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土水特征曲线压力板仪在稀土矿开采工程中的应用

原地溶浸采矿开采工艺越来越广泛运用于离子型稀土开采过程中,但在溶浸液长期渗入及化学作用下,岩体物理化学性质发生改变,使得边坡强度降低,造成边坡失稳。江西理工大学工程研究院赣南某稀土矿边坡为研究对象,利用引进土水特征曲线压力板仪，运用室内模拟浸泡试验分析了该矿稀土土样的工程性质,并采用数值模拟方法分析了边坡的稳定性,并给出了相关结论,为赣南离子型稀土开采过程中边坡治理工作提供参考依据。

时间： 2016年5月16-19日

地点：第二综合实验楼527

1、系统简介

Geo-experts土水特征曲线压力板仪是一套简便易用的非饱和土试验装置，用于应力相关的土水特征曲线及滞后性现象的研究，是研究一定应力下土壤与水分之间物理关系的基本工具。应力相关的土水特征曲线是指在一定应力状态下非饱和土的基质吸力（土体内部的孔隙气压与孔隙水压的差值）与含水量或饱和度之间的关系曲线。应力相关的土水特征曲线是非饱和土的一个重要基本性质，表征土体在一定应力状态、不同吸力下的持水能力。

对于任何土，本仪器均可获得不同应力状态下完整的脱湿和吸湿土水特征曲线。该仪器的压力板仪配有两个不同规格的压力表和调节器，在抵押范围提高控制精度。本仪器系统的设置可控制基质吸力高达1500kPa，但是具体的基质吸力控制范围取决于陶土板的进气值。相较于传统的土水特征曲线压力板仪，除了测量土体在不同基质吸力下水体积变化外，本仪器还可以给土体施加一维荷载，并可以精确测量土体体积的变化。本仪器测得的应力相关土水特征曲线比传统的土水特征曲线更加准确，更接近现场土的性质。

试验系统

2、试验步骤

（1）饱和陶土板  可以将底座整体抽真空饱和；也可以通过压力板仪进行饱和，方法是在陶土板表面铺上无气水，从上往下用与陶土板进气值接近的气压来施加压力，直到陶土板下方连出的管路几乎没有气泡产生时为止，此时饱和完成。

（2）试样的准备  原状试样的制作，要按规定切削土样，并合理存放，减少水分流失；重塑土样，按照实验所需的干密度和含水量来制备，通过烘干、碾散、称量、加水拌合和压实制好土样，并合理存放。

（3）试样的饱和  原状样和重塑样都要进行饱和。通过真空饱和器完成，先加小真空，用无气水饱和透水石至少30分钟。再用透水石加滤纸夹持试样放入，真空饱和器中，加真空饱和约48小时后，观察到没有明显气泡时，饱和完成。

（4）预固结   即给土样施加一个要求的轴向应力（需要修正计算）。

（5）脱湿和吸湿  逐步增大或减小吸力值，已达到含水量的变化。整个过程中的原则是：实验时，土样中的水分只有单一流向，水只能留到不承压的自由端水平管中；注意不要让水流出水平管，流出之前将水吸入右边的量管中；将气泡通过冲刷引入集气瓶中，并排出。

3、土水特征曲线试验结果

将试样饱和之后放入压力室，施加基质吸力，通过玻璃管测定试样排水量，实验结束之后测定试样残余含水量，反推得到每级基质吸力下的饱和度，最后通过VG模型进行你和得到如下结果：

4、注意事项

该系统在使用过程中有如下几点需要注意：

（1）冲刷

冲刷是通过洗耳球分别在左右量筒中施加小压力，让气泡在管路中移动，最后搜集到集气瓶中的过程。冲刷前后需要记录两边量筒的读数，有时需要重复好多次，必要时需要碾压管路使得气泡移动。

（2）集气瓶刻度对准

方法一：通过洗耳球堵住集气瓶顶部，通过控制顶部的小段空气来实现液面的变化，此法需要多练，还需要一定的手感；

方法二：将水平管拆下，通过连通器原理，调节水平管水位来控制集气瓶的液面位置。

（3）陶土板饱和

陶土板需要完全饱和才能够达到过水不过气的效果，一般情况下陶土板饱和时间为4小时左右。

（4）谨慎操作

该设备包括大量玻璃测量装置，在操作过程中注意不要用力过猛，防止损害仪器以及玻璃碎片对人体造成伤害。

5、 结论

该项目各方的共同努力下，顺利通过调试，可以开展科研试验。我们用粘土样样进行的试验得到了可靠的试验数据，在整个安装调试和培训过程中系统 运行稳定，操作简便，数据可靠，能够反映土体含水量随基质吸力的变化关系，系统性能较好，学校教师可以马上使用这套设备开展教学和高质量的科学研究项目试验工作。