1.不同高度范围土体单向冻融渗透系数测量方法，应用不同高度范围土体单向冻融渗透系数测量试验装置，其特征是：所述试验装置包括蓄水池（1）、试样筒（2）、顶部冷板结构（3）、底部冷板结构（4）、供水管结构（5）和变水头管（6），所述的蓄水池（1）位于试样筒（2）上方，所述的蓄水池（1）侧面设置有溢水孔（11），所述的溢水孔（11）用于控制蓄水池（1）的水面高度，所述的试样筒（2）包括若干个上下堆叠的土样单元筒（21），所述的土样单元筒（21）内填充满待测土样，相邻土样单元筒（21）内的待测土样之间通过透水结构（22）分隔，所述的透水结构（22）隔离待测土样的同时允许水自由通行，每个土样单元筒（21）上部设置有注水孔（21a），所述的蓄水池（1）底部通过供水管结构（5）分别与每个土样单元筒（21）的注水孔（21a）连通，底部土样单元筒（21）下部开设有排水孔（21b），所述的顶部冷板结构（3）安装在顶部待测土样上端并供冷，所述的底部冷板结构（4）安装在底部待测土样下端并供冷，底部土样单元筒（21）下部开设有底部进水孔（21c），所述的变水头管（6）一端与蓄水池（1）底部连接，另一端与进水孔（21c）连接，所述的变水头管（6）上还开设有变水头管注水端（61a），外接水源能通过变水头管注水端（61a）向变水头管（6）内注水；每个注水孔（21a）上均安装有注水孔止水夹，排水孔（21b）上安装有排水孔止水夹，底部进水孔（21c）上安装有底部进水孔止水夹，变水头管注水端（61a）上安装变水头管注水端止水夹，各止水夹均用于控制相应的管路的通断；所述的供水管结构（5）与每个土样单元筒（21）的注水孔（21a）均可拆卸式连接；

所述测量方法包括以下步骤：

步骤一、根据待测土样的性质，确定每个土样单元筒（21）的装填方式：若为粗颗粒土，取具有代表性的原状土或者制备土样，采用分层压实法，装填入土样单元筒（21）中；若为细颗粒土，则沿土样竖向切取原状土样或制备土样，然后将细颗粒土土样装填入土样单元筒（21）中，将若干个装有待测土样的土样单元筒（21）上下堆叠固定；

步骤二、关闭所有止水夹，将顶部冷板结构（3）和底部冷板结构（4）调节至＞0ºC的相同温度，保持恒温预定时间，然后将顶部冷板结构（3）或底部冷板结构（4）温度调整至＜0ºC的温度，实现土样单元筒（21）中的待测土样自上而下或自下而上的冻结；经过一定时间后，关闭顶部冷板结构（3）和底部冷板结构（4）的冷浴，让待测土样在常温下进行自然融化；

步骤三、当测试土样为粗粒土时，打开顶部土样单元筒（21）的注水孔（21a），底部土样单元筒（21）的排水孔（21b），关闭其他土样单元筒（21）的注水孔（21a）以及底部土样单元筒的进水孔（21c）；

步骤四、将蓄水池（1）的溢水孔（11）调至高出顶部土样单元筒（21）顶端1‑2m，向蓄水池（1）内持续注水，使蓄水池（1）的溢水孔（11）始终有余水溢出，同时底部土样单元筒（21）的排水孔（21b）有连续水流排出且无气泡，实现土样充分饱和，然后开始渗流试验测定，测量蓄水池（1）水面至排水孔（21b）的垂直距离，即为水头差；开动秒表，同时用量筒在排水孔（21b）处接取经一定时间的渗透水量；测量筒内的水温，竖向渗透系数由公式（1）和（2）计算得到：（1）

（2）

式中：kT为水温TºC试样的渗透系数；

Q为时间t秒内的渗透水量；

L为渗径，等于打开的注水孔和排水孔间的待测土样高度；

A为待测土样的断面积；

ΔH为水位差；

k20为20ºC标准温度时待测土样的渗透系数；

ηT为TºC水的动力黏滞系数；

η20为20ºC水的动力黏滞系数；

步骤五、调节蓄水池（1）的溢水孔（11）的高度，以改变水头差，重复步骤四，得到多个竖向渗透系数，取竖向渗透系数平均值为顶部土样单元筒（21）到底部土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数；

步骤六、关闭顶部土样单元筒（21）的注水孔（21a），打开下一个土样单元筒（21）的注水孔（21a），依然保持底部土样单元筒（21）的排水孔（21b）打开，其他土样单元筒（21）的注水孔（21a）以及底部土样单元筒的进水孔（21c）关闭，依步骤四和五得到下一个土样单元筒（21）到底部土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数；以此类推，得到各土样单元筒（21）与底部土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数；

步骤七、根据各土样单元筒（21）与底部土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数，通过公式（3）和（4）反算得到各土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数；

（3）

（4）

式中：Hj为第j个土样单元筒（21）的待测土样厚度；

H为总待测土样厚度，总待测土样由n个土样单元筒（21）中的待测土样构成；

kz为待测土样厚度为H的竖向等效渗透系数；

kj为第j个土样单元筒（21）的待测土样的竖向渗透系数；

步骤八、当测试土样为细粒土时，打开顶部土样单元筒（21）的注水孔（21a）和底部土样单元筒（21）的进水孔（21c），关闭其他土样单元筒（21）的注水孔（21a）、排水孔（21b）和变水头管注水端（61a），拆除供水管结构（5）；

步骤九、将蓄水池（1）溢水孔（11）调至高出顶部土样单元筒（21）顶端1‑2m，蓄水池（1）中的水充满变水头管（6）并通过变水头管（6）注入底部土样单元筒（21）内，水从顶部土样单元筒（21）的注水孔（21a）溢出，且水中无气泡，从而实现土样充分饱和，开始进行渗流试验测定，放空蓄水池（1）中的水，打开变水头管注水端（61a），将变水头管（6）充水至需要高度后，开始测记变水头管（6）中起始水头高度和起始时间，按预定时间间隔测记水头和时间的变化，并测记顶部土样单元筒（21）的注水孔（21a）的水温，竖向渗透系数由公式（2）和（5）计算得到：（5）

式中：为变水头管（6）截面积；

H1为开始时水头；

H2为终止时水头；

再使变水头管（6）水位回升至需要高度，然后进行渗流试验测定，重复数次，得到的渗透系数取平均值即为顶部土样单元筒（21）到底部土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数；

步骤十、关闭顶部土样单元筒（21）的注水孔（21a），打开下一个土样单元筒（21）的注水孔（21a），依步骤九得到下一个土样单元筒（21）到底部土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数；以此类推，得到各土样单元筒（21）与底部土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数；

步骤十一、根据各土样单元筒（21）与底部土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数，通过公式（3）和（4）反算得到各土样单元筒（21）之间待测土样高度范围的渗透系数。

2.根据权利要求1所述的不同高度范围土体单向冻融渗透系数测量方法，其特征是：所述的顶部冷板结构（3）和底部冷板结构（4）结构相同，均包括冷腔（31）、冷管（32）和冷浴（33），所述的冷腔（31）与顶部待测土样上端或底部待测土样下端贴合，冷腔（31）通过冷管（32）与冷浴（33）形成回路，该回路中流动有冷却液，所述的冷浴（33）用于对冷却液降温。

3.根据权利要求2所述的不同高度范围土体单向冻融渗透系数测量方法，其特征是：相邻土样单元筒（21）的筒边缘连接处设置有止水橡胶圈（23），所述的止水橡胶圈（23）用于防止水和待测土样从相邻土样单元筒（21）的筒边缘渗出。

4.根据权利要求1所述的不同高度范围土体单向冻融渗透系数测量方法，其特征是：所述的粗颗粒土为粒径大于0.075mm的颗粒土，所述的细颗粒土为粒径小于等于0.075mm的颗粒土。

5.根据权利要求1所述的不同高度范围土体单向冻融渗透系数测量方法，其特征是：所述的变水头管（6）上设置有刻度。

6.根据权利要求5所述的不同高度范围土体单向冻融渗透系数测量方法，其特征是：所述的变水头管（6）内径不大于1cm，长度为1m以上，刻度的分度值为1mm。