自然界与工程实践中所遇到的土多为非饱和土，而非饱和土的基质吸力是影响其强度、变形与渗透特性的关键物理量。为了实时且精确地测量这一物理量，人们也开发出许多的测量设备与技术，其中又以张力计最为重要，因其可直接测量土的基质吸力。但由于土中的孔隙水压力达到负一大气压，水就会汽化，从而导致穴蚀(Cavitation)现象的发生，这使得传统张力计测量的最大基质吸力往往只能达到85~90 kPa。显然，这一测量幅值不能满足地质工程与岩土工程的实际需要，因此如何提高张力计的测量量程，是学界与工程界共同关注的难点问题。
近30年来，已有许多高吸力量程的张力计被开发出来，但因这些设备的饱和与使用技术问题，使得多数的高量程张力计难以应用于现场与模型试验的测量上，或者只能降低量程，限制应用场景。为了改善这一问题，长安大学林鸿州副教授等人，通过张力计的设计原理，提出饱和张力计的优化方案，并基于Meter公司生产的商用张力计T5x，研制出新型的张力计饱和器（见图1）及其标准操作流程。该饱和器及其饱和方法可将T5x的最大基质吸力的测量幅值从120~200 kPa大幅提高到350~500 kPa。经实测，西安周边地区的黄土在无入渗条件下（干燥环境）的初始含水量约在11%以上，通过该饱和器饱和的张力计所测得的基质吸力约在300~360 kPa。这意味着所开发的微型张力计饱和器，将使土体基质吸力在环境气候变化下全范围且实时的测量成为可能。尽管这一工作针对T5x张力计开发，但相关的研制思路，可为其它型式的高量程张力计的饱和技术提供重要的参考与借鉴。
这一研究成果可为水作用下土体失稳与破坏机理研究奠定重要的工作基础，也可为水致滑坡灾害的监测预警提供有利的技术支撑。相关成果发表在国际知名期刊《Catena》上，通讯作者为林鸿州副教授，第一作者为本校研究生郭怡，合作者彭建兵教授。此外，该工作不仅有利于非饱和土的水力特性与滑坡灾害防灾减灾的研究工作，也可应用于教学上，即可通过张力计设计原理与饱和方法的介绍，并辅以成果展示，将有助于学生创新思维与动手能力的培养。该研究成果将在我院《高等土力学》、《非饱和土力学》与《土力学》等课程的授课上适当引入，以培养我院学生的创新能力。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2023.106966.
图1新型张力计饱和器及其改进效果
供图供稿：林鸿州 审核：荆琳 王利 李萍
