CN104819925A - 观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，包括渗透沉降综合发生观测***和恒压循环供水***，本发明具有如下的技术效果，1、模拟人工降雨，直接观测非饱和碎石土在不同雨强下的水分入渗情况。2、可量测自然状态和模拟降水条件下土体沉降变形。3、由于设备整体尺寸大，能最大限度保留天然土体级配特征，弱化尺寸效应。4、测试精准、操作简单、造价经济，整体结构模块化组合，便于实现功能扩展。
Description
技术领域
本发明涉及一种观测渗透沉降综合试验设备。
背景技术
目前国内常用的室内测定土石体渗透系数的仪器是TST-70型渗透仪。土工试验规程中华人民共和国行业标准编写组.SL237-1999土工试验规程[S].北京：中国水利水电出版社，1999.规定，为了减小尺寸效应，圆筒渗透仪内径应大于试样最大粒径的10倍。邱贤德等邱贤德，阎宗岭，刘立，等.堆石体粒径特征对其渗透性的影响.[J].岩土力学，2004，25(6)：950-954.要求模拟试样的直径不应小于试料最大直径的5～6倍。朱国胜朱国胜，张家发，陈劲松，等.宽级配粗粒土渗透试验尺寸效应及边壁效应研究.[J].岩土力学，2012，33(9)：2569-2574.研究了粗粒料渗透试验的尺寸效应规律，得出渗透仪直径与试验材料d85之比值不宜小于6的结论。由于堆积碎石土最大颗粒粒径一般为60mm～80mm，而TST-70渗透仪水筒规格仅为100mm×400mm，其规格尺寸较小，尺寸效应显著，从而导致无法客观准确反映泥石流土石体的渗透系数。若采用三轴渗透仪测量，鉴于其造价高、操作复杂、对操作人员要求高，从而也不适宜推广。另外，上述测定仪器主要为金属筒体，其结构功能单一，仅能通过马氏瓶供水测试土体的饱和渗透系数，不能模拟人工降雨，并观测非饱和碎石土在不同雨强下的水分入渗过程，更无法测定土石体在雨水入渗过程中的沉降变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种可模拟人工降雨，观测非饱和碎石土在不同雨强下的水分入渗过程与沉降变形且能量测碎石土的饱和渗透系数的综合试验设备，它克服了现有渗透仪存在的上述问题。
本发明的技术方案是，一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，包括渗透沉降综合发生观测***和恒压循环供水***，所述的渗透沉降综合发生观测***包括支撑架14，在支撑架上装有圆筒，圆筒为透明材料制成，在圆筒的上盖装有数显游标卡尺，在圆筒上盖内侧装有雾状降水喷头，在圆筒中装有移动多孔透水板，沉降杆的上端与数显游标卡尺测深度底端连接，下端与移动多孔透水板垂直连接，在圆筒内下部装有固定多孔透水板，在圆筒的底部开有渗漏孔，在渗漏孔上连接有渗流调节软管；在圆筒上设有直径溢流管，和测压管阀门，测压管阀门连接测压管；在圆筒旁装有标有刻度的测量架，测量架上装有滑块，在滑块装有量筒，在量筒中设有温度计，渗流调节软管的出口端设在滑块上；雾状降水喷头的进水管连接恒压循环供水***，所述恒压循环供水***包括恒压供水泵，恒压供水泵的供水管连接供水箱，恒压供水泵出水端接进水管和回水管，回水管接供水箱。
圆筒内径300～500mm，高度950mm，厚10mm。
数显游标卡尺最小精度为0.01mm。
移动多孔透水板的孔径设计为2mm，下侧面设有300目的滤布。
溢流管设在圆筒高度为740mm处，直径为10mm。
在圆筒的200mm～500mm高度处，每隔100mm垂直距离分别安置4个测压管阀门。
固定多孔透水板设在圆筒50mm高度处，孔径设计为2mm。
渗漏孔的孔径为10mm。
测压管采用管径为10mm光滑、透明的玻璃管。
在供水上主有供水调节阀；在进水管上装有进水调节阀；在回水管上装有回水调节阀。
本发明具有如下的技术效果，1、模拟人工降雨，直接观测非饱和碎石土在不同雨强下的水分入渗情况。2、可量测自然状态和模拟降水条件下土体沉降变形。3、由于设备整体尺寸大，能最大限度保留天然土体级配特征，弱化尺寸效应。4、测试精准、操作简单、造价经济，整体结构模块化组合，便于实现功能扩展。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明渗透沉降综合发生观测***结构示意图。
图3是本发明圆筒的俯视图。
图4是本发明移动多孔透水板和固定多孔透水板的俯视图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4所示，一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，包括渗透沉降综合发生观测***和恒压循环供水***，所述的渗透沉降综合发生观测***包括支撑架14，在支撑架14上装有圆筒10，圆筒10为透明材料制成，在圆筒10的上盖装有数显游标卡尺1，在圆筒10上盖内侧装有雾状降水喷头4，在圆筒10中装有移动多孔透水板9，沉降杆2的上端与数显游标卡尺1测深度底端连接，下端与移动多孔透水板9垂直连接，在圆筒10内下部装有固定多孔透水板11，在圆筒10的底部开有渗漏孔8，在渗漏孔8上连接有渗流调节软管25；在圆筒10上设有直径溢流管7，和测压管阀门12，测压管阀门12连接测压管13；在圆筒10旁装有标有刻度的测量架16，测量架16上装有滑块26，在滑块26装有量筒15，在量筒15中设有温度计5，渗流调节软管25的出口端设在滑块26上；雾状降水喷头4的进水管3连接恒压循环供水***，所述恒压循环供水***包括恒压供水泵21，恒压供水泵21的供水管17连接供水箱22，恒压供水泵21出水端接进水管3和回水管24，回水管24接供水箱22；圆筒10内径300～500mm，高度950mm，厚10mm；数显游标卡尺1最小精度为0.01mm；移动多孔透水板9的孔径设计为2mm，下侧面设有300目的滤布23；溢流管7设在圆筒10高度为740mm处，直径为10mm；在圆筒10的200mm～500mm高度处，每隔100mm垂直距离分别安置4个测压管阀门12；固定多孔透水板11设在圆筒1050mm高度处，孔径设计为2mm；渗漏孔8的孔径为10mm；测压管13采用管径为10mm光滑、透明的玻璃管；在供水管17上主有供水调节阀18；在进水管3上装有进水调节阀20；在回水管24上装有回水调节阀19。
恒压循环供水***由变频恒压供水泵21、供水箱22和供水管17组成，在供水管17上主有供水调节阀18；在进水管3上装有进水调节阀20；在回水管24上装有回水调节阀19。首先，打开供水调节阀18并启动恒压供水泵21，使其向供水箱22内抽水。在恒压供水泵21出水端一端进进水管3流向雾状降水喷头4，另一端回流至供水箱22，通过调节进水调节阀20、回水调节阀19的水量来控制雾状降水喷头4的流量，从而达到模拟人工降雨制降雨强度的目的。在模拟降水过程中碎石土发生沉降变形，移动多孔透水板9牵引沉降杆2下沉并带动数显游标卡尺1底端移动，从而在数显游标卡尺显示器上显示碎石土的沉降大小。雾状降水喷头4位于圆筒10上盖下侧面的正中央处，从而确保模拟降水的均匀度。移动多孔透水板9孔径设计为2mm，移动多孔透水板9的下面设有300目的滤布，进一步提升降水的均匀性。将土体装入内径300～500mm，高度950mm的机玻璃圆筒10。在圆筒10高度740mm处设有直径10mm的溢流管7，用来收集径流量和保持常水头。在圆筒10的200mm～500mm高度处，垂直距离每隔100mm分别安置有4测压管阀门12，用于连接测压管13。在50mm高度处，装有固定多孔透水板11，在圆筒10底部设有直径10mm的渗漏孔8，用来收集渗流量。在圆筒10旁装有标有刻度的测量架16，测量架16上装有滑块26，在滑块26装有量筒15，在量筒15中设有温度计5，渗流调节软管25的出口端设在滑块26上，通过滑块26调节渗流调节软管25与溢流管7端部的高差，精确控制上下水头差，完全满足规范要求。在圆筒10一侧安装4根测压管13，确保准确量测土柱中的水力梯度。测压管13采用管径为10mm光滑、透明的玻璃管作为测压管量测水压，从而避免表面张力毛细现象的影响。渗透流量主要采用量筒15测量体积法或利用高精度电子称测量，采用秒表计时，根据流量定义计算流量。最后，应用温度计5测量水温，修正碎石土饱和渗流系数。
具体试验步骤：
(1)将现场取回的土样烘干、过筛，根据参考规程，按比例等质量替换得出的级配，以7％的初始含水率配置试样，静置24h。
(2)将配好的试样按照试验要求分层装入圆筒10内，每层土样之间要进行刮毛，以保证土样的均匀性与整体性，让其自然固结24h以上。
(3)检查管线路是否漏水，供水调节阀18、进水调节阀20、回水调节阀19，使其达到试验要求雨强，进行模拟人工降雨。
(4)利用摄像机记录试验过程及现象，观察入渗锋面下渗过程，记录入渗面位移-时间对应参数和土体沉降的瞬时变形量。当雨水渗透整个碎石土土样时，停止降雨。
(5)对土样由下至上进行低水头饱和，当试样充分饱和后，静置12h进行渗透系数的测定。
(6)打开恒压供水***，开动秒表，用量筒15测量渗流调节软管25出水口一定时间内的稳定渗水量，同时记录测压管13的水头高度以及出水口的水温，计算渗透系数k，并进行温度校正，求其平均渗透系数。
Claims (10)
1.一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，包括渗透沉降综合发生观测***和恒压循环供水***，其特征在于：所述的渗透沉降综合发生观测***包括支撑架(14)，在支撑架(14)上装有圆筒(10)，圆筒(10)为透明材料制成，在圆筒(10)的上盖装有数显游标卡尺(1)，在圆筒(10)上盖内侧装有雾状降水喷头(4)，在圆筒(10)中装有移动多孔透水板(9)，沉降杆(2)的上端与数显游标卡尺(1)测深度底端连接，下端与移动多孔透水板(9)垂直连接，在圆筒(10)内下部装有固定多孔透水板(11)，在圆筒(10)底部开有渗漏孔(8)，在渗漏孔(8)上连接有渗流调节软管(25)；在圆筒(10)上设有直径溢流管(7)，和测压管阀门(12)，测压管阀门(12)连接测压管(13)；在圆筒(10)旁装有标有刻度的测量架(16)，测量架(16)上装有滑块(26)，在滑块(26)装有量筒(15)，在量筒(15)中设有温度计(5)，渗流调节软管(25)的出口端设在滑块(26)上；雾状降水喷头(4)的进水管(3)连接恒压循环供水***，所述恒压循环供水***包括恒压供水泵(21)，恒压供水泵(21)的供水管(17)连接供水箱(22)，恒压供水泵(21)出水端接进水管(3)和回水管(24)，回水管(24)接供水箱(22)。
2.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：圆筒(10)内径300～500mm，高度950mm，厚10mm。
3.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：数显游标卡尺(1)最小精度为0.01mm。
4.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：移动多孔透水板(9)的孔径设计为2mm，下侧面设有300目的滤布(23)。
5.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：溢流管(7)设在圆筒(10)高度为740mm处，直径为10mm。
6.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：在圆筒(10)的200mm～500mm高度处，每隔100mm垂直距离分别安置4个测压管阀门(12)。
7.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：固定多孔透水板(11)设在圆筒(10)50mm高度处，孔径设计为2mm。
8.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：渗漏孔(8)的孔径为10mm。
9.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：测压管(13)采用管径为10mm光滑、透明的玻璃管。
10.根据权利要求1所述的一种观测堆积碎石土渗透沉降的综合试验设备，其特征在于：在供水管(17)上主有供水调节阀(18)；在进水管(3)上装有进水调节阀(20)；在回水管(24)上装有回水调节阀(19)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150805 |