SDSWCC 土水特征曲线压力板仪实验教程
土壤水势测量仪使用方法及操作步骤
土壤水势测量仪使用方法及操作步骤我国农业灌溉用水量约占全国用水总量的 80％以上，灌溉用水的的有效利用率只有约40％，即有60％左右的水不能被作物利用。
这样的方法进行灌溉，不仅无法合理的利用水资源，同时又浪费为数不多的水资源。
在近年来我国不断研究提高水分利用率的方法，通过使用测量仪器准确了解土壤干旱情况在进行合理的灌溉，具体的检测仪器有：多参数土壤测量仪，通过对土壤水分含量的检测进行合理的灌溉，但是不能忽视土壤性质，土壤张力计，则是通过测量土壤的土壤水势含量，以此来进行判断墒情，该店在农业中的运用比较的多，同时也能准确的保证土壤墒情的准确测定，土壤水势测定仪与土壤张力计类似，均是测定水势的专业测定仪器，在测定的过程中通过如下方式进行保养维护能够延长仪器的使用寿命。
1、水势探头的加水频度。
埋设于田间的水势探头其仪器内的气泡会逐渐增加。
其增加速度与土壤干燥度有关。
为保持仪器的灵敏度，应定期打开橡皮塞往管内注满水。
第次加水的时间间隔可根据测定的土壤水势值来判断：当测得土壤水势为0~20KPa范围时，约12天加一次水。
当测得土壤水势为20~50KPa范围时，约7天加一次水。
当测得土壤水势为＞50KPa范围时，约5天加一次水。
每次加水在当天取得读数后进行。
2、橡皮塞的更换。
水势探头的橡皮塞应塞紧。
皮塞由氯丁橡胶制成，不易老化，弹性好。
针刺后的皮塞不会漏气。
长期使用若发生漏气现象时，可更换橡皮塞。
每支水势探头配有3只皮塞。
3、注射针的更换。
若发生注射针折断现象，应更换新的。
4、常规项目维护方案。
请勿敲击液晶显示屏将物体放在液晶显示屏上；请勿用指甲、利器或尖的物体按功能键。
使用和搬运过程中要轻拿轻放。
不要自行拆卸、修理或改造本机。
土壤水势测量仪仪器简介：土壤水势测量仪简称土壤水势测定仪可以在田间定位检测和观测土壤水势，从而可进一步获取土壤水份、温度、导水率等土壤水利性质参数。
土壤水势测量仪型号列表：型号功能区别TRS-II手持式，同时测定土壤水势温度。
平板吸力仪测土壤水分特征曲线
(2) 准备好的土壤样品环放置在陶土板上，陶土板上小心 加水，使样品能够吸取至少16个小时，达到充分饱和。然后 用吸管吸掉陶土板上多余的水分。
(3) 将压力室组装好，注意避免土壤颗粒接触0形环，从 而加压过程中将其损坏。
(4) 调节压力调节阀，逐渐加到所需压力；如果土样环和 土壤有1cm高，可在48小时内达到平衡，某些土壤的平衡时间 可以为18～20小时。如果样品环和样品的高度增加1倍，平衡 时间可能延长4倍。可以在出水管口放置一小量桶，如果量筒 内的水位长时间没有变化则可认为达到平衡。
一、 实验原理
压力膜仪法是加压使土壤水分流出，土壤基质势降低， 直到基质势与所加压力平衡为止，它可应用于扰动土和原状 土，测定特征曲线的形状与土壤固有的特征曲线相符，适用 于土壤水分动态模拟。
把饱和了的陶土板放入15bar压力室内，将陶土板边缘 的出水孔用细管与出水口连通，并将饱和土样放置在陶土板 上。在密闭条件下，向压力室内施加正压力，这时，土样中 的水分将通过陶土板向外界渗流，直到土壤的持水能力与压 力相等时，排水过程结束，如果再次增加压力，土样会继续 通过陶土板向外界排水，直至土壤持水能力与新施加的压力 相等，达到平衡，水分不再运动，记录每次施加的压力值， 并称重每次达到平衡后的土样的重量，就可以得到一系列水 分吸力与土壤含水量的对应值，从而得出该土样的土壤水分 特征曲线。
2bar
不同压力时环刀+土样重 g 4bar 6bar 8bar 10bar 12bar
水分特征曲线的测定
土壤水特征曲线的测定[压力膜（板）法]土壤水特征曲线是土壤水管理和研究最基本的资料，是非饱情况下，土壤水分含量与土壤基质势之间的关系曲线。
完整的土壤水特征曲线应由脱湿曲线和吸湿曲线组成，即土壤由饱逐步脱水，测定不同含水量情况下的基质势，由此获得脱湿曲线；另外，土壤可以由气干逐步加湿，测定不同含水量情况下的基质势，由此获得吸湿曲线。
这两条曲线是不重合的，我们把这种现象称为土壤水特征曲线的滞后作用。
通常情况下，由于吸湿曲线较难测定，且在生产与研究中常用脱湿曲线，所以只讨论脱湿曲线的测定。
土壤水特征曲线反映了非饱和状态下土壤水的数量和能量之间的关系，如果不考虑滞后作用，通过土壤水特征曲线可建立土壤含水量和土壤基质势之间的换算关系。
这样做，有时会带来一定的误差，但在大多数情况下，一场降雨或灌溉后，总是有很长时间的干旱过程，在这种情况下，由脱湿曲线建立的两参数之间的换算关系有一定可靠性。
如果将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管。
在土壤饱和时，所有的孔隙都充满水，而在非饱和情况下，只有一部分孔隙充满水。
通过土壤水特征曲线可建立土壤基质势与保持水分的最大土壤孔隙的孔径的函数关系，由此可推算土壤孔径的分布。
必须指出，由于我们将土壤孔隙概化为一束粗细不同的毛细管，与实际土壤孔隙不完全相同，因此称为实效孔径分布。
土壤水特征曲线的斜率反映了土壤的供水能力，即基质势减少一定量时土壤能施放多少水量，这在研究土壤与作物关系时有很大作用。
测定原理如图所示，将土样置于多孔压力板上，多孔压力板根据其孔径大小分为不同规格，压力板孔径大的承受较小的气压，孔径小的能承受较大的气压。
将压力板和土样加水共同饱和，将压力板置于压力容器内，加压，这时有水从土样中排出，并保持气压不变，等不再有水从土样中排出，打开容器，测定土样水分含量。
如所加气压值为P(Mpa)，土壤基质势为ψm，则ψm =－P由此获得土壤基质势为ψm和其对应的土壤含水量θV，调整气压，继续实验，由此获得若干对（ψm，θV），将这些测定值点绘到直角坐标系中，根据这些散点可求得土壤水特征曲线。
土壤水分特征曲线实验
土壤水分特征曲线实验
土壤水分特征曲线实验是一种常用的研究土壤水分运动规律的方法。
该实验通过测量土壤含水量与土壤水势之间的关系，得出土壤水分特征曲线，从而了解土壤水分的分布和运移特性。
在实验中，首先需要采集待测土壤样品，并进行筛分、烘干等处理，以去除杂质和调整土壤质量。
然后，将土壤样品装入特制的容器中，并按照一定的加水量进行灌溉，使土壤达到不同的含水状态。
接着，使用仪器测量不同含水状态下的土壤水势和含水量，记录数据并进行统计分析。
最后，根据实验结果绘制出土壤水分特征曲线图。
通过分析土壤水分特征曲线，可以得出以下结论：
1. 土壤水分特征曲线呈现出一个“S”形曲线，即随着土壤含水量的增加，土壤水势先逐渐降低，然后迅速升高，最后趋于稳定。
这是因为土壤中的水分分子会形成不同的聚集体，如单粒团、微团粒等，这些聚集体会影响土壤水的运动和分布。
2. 土壤水分特征曲线可以分为两个阶段：第一阶段是快速下降期，此时土壤含水量较高，但土壤水势仍然较低；第二阶段是缓慢下降期，此时土壤含水量较低，但土壤水势已经趋于稳定。
这两个阶段的转折点称为“拐点”。
3. 土壤水分特征曲线的形状和位置受到多种因素的影响，如土壤类型、质地、温度、湿度等。
因此，在进行实验时需要严格控制这些因素的变化范围，以确保实验结果的准确性和可靠性。
土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定
土壤含水量、土水势和土壤水特征曲线的测定3.1测定意义严格地讲，土壤含水量应称为土壤含水率，因其所指的是相对于土壤一定质量或容积中的水量分数或百分比，而不是土壤所含的绝无仅绝对水量。
土壤含水量的多少，直接影响土壤的固、液、气三相比，以及土壤的适耕性和作物的生长发育。
在农业生产中，需要经常了解田间土壤含水量，以便适时灌溉或排水，保证作物生长对水分需要，并利用耕作予以调控，达到高产丰收的目的。
近几十年来的研究表明，要了解土壤水运动及土壤对植物的供水能力，只有土壤水数量的观念是不够的。
举一个直观的例子：如果粘土的土壤含水量为20%，砂土的土壤含水量为15%，两土样相接触，土壤水应怎样移动？如单从土壤水数量的观念，似乎土壤水应从粘土土样流向砂土土样，但事实恰恰相反。
这说明，光有土壤水数量的观念，尚不能很好研究土壤水运动及对植物的供水，必须建立土壤水的能量的观念，即土水势的概念。
测定土壤水特征曲线（基质势与土壤含水量之间的关系曲线）需要特别的仪器设备，随着土壤科学的发展，越来越多的基层土壤工作者需要土壤水特征曲线这一基础资料，了解土壤水特征曲线的测定，对今后土壤水特征曲线（不管是自己测定还是由别的单位测定）的应用是有益的。
3.2方法选择的依据土壤含水量目前常用的方法有：烘干法、中子法、射线法和TDR法（又称时域反射仪法）。
后三种方法需要特别的仪器，有的还需要一定的防护条件。
土水势包括许多分势，与土壤水运动最密切相关的是基质势和重力势。
重力势一般不用测定，只与被测定点的相对位置有关。
测定基质势最常用的方法是张力计法（又称负压计法），可以在田间现场测定。
土壤水特征曲线是田间土壤水管理和研究最基本的资料。
通过土壤水特征曲线可获得很多土壤基质和土壤水的数据，如土壤孔隙分布及对作物的供水能力等等。
测定土壤水特征曲线最基本的方法是压力膜（板）法，它可以完整地测定一条土壤水特征曲线。
3.3土壤含水量的测定（烘干法）烘干法又称质量法，具体操作是：用土钻采取土样，用感量0.1g的天秤称得土样的质量，记录土样的湿质量m t，在105℃烘箱内将土样烘6h～8h至恒重，然后测定烘干土样，记录土样的干质量m s，根据θm＝m w/m s×100%计算土样含水量，式中：m w=m t－m s；θm表示土样的质量含水率，习惯上又称为质量含水量。
土壤水分特征曲线测定
土壤水分特征曲线测定实验一、实验原理土壤水分特征曲线（又称持水曲线，见图1）是土壤含水量与土壤水吸力的关系曲线，该曲线能够间接反映土壤孔隙大小的分布，分析不同质地土壤的持水性和土壤水分的有效性等，在水文学、土壤学等学科的研究与实践中都具有重要作用。
目前，负压计法是测量土壤水吸力最简单、最直观的方法，而时域反射仪（TDR）是测量土壤体积含水率的最常用、最便捷的方法之一。
图1 土壤水分特征曲线（一）负压计负压计由陶土头、腔体、集气管和真空（负压）表等部件组成（见图2）。
陶土头是仪器的感应部件，具有许多微小而均匀的孔隙，被水浸润后会在孔隙中形成一层水膜。
当陶土头中的孔隙全部充水后，孔隙中水就具有张力，这种张力能保证水在一定压力下通过陶土头，但阻止空气通过。
将充满水且密封的负压计插入不饱和土样时，水膜就与土壤水连接起来，产生水力上的联系。
土壤系统的水势不相等时，水便由水势高处通过陶土头向水势低处流动，直至两个的系统的水势平衡为止。
总土水势包括基质势、压力势、溶质势和重力势。
由于陶土头为多孔透水材料，溶质也能通过，因此内外溶质势相等，陶土头内外重力势也相等。
非饱和土壤水的压力势为零，仪器中无基质，基质势为零。
因此，土壤水的基质势便可由仪器所示的压力（差）来量度。
非饱和土壤水的基质势抵于仪器里的压力势，土壤就透过陶土头向仪器吸水，直到平衡为止。
因为仪器是密封的，仪器中就产生真空，这样仪器内负压表的读数这就是土壤的吸力。
土壤水吸力与土壤水基质势在数值上是相等的，只是符号相反，在非饱和土壤中，基质势为负值，吸力为正值。
图2 负压计结构图（二）TDR土壤水分对土壤介电特性的影响很大。
自然水的介电常数为80.36，空气介电常数为1，干燥土壤为3~7之间。
这种巨大差异表明，可以通过测量土壤介电性质来推测土壤含水量。
时域反射仪以一对平行棒（也叫探针）作为导体，土壤作为电介质，输出的高频电磁波信号从探针的始端传播到终端，由于终端处于开路状态，脉冲信号被反射回来。
土壤水分特征曲线测定实验
土壤水分特征曲线测定实验实验原理张力计插入土样后，张力计中的纯自由水经过陶土壁与土壤水建立了水力联系。
在非饱和土壤中，仪器中的自由水的势值总是高于土壤水的势值，因此，仪器中的自由水就会透过陶土管进入土壤，但因陶土材料孔隙细小，孔隙中形成的水膜不能使空气通过，而只能让水或溶质液通过（但如果压力过高水膜破裂，空气就会透过，这时的压力称为透气值），因而在仪器内形成一定的真空度，由仪器上的负压表读出。
最后当仪器内外的势值趋于平衡时，仪器中水的总水势Φwd与土壤中土水势Φws应该相等，即：Φwd＝Φws土水势的完整表述为：Φ=Φm+Φp+Φs+Φg+ΦT因为陶土管为多孔透水材料，并非半透膜，故溶质也能通过，最后达到内外溶液浓度相等，内外溶质势Φs相等。
仪器内外温度相等，温度势ΦT相等。
坐标0点选在陶土头中心，则陶土头中心的内外重力势Φg相等。
这样仪器中和土壤中的总势平衡可表述为：Φm d＋Φpd＝Φm s＋Φps式中，Φps为土壤水的压力势，Φm s为土壤水的基质势，Φpd为仪器内自由水的压力势，Φm d为仪器内自由水的基质势。
在非饱和土壤中，土壤水所受的压力为大气压（基准状态），故Φps应为零，又仪器中自由水无基质势存在，故Φm d亦为零，所以：Φm s＝Φpd＝ΔP D+z式中，ΔP D为负压表显示的负压值（小于0），z为埋藏在土中的陶土管中心与土面以上负压表之间的静水压力即水柱高，（向上为正，大于0）。
即可得到土壤水的基质势。
按定义土壤水吸力为基质势的负值，因而即可测得吸力值。
S=－Φm s＝－ΔP D－z如果负压表读数记为P（大于0，即P＝－ΔP D），则S=P－z另外，在计算土样中水分的变化时，还应考虑集气管中水分的变化量。
实验内容与设计1. 土样：粘土、砂壤土2. 容重：1.3g/cm3 、1.4g/cm33. 方式：脱湿：配置饱和土样，在室内自然蒸发，测定整个过程中土壤含水率与吸力关系曲线。
非饱和原状残积土土水特征曲线研究
非饱和原状残积土土水特征曲线研究许旭堂;简文彬【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2015(000)004【摘要】利用压力板仪装置开展不同竖向应力、不同干湿循环次数和不同类型原状土（残积黏性土和残积砂质黏性土）的SWCC曲线试验研究，比较和分析未考虑体积变化和考虑体积变化的土体 SWCC滞回圈面积以及进气值和出气值的变化规律。
研究结果表明传统方法获取的 SWCC曲线会高估土体抵御变形的能力，试验条件变化引起土体内部结构调整是 SWCC曲线发生变化的内在原因；高应力水平条件下，土体孔隙变化显著，导致吸湿过程 SWCC变化明显，吸湿和脱湿路径时 SWCC形状的不平等变化促使彼此间更为接近，这种变化会减小 SWCC滞后性随有效应力水平的变化。
最后，根据试验数据对3类SWCC修正公式进行拟合优度分析，结合模型参数的简洁性，得出修正 VG模型最符合闽东南地区原状残积土的 SWCC建模。
研究成果可为残积土边坡的工程特性及治理提供有意义的参考。
%The stress dependent pressure plate extractor system is used to study the residual soil SWCC curve ofdifferent vertical stresses,drying and wetting cycles and different types of natural residual cohesive soil and residualsandy clay.Then the laws of SWCC hysteresis loop area with and without volume change and AEV and AexV ofresidual soils are analyzed and compared.Results show that not only the ability of soil to resist deformation can beoverestimated by the traditional method of SWCC curve,but also the underlying cause of SWCC curve changing isdue to soilinternal structure change constantly;Meanwhile,the higher net stress levels are ,the larger size poresare much more influenced by the net stress.Thus the wetting branch is much more affected.The observed unequalchange in the shape of drying and wetting branches of SWCC at higher net stress values brings them close to eachother,and reduces the SWCC hysteresis as the net stress level increasing.Finally,according the simplicity of model parameters and the goodness-of fit analysis results of the 3 kinds of improved SWCC models,the improved VGmodel has been found to be the most suitable model for all SWCC of the natural residual soil in southeast of Fujian.The above research is useful and meaningful as reference for the engineering characteristics and governance of theresidual slope.【总页数】7页(P668-674)【作者】许旭堂;简文彬【作者单位】福州大学岩土工程与工程地质研究所福州 350108; 福州大学资源与城乡建设系福州 350108; 福建农林大学交通与土木学院福州 350002;福州大学岩土工程与工程地质研究所福州 350108; 福州大学资源与城乡建设系福州 350108; 福建省地质灾害重点实验室福州 350002【正文语种】中文【中图分类】P642.22【相关文献】1.原状黄土土水特征曲线拟合方法研究 [J], 郭鸿;陈茜;陈栋梁;李军2.重塑花岗岩残积土土水特征曲线试验研究 [J], 龙志东;徐一鸣;史斌;罗志奇;任天锃3.原状黄土土水特征曲线预测方法研究 [J], 郭鸿;李军;王鹏程;郭瑞;4.原状黄土土水特征曲线预测方法研究 [J], 郭鸿;李军;王鹏程;郭瑞5.不同地区原状黄土土水特征曲线试验研究及其在边坡稳定性评价中的应用 [J], 范珊;张晓超;裴向军;张硕;常志璐;崔雪婷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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SDSWCC 土水特征曲线压力板仪实验教程
实验理论：
土水特征曲线是非饱和土中的吸力与含水量之间关系的曲线。
吸力可以是基质吸力也可以是总吸力。
含水量可以是体积含水量、重力含水量，也可以是饱和度。
它包含两条曲线分别是脱湿曲线和吸湿曲线。
通过Geo-‐expert的压力板仪，可以得到基质吸力与体积含水量之间关系的土水特征曲线。
基质吸力：Matric suction （u a-‐u w）孔隙气压与孔隙水压的差值。
目前模拟基质吸力的方式有三种，按照可获得的吸力的范围可分为轴平移技术（0.1kPa-‐1.5Mpa），渗透技术（0.1-‐10Mpa）,蒸汽平衡技术（10-‐200Mpa）。
Geo-‐expert 的一维SDSWCC压力板仪采用轴平移技术，将孔隙水压平移到0值，直接通过孔隙气压的变化来控制基质吸力值。
脱湿，土体在不同吸力作用下（通常吸力从小到大变化），水从土体中排出来的过程；吸湿，土体在不同吸力作用（通常吸力从大到小变化），慢慢吸进水分的过程。
SDSWCC可直接测得土壤中的出水值，再通过实验之前测得饱和样的质量，换算出不同吸力平衡后的体积含水量，最后根据脱湿、吸湿下吸力值和对应的体积含水量可作出土水特征曲线。
SDSWCC与传统土水特征曲线获得装置的最大不同点是采用了香港科技大学吴宏伟教授的最新成果，加入轴向力的独立控制, 实现了stress dependant功能。
以下是典型的土水特征曲线：
土水特征曲线有以下特点
1. 整体来看，几乎所有土-‐水特征曲线形状都很相似，基质吸力增加，非饱和土的含水量降低。
2. 含水量较低时，基质吸力随含水量的变化较大；含水量较高时，基质吸力随含水量的增加较缓和的减小。
3. 脱湿曲线和吸湿曲线之间有一定的滞回特性,有很多种解释，最为大家接受的是由于土体内的孔隙特殊
性，如下图所示（左边为脱湿过程，右边为脱湿过程），土体孔隙空间内部有较大的孔隙，连接较小的通道孔径，形成“瓶颈”效应。
脱湿、吸湿时由于运动方向不同使含水量变化出现滞后。
4. 土水特征曲线的特殊点
进气值, 土体随着吸力的增加，水分开始从土体中排出来时对应的吸力值。
残余含水量，土随着吸力的增加，不再有水从土体中排出来，此时对应的含水量
实验设备组成
实验步骤：
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。
实验难点及技巧：
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。
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。
附：加热板的安装使用
加热板可以用于防止外界环境温度改变，而在压力
室内部产生水珠，从而影响实验的结果。
使用时只要根据加热板上标出的电压数，外接对应
电压的转换头即可，对于电流的要求是尽量大（几安培
可以）。
蒸汽饱和器的使用
蒸汽饱和器 空气将通过蒸汽饱和器。
在使用蒸汽
饱和器之前，需要将蒸汽饱和器的碗状容器和帽子松
开，并装入部分水，然后将碗状容器放回原位。
使用饱和器的目 的就是使得空气在进入压力膜仪
之前变得完全饱和，这样就不会在待测试的土壤样品上
产生干燥效应，从而避 免了因为空气不饱和而导致的
水分测量误差。
此蒸汽饱 和器可以设计用于最大30psi
的压力。
具体实验步骤请参看《Geo-‐experts 应力相关土水特征曲线压力板仪系统中文操作手册》。
空气饱和器 连接管路 加 热 板。