土水特征曲線壓力板儀在稀土礦開采工程中的應(yīng)用
原地溶浸采礦開采工藝越來越廣泛運(yùn)用于離子型稀土開采過程中,但在溶浸液長(zhǎng)期滲入及化學(xué)作用下,巖體物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變,使得邊坡強(qiáng)度降低,造成邊坡失穩(wěn)。江西理工大學(xué)工程研究院贛南某稀土礦邊坡為研究對(duì)象,利用引進(jìn)土水特征曲線壓力板儀，運(yùn)用室內(nèi)模擬浸泡試驗(yàn)分析了該礦稀土土樣的工程性質(zhì),并采用數(shù)值模擬方法分析了邊坡的穩(wěn)定性,并給出了相關(guān)結(jié)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(jù)。
時(shí)間： 2016年5月16-19日
地點(diǎn)：第二綜合實(shí)驗(yàn)樓527
1、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
Geo-experts土水特征曲線壓力板儀是一套簡(jiǎn)便易用的非飽和土試驗(yàn)裝置，用于應(yīng)力相關(guān)的土水特征曲線及滯后性現(xiàn)象的研究，是研究一定應(yīng)力下土壤與水分之間物理關(guān)系的基本工具。應(yīng)力相關(guān)的土水特征曲線是指在一定應(yīng)力狀態(tài)下非飽和土的基質(zhì)吸力（土體內(nèi)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(guān)系曲線。應(yīng)力相關(guān)的土水特征曲線是非飽和土的一個(gè)重要基本性質(zhì)，表征土體在一定應(yīng)力狀態(tài)、不同吸力下的持水能力。
對(duì)于任何土，本儀器均可獲得不同應(yīng)力狀態(tài)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(gè)不同規(guī)格的壓力表和調(diào)節(jié)器，在抵押范圍提高控制精度。本儀器系統(tǒng)的設(shè)置可控制基質(zhì)吸力高達(dá)1500kPa，但是具體的基質(zhì)吸力控制范圍取決于陶土板的進(jìn)氣值。相較于傳統(tǒng)的土水特征曲線壓力板儀，除了測(cè)量土體在不同基質(zhì)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(cè)量土體體積的變化。本儀器測(cè)得的應(yīng)力相關(guān)土水特征曲線比傳統(tǒng)的土水特征曲線更加準(zhǔn)確，更接近現(xiàn)場(chǎng)土的性質(zhì)。
試驗(yàn)系統(tǒng)
2、試驗(yàn)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(jìn)行飽和，方法是在陶土板表面鋪上無(wú)氣水，從上往下用與陶土板進(jìn)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(chǎn)生時(shí)為止，此時(shí)飽和完成。
（2）試樣的準(zhǔn)備 原狀試樣的制作，要按規(guī)定切削土樣，并合理存放，減少水分流失；重塑土樣，按照實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jìn)行飽和。通過真空飽和器完成，先加小真空，用無(wú)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(shí)后，觀察到?jīng)]有明顯氣泡時(shí)，飽和完成。
（4）預(yù)固結(jié) 即給土樣施加一個(gè)要求的軸向應(yīng)力（需要修正計(jì)算）。
（5）脫濕和吸濕 逐步增大或減小吸力值，已達(dá)到含水量的變化。整個(gè)過程中的原則是：實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(yàn)結(jié)果
將試樣飽和之后放入壓力室，施加基質(zhì)吸力，通過玻璃管測(cè)定試樣排水量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后測(cè)定試樣殘余含水量，反推得到每級(jí)基質(zhì)吸力下的飽和度，最后通過VG模型進(jìn)行你和得到如下結(jié)果：
4、注意事項(xiàng)
該系統(tǒng)在使用過程中有如下幾點(diǎn)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(dòng)，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(shù)，有時(shí)需要重復(fù)好多次，必要時(shí)需要碾壓管路使得氣泡移動(dòng)。
（2）集氣瓶刻度對(duì)準(zhǔn)
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(shí)現(xiàn)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(diào)節(jié)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(dá)到過水不過氣的效果，一般情況下陶土板飽和時(shí)間為4小時(shí)左右。
（4）謹(jǐn)慎操作
該設(shè)備包括大量玻璃測(cè)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(duì)人體造成傷害。
5、 結(jié)論
該項(xiàng)目各方的共同努力下，順利通過調(diào)試，可以開展科研試驗(yàn)。我們用粘土樣樣進(jìn)行的試驗(yàn)得到了可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在整個(gè)安裝調(diào)試和培訓(xùn)過程中系統(tǒng) 運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)可靠，能夠反映土體含水量隨基質(zhì)吸力的變化關(guān)系，系統(tǒng)性能較好，學(xué)校教師可以馬上使用這套設(shè)備開展教學(xué)和高質(zhì)量的科學(xué)研究項(xiàng)目試驗(yàn)工作。
