總吸力。
值得注意的是，在進行測試前需要進行校準來解決表觀體積變化，該 表觀體積變化是由于池壓的變化、周圍溫度的波動、內池20的稍微變化以 及在加載桿36和內池20之間的任何相對運動而產生的。例如，對于直徑為 70mm并且高度為19mm的給定土壤樣品48， 一旦適當地校準了系統(tǒng)，體積測
14量的估計精度為大約O. 03%體積應力。
應當理解，上面顯示并描述了本發(fā)明的多種優(yōu)選實施例，以便舉例說 明本發(fā)明的不同特征以及可以實現這些特征的方式。然而，本發(fā)明并不限 制于上述實施例，而是希望僅由下面的權利要求進行限定。因此，本發(fā)明 涵蓋了所有在字面上或等同地落入所述權利要求的保護范圍內的各種形 式。
權利要求
1.一種壓力板提取器，用于確定樣品的依賴于應力的土-水特征，所述壓力板提取器包括具有外壁的容器，位于所述容器內的垂直加載系統(tǒng)，其用于在樣品上施加力，和位于所述外壁中的端口，該端口用于將加壓空氣引入所述容器中。
2、 根據權利要求l所述的壓力板提取器，其中所述容器具有內壁， 該內壁在所述容器內限定第一腔室和第二腔室，所述垂直加載系統(tǒng)設于所述第一腔室中，和 所述端口將加壓空氣引入所述第二腔室中。
3、 根據權利要求2所述的壓力板提取器，其中所述內壁具有開口， 使得所述加壓空氣能通過該開口從所述第二腔室進入所述第一腔室。
4、 根據權利要求3所述的壓力板提取器，其中所述被引入的空氣在 樣品上施加三維應力。
5、 根據權利要求3所述的壓力板提取器，其中所述垂直加載系統(tǒng)穿 過所述容器和所述開口，用于在樣品上施加軸向作用力。
6、 根據權利要求l所述的壓力板提取器，其中所述端口將加壓空氣 引入所述容器中，所述被引入的空氣和所述垂直加載系統(tǒng)一起在樣品上施 加三維應力。
7、 根據權利要求1或2所述的壓力板提取器，其中所述垂直加載系統(tǒng)進一步包括用于測定施加到樣品上的軸向作用力的內部測壓元件。
8、 根據權利要求1或2所述的壓力板提取器，其中所述垂直加載系統(tǒng)進一步包括用于測量樣品的任何軸向位移的指示表。
9、 根據權利要求2所述的壓力板提取器，其中所述第一腔室上部的 直徑小于該第一腔室其他部分的直徑。
10、 根據權利要求2所述的壓力板提取器，其中所述第一腔室是瓶狀的。
11、 根據權利要求2所述的壓力板提取器，其中所述壓力板提取器 還包括容器內的參考管。
12、 根據權利要求10所述的壓力板提取器，其中所述參考管安裝到 所述內壁的外側壁上。
13、 根據權利要求11或12所述的壓力板提取器，其中所述壓力板提 取器進一步包括與所述參考管和所述第一腔室均連接的差壓檢測器，用于 檢測所述樣品的任何體積變化。
14、 根據權利要求1或2所述的壓力板提取器，其中所述壓力板提取 器進一步包括差壓檢測器。
15、 根據權利要求1或2所述的壓力板提取器，其中所述壓力板提取 器進一步包括將樣品夾持在中間的兩個多孔盤。
16、 根據權利要求15所述的壓力板提取器，其中所述壓力板提取器 進一步包括與每個多孔盤均相連的相對濕度控制系統(tǒng)。
17、 根據權利要求l、 2或14所述的壓力板提取器，其中所述壓力板 提取器進一步包括相對濕度控制系統(tǒng)。
18、 根據權利要求1或2所述的壓力板提取器，其中所述壓力板提取 器進一步包括用于在樣品的徑向上包裹樣品的薄膜。
19、 根據權利要求18所述的壓力板提取器，其中所述薄膜是既不可 滲透的又有彈性的。
20、 一種用于測量樣品的土一水特征的方法，包括下列步驟-a) 將被兩個多孔盤覆蓋的樣品在所述樣品的徑向上密封在不可滲透 的薄膜內；b) 在所述樣品上施加軸向作用力和/或池壓，用于三維地控制所述樣品 的應力狀態(tài)；c) 測量由于施加所述軸向作用力和/或池壓而導致的所述樣品的任何 體積變化；d) 為了控制不同的總吸力，通過使來自相對濕度控制系統(tǒng)的空氣或水 蒸氣循環(huán)通過所述樣品，而控制所述樣品的相對濕度。
全文摘要
一種高吸力雙池提取器，包括限定外部腔室的外池和限定內部腔室且末端開口的內池。所述的內部腔室為瓶狀的且具有瓶頸。所述的高吸力雙池提取器也包括用于在提取過程中對土壤樣品施加軸向作用力的垂直加載系統(tǒng)。所述的高吸力雙池提取器還包括用于將加壓空氣引入外池和內池的端口。被引入的加壓空氣能夠在提取過程中在土壤樣品上施加池壓。所述的高吸力雙池提取器還包括相對濕度控制系統(tǒng)和差壓檢測器系統(tǒng)。所述的高吸力雙池提取器能夠用于在各種應力狀態(tài)以及在總吸力達到8000kPa的條件下三維地并且更精確地測量依賴于應力狀態(tài)的土-水特征曲線(SDSWCC)。
文檔編號G01N1/04GK101526442SQ20081016112
公開日2009年9月9日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權日2007年8月20日
發(fā)明者吳宏偉 申請人:香港科技大學