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土水特征曲線壓力板儀在稀土礦開采工程中的應用

原地溶浸采礦開采工藝越來越廣泛運用于離子型稀土開采過程中,但在溶浸液長期滲入及化學作用下,巖體物理化學性質發生改變,使得邊坡強度降低,造成邊坡失穩。江西理工大學工程研究院贛南某稀土礦邊坡為研究對象,利用引進土水特征曲線壓力板儀，運用室內模擬浸泡試驗分析了該礦稀土土樣的工程性質,并采用數值模擬方法分析了邊坡的穩定性,并給出了相關結論,為贛南離子型稀土開采過程中邊坡治理工作提供參考依據。

時間： 2016年5月16-19日

地點：第二綜合實驗樓527

1、系統簡介

Geo-experts土水特征曲線壓力板儀是一套簡便易用的非飽和土試驗裝置，用于應力相關的土水特征曲線及滯后性現象的研究，是研究一定應力下土壤與水分之間物理關系的基本工具。應力相關的土水特征曲線是指在一定應力狀態下非飽和土的基質吸力（土體內部的孔隙氣壓與孔隙水壓的差值）與含水量或飽和度之間的關系曲線。應力相關的土水特征曲線是非飽和土的一個重要基本性質，表征土體在一定應力狀態、不同吸力下的持水能力。

對于任何土，本儀器均可獲得不同應力狀態下完整的脫濕和吸濕土水特征曲線。該儀器的壓力板儀配有兩個不同規格的壓力表和調節器，在抵押范圍提高控制精度。本儀器系統的設置可控制基質吸力高達1500kPa，但是具體的基質吸力控制范圍取決于陶土板的進氣值。相較于傳統的土水特征曲線壓力板儀，除了測量土體在不同基質吸力下水體積變化外，本儀器還可以給土體施加一維荷載，并可以精確測量土體體積的變化。本儀器測得的應力相關土水特征曲線比傳統的土水特征曲線更加準確，更接近現場土的性質。

試驗系統

2、試驗步驟

（1）飽和陶土板  可以將底座整體抽真空飽和；也可以通過壓力板儀進行飽和，方法是在陶土板表面鋪上無氣水，從上往下用與陶土板進氣值接近的氣壓來施加壓力，直到陶土板下方連出的管路幾乎沒有氣泡產生時為止，此時飽和完成。

（2）試樣的準備  原狀試樣的制作，要按規定切削土樣，并合理存放，減少水分流失；重塑土樣，按照實驗所需的干密度和含水量來制備，通過烘干、碾散、稱量、加水拌合和壓實制好土樣，并合理存放。

（3）試樣的飽和  原狀樣和重塑樣都要進行飽和。通過真空飽和器完成，先加小真空，用無氣水飽和透水石至少30分鐘。再用透水石加濾紙夾持試樣放入，真空飽和器中，加真空飽和約48小時后，觀察到沒有明顯氣泡時，飽和完成。

（4）預固結   即給土樣施加一個要求的軸向應力（需要修正計算）。

（5）脫濕和吸濕  逐步增大或減小吸力值，已達到含水量的變化。整個過程中的原則是：實驗時，土樣中的水分只有單一流向，水只能留到不承壓的自由端水平管中；注意不要讓水流出水平管，流出之前將水吸入右邊的量管中；將氣泡通過沖刷引入集氣瓶中，并排出。

3、土水特征曲線試驗結果

將試樣飽和之后放入壓力室，施加基質吸力，通過玻璃管測定試樣排水量，實驗結束之后測定試樣殘余含水量，反推得到每級基質吸力下的飽和度，最后通過VG模型進行你和得到如下結果：

4、注意事項

該系統在使用過程中有如下幾點需要注意：

（1）沖刷

沖刷是通過洗耳球分別在左右量筒中施加小壓力，讓氣泡在管路中移動，最后搜集到集氣瓶中的過程。沖刷前后需要記錄兩邊量筒的讀數，有時需要重復好多次，必要時需要碾壓管路使得氣泡移動。

（2）集氣瓶刻度對準

方法一：通過洗耳球堵住集氣瓶頂部，通過控制頂部的小段空氣來實現液面的變化，此法需要多練，還需要一定的手感；

方法二：將水平管拆下，通過連通器原理，調節水平管水位來控制集氣瓶的液面位置。

（3）陶土板飽和

陶土板需要完全飽和才能夠達到過水不過氣的效果，一般情況下陶土板飽和時間為4小時左右。

（4）謹慎操作

該設備包括大量玻璃測量裝置，在操作過程中注意不要用力過猛，防止損害儀器以及玻璃碎片對人體造成傷害。

5、 結論

該項目各方的共同努力下，順利通過調試，可以開展科研試驗。我們用粘土樣樣進行的試驗得到了可靠的試驗數據，在整個安裝調試和培訓過程中系統 運行穩定，操作簡便，數據可靠，能夠反映土體含水量隨基質吸力的變化關系，系統性能較好，學校教師可以馬上使用這套設備開展教學和高質量的科學研究項目試驗工作。