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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学申请的专利快速测试土水特征曲线及土体冻结特征曲线的系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118707073B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-02发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410723985.4，技术领域涉及：G01N33/24；该发明授权快速测试土水特征曲线及土体冻结特征曲线的系统及方法是由司君岭;郑好;任道驹;樊少冰;刘善鹏;麻崇前;孙田星设计研发完成，并于2024-06-05向国家知识产权局提交的专利申请。

本快速测试土水特征曲线及土体冻结特征曲线的系统及方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种快速测试土水特征曲线及土体冻结特征曲线的系统及方法，所述系统包括压力室、气压加载系统、温度控制系统、水体积量测系统组成、数据采集系统，其中：所述压力室由金属模具、底座、盖板、高进气值陶土板组成；所述气压加载系统由气压计、电子压力控制器组成；所述温度控制系统由低温恒温冷浴水槽、硅胶软管组成；所述数据采集系统由温度传感器、孔隙水压计、数据采集仪和计算机组成。本发明解决了目前土水特征曲线测试效率低、无法直接获取土样的连续土水特征曲线及冻融循环后土水特征曲线操作繁琐以及无法获得连续的冻结特征曲线的问题。本发明能够同时测试试样的土水特征曲线及冻结特征曲线。

本发明授权快速测试土水特征曲线及土体冻结特征曲线的系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种快速预测土水特征曲线及土体冻结特征曲线的方法，其特征在于所述方法利用快速测试土水特征曲线及土体冻结特征曲线的系统进行土水特征曲线及土体冻结特征曲线快速预测，所述系统包括压力室、气压加载系统、温度控制系统、水体积量测系统、数据采集系统，其中： 所述压力室由金属模具、底座、盖板、高进气值陶土板组成； 所述金属模具的顶部与盖板之间、金属模具的底部与底座之间为可拆卸连接； 所述压力室通过盖板上的进抽气口与气压加载系统的输出端连接，用于控制压力室内的气压； 所述底座中心设有排水孔，底座上内嵌有与压力室内径适配的高进气值陶土板； 所述气压加载系统由气压计、电子压力控制器组成，气压计与电子压力控制器连接，电子压力控制器与压力调节器连接，电子压力控制器通过压力调节器以一定速率调节气压值，从而控制金属模具内的气压，气压计用于测量金属模具内的气压； 所述水体积量测系统与排水孔连接，用于测量水体积变化； 所述温度控制系统由低温恒温冷浴水槽、硅胶软管组成，低温恒温冷浴水槽通过硅胶软管与金属模具侧壁连接，使冷媒在金属模具侧壁内循环以实现试样的冻结融化； 所述数据采集系统用于获取试样内部的环境信息，由温度传感器、孔隙水压计、数据采集仪和计算机组成，数据采集仪与温度传感器、孔隙水压计和计算机连接，温度传感器、孔隙水压计通过盖板上的通孔连接至压力室内，实时测试试样的温度及孔隙水压力，数据采集仪将实时采集到的测试试样的温度及孔隙水压力传输至计算机中； 包括如下步骤： 步骤一、试样及高进气值陶土板饱和： 步骤一一、通过击实试验获取土体的最佳含水率和最大干密度；计算在一定压实度下的干密度，并称取在该干密度下压实至指定体积所需的干土质量；然后将土体按照最佳含水率分层压实至指定体积，使试样紧贴底座的陶土板和金属模具的四壁； 步骤一二、将底座与金属模具放入真空饱和装置中进行脱气操作，将该装置中的空气抽出，使其内部成为一个低压或真空状态，去除装置内的空气，避免后续蒸馏水渗透到试样的孔隙中时形成气泡；之后，打开该装置下侧的旋钮，使蒸馏水没过金属模具后关闭旋钮；此过程中，为避免陶土板一侧产生负压，需要从陶土板一侧进行吸引操作，确保陶土板两侧的压力平衡，防止陶土板因压力不均而损坏或影响试样的饱和过程； 步骤一三、在蒸馏水充分脱气后，停止抽气，并向压力室施加100kPa的空气压力；施加空气压力后，继续从陶土板一侧进行吸引操作，以便将试样中的空气抽出，使蒸馏水能够充分渗透到试样的孔隙中，从而达到完全饱和的状态； 步骤一四、饱和完成后，测量饱和后试样的总质量； 步骤一五、将盖板与金属模具的顶部连接，并用密封圈密封； 步骤一六、将温度传感器和孔隙水压计插入至试样的中心位置； 步骤二、脱湿和吸湿： 步骤二一、脱湿：电子压力控制器通过压力调节器以一定速率增大气压值，从而增大试样中的基质吸力，随着基质吸力增大，试样中的水逐渐向下渗透并排出试样外，穿过陶土板后经排水孔排入至水体积量测系统，水体积量测系统获取试样内的排水量； 步骤二二、吸湿：电子压力控制器通过压力调节器以一定速率减小气压值，从而减小试样中的基质吸力，随着基质吸力减小，水经排水孔从水体积量测系统穿过陶土板吸入至试样中，水体积量测系统获取试样内的吸水量； 步骤二三、使用数据采集仪实时获取试验过程中孔隙水压计的数值，能够实时测量试样内的孔隙水压力，进而能够实时得到试样内的基质吸力，基质吸力为孔隙气压减去孔隙水压，无需等到吸力平衡； 步骤二四、由步骤一测得的饱和试样的质量、干土的质量以及试验过程中的排水量，可换算出不同吸力下的质量含水率，换算关系如下所示： 式中，为湿土质量,为干土质量，为质量含水率； 步骤二五、利用下式计算即可得到不同吸力值下的体积含水率： 式中，为体积含水量，为土体干密度； 步骤二六、按设定速率加压至目标值，待水体积量测系统不再变化时，说明土样已达到脱湿平衡，以基质吸力为横坐标，横坐标为log坐标，体积含水量为纵坐标，使用VanGenuchten或Fredlund-Xing模型拟合绘制试样的脱湿土水特征曲线； 步骤二七、按设定速率减压至目标值，待水体积量测系统不再变化时，说明土样已达到吸湿平衡，以基质吸力为横坐标，横坐标为log坐标，体积含水量为纵坐标，使用VanGenuchten或Fredlund-Xing模型拟合绘制试样的吸湿土水特征曲线； 步骤三、土体冻结特征曲线测试： 步骤三一、按照步骤一将试样及陶土板进行饱和，之后使用低温恒温冷浴水槽对试样冻结，待孔隙水压计数值不发生变化后，停止冻结； 步骤三二、使用数据采集仪实时获取试验过程中温度传感器和孔隙水压计的数值，由步骤二测得的土水特征曲线换算出当前温度下试样中的未冻水含量；以温度为横坐标，试样的未冻水含量为纵坐标，绘制试样的冻结特征曲线； 步骤四、冻融后土水特征曲线测试： 步骤四一、按照步骤三一对试样进行冻结； 步骤四二、冻结完成后对试样进行融化，按照步骤二测得试样冻融循环后的土水特征曲线。

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