由于位于地下水位以上，在許多情況下土壤在其自然狀態(tài)下是不飽和的。這意味著孔隙中不僅有水(液體)，而且還有部分空氣(氣體)。由于試件內(nèi)部存在空氣以及空氣特性(如壓縮性)，此類試件的體積變化測量比飽和試件更復(fù)雜。

非飽和試件內(nèi)部空氣和水的存在會產(chǎn)生土壤吸力(當孔隙水壓力小于環(huán)境空氣壓力時)。土壤吸力影響非飽和土壤的力學(xué)特性，包括剪切和壓縮特性。因此應(yīng)在控制吸力條件下評估三軸應(yīng)力狀態(tài)下非飽和土的力學(xué)特性。

有不同的非飽和測試技術(shù)，實驗室流行的是：

??軸平移技術(shù) (ATT)

??蒸氣平衡法

??滲透法

軸平移技術(shù)是三軸測試中非常常用的方法,它涉及在土壤試件中施加和控制正氣壓和水壓(高于大氣壓力)，并允許控制土壤中的基質(zhì)吸力。該技術(shù)對于測試吸力值大于100kPa 的試件特別有用，可避免與氣蝕相關(guān)的問題。

在這種三軸試驗方法中，一個高氣壓通過值的陶土板(HAEV)放置在試件底部，在給定壓力范圍內(nèi)只允許水而不是空氣通過，而普通透水石放置在頂部。在試件中分別單獨施加和控制空氣壓和水壓，孔隙空氣壓通過普通多孔石施加到試件頂部，而孔隙水壓力通過HAEV施加到試件底部。

運行不飽和測試所需的主要組件是：

??高氣壓通過值的陶土板

??空氣壓力控制器用于孔隙空氣壓力(APC)

??GEOsys非飽和土試驗?zāi)K

??總體變測量裝置

高氣壓通過值的陶土板

在非飽和測試期間需要分離孔隙水和孔隙空氣并進行測量，為此我們使用適當飽和的高氣壓通過值的透水石。高氣壓通過值的陶土板(HAEV)允許水通過，而不是低于限定氣壓的空氣。該限定氣壓總是高于水壓，因此由于空氣壓力較高，水無法通過空氣管道。它具有從100kPa到1500kPa的多種吸入壓力，適用于從38mm到100mm的不同試件尺寸。

空氣壓力控制器（APC）

該微處理器閉環(huán)壓力控制器可針對不同的測試應(yīng)用（例如圍壓、孔隙壓力和不飽和測試）準確調(diào)節(jié)不同壓力范圍的氣壓，高可達2000kPa。無需單獨的數(shù)據(jù)記錄器將測量值從設(shè)備傳輸?shù)?PC?？諝鈮毫刂破髟诩蓴?shù)據(jù)采集和控制單元的閉環(huán)控制下工作, 包括一個高精度壓力傳感器來測量壓力?？諝鈮毫刂破骺梢酝ㄟ^觸摸感應(yīng)鍵盤直接操作，也可以通過帶有控制軟件的 PC 進行操作，并且在前面板上有一個顯示器。

總體變的測量方法

在飽和土的三軸排水試驗中，通常通過孔隙水體積變化來監(jiān)測試件的體積變化。然而對于非飽和土，試件的總體積變化不再等于孔隙水體積變化，因此傳統(tǒng)的方法不再適用。總體積變化通常包括空氣體積和空隙空間中水體積的變化，恒溫條件對于任何以水為介質(zhì)的體積變化測量方法都很重要。

方法1：試件表面應(yīng)變測量

在這種方法中，直接安裝在試件上的局部應(yīng)變測量裝置測量試件的軸向和徑向變形，并計算總體積變化。應(yīng)變測量裝置可以在高壓下工作，根據(jù)類型可以覆蓋用戶的所有測試的壓力范圍。

浸入式局部環(huán)向應(yīng)變測量裝置用于直徑從38到100mm的試件，包括一個高精度LVDT傳感器，在測試過程中測量試件的平均徑向應(yīng)變。鏈條由許多小鏈段組成，它們在試件上相互單獨地滾動，并且可以針對不同的試件尺寸進行配置。

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這種方法適合小變形試驗，并提供良好的低應(yīng)變(體積變化)值，但需要有一定剛度的試件。此外當試件傾向于變形為桶形時，試件中間徑向變化的單次測量值對于要求高精度的測試來說不夠具有代表性。這種方法可以與雙壁三軸室法或VPC相結(jié)合，以獲得非常好的結(jié)果。

此方法所需的組件：HAEV板、空氣壓力控制器控制氣體孔壓、徑向應(yīng)變測量裝置、非飽和試驗?zāi)K

方法2：雙壁三軸室

雙壁三軸室包括一個內(nèi)室和一個外室，它們在測試過程中具有相同的圍壓。這樣內(nèi)外室的壓力相同，內(nèi)室的膨脹將被小化，因此內(nèi)室的體積基本保持恒定。

加載時三軸室中圍壓液體的體積變化主要就是土樣體積變化，流體的體積變化，三軸室體積以及管道等變化的總和。由于消除了內(nèi)室的膨脹問題，因此可以利用一些必要裝置（體積壓力控制器或 APC 和自動滴定管），監(jiān)控流入和流出內(nèi)室的水量，來準確測量試件的總體積變化。

雙壁的另一個優(yōu)點是試件定位，當試件準備好并被膜覆蓋時，將三軸室放下并固定在設(shè)計的位置，使試件干擾非常小。這種方法與試件局部應(yīng)變測量方法的結(jié)合，為非飽和試驗提供了高精度。

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此方法所需的組件：雙壁三軸室、HAEV盤、內(nèi)室的壓力體積控制器、外室的壓力控制器、孔隙空氣壓的壓力控制器、非飽和試驗?zāi)K

方法3：使用體積壓力控制器 (VPC) 直接測量孔隙水和孔隙空氣體積變化

在這種方法中，我們使用兩個體積壓力控制器(VPC)，其中一個控制孔隙水壓力。首先將無氣水注入體積壓力控制器VPC中，并將其連接到試件底部以控制孔隙水(反壓)并自動測量孔隙水體積變化。另一個體積壓力控制器VPC用于控制孔隙空氣壓力，連接到測試件品的頂部，使我們能夠控制孔隙空氣并以高分辨率測量孔隙空氣體積變化，該VPC的腔體由空氣填充。

如前所述，孔隙空氣壓力須始終高于孔隙水壓力，因此可以通過使用孔隙水體積變化和孔隙空氣體積變化之間的簡單方程來獲得試件的總體積變化。德國Wille制造的自動機電壓力體積控制器是注射式無脈沖泵，可為不同試驗準確產(chǎn)生和調(diào)節(jié)壓力，在各種范圍內(nèi)提供準確的流量控制。該設(shè)備用于與室內(nèi)試驗中各種流體和氣體的壓力或流量控制，如水、油或空氣，也可用于腐蝕性介質(zhì)。

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此方法所需的組件：孔隙空氣壓力的體積壓力控制器、水的壓力體積控制器、HAEV盤、非飽和軟件模塊

方法4：差壓傳感器 (DPT)測量附加內(nèi)室中的水頭

測量試件總體積變化的另一種方法是使用差壓傳感器(DPT)與開口內(nèi)室相結(jié)合并測量內(nèi)室中的水頭。差壓傳感器 (DPT)連接到兩室的水體，即內(nèi)室中包圍土壤的水體和外室中的水體。

雙室中的內(nèi)室是一個簡單的開口室，DPT監(jiān)測外室和內(nèi)室之間的水壓差。試件體積變化引起的內(nèi)室水位變化，為我們計算試件體積變化提供了所需的數(shù)據(jù)。Geosys軟件控制內(nèi)室和外室的水壓力，以及試件內(nèi)部的孔隙空氣壓力。所有傳感器都進行準確校準，同時在內(nèi)室中使用無氣水，可以獲得很高的試驗精度。

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該試驗方法需要的組件：內(nèi)室、低量程高精度壓差傳感器、HAEV板、施加孔隙空氣壓力的氣壓控制器、非飽和試驗軟件模塊