CN106092853A - 一种土体水‑气湿陷固结渗透联合测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土体水‑气湿陷固结渗透联合测定仪，包括湿陷固结渗透仪、渗水系数测定***和渗气系数测定***，其中湿陷固结渗透仪包括底座和环刀，环刀内填充有土试样，土试样顶端设置有加压控制***，加压控制***上安装有用于测量加压***中活塞位移的百分表和测量气压的压力表；渗水系数测定***和渗气系数测定***分别通过管接口与湿陷固结渗透仪连接。该仪器采用模块化设计，既可以进行标准高度土样试验，也可以根据需要制备不同高度的土样进行试验，同时具有测定渗透系数、渗气系数、固结系数、黄土湿陷系数以及黄土湿陷后的渗透系数、渗气系数的测定。该仪器具有灵活性好，试验周期短，压力控制稳定可靠，省时省力，性价比高等特点。

Description

一种土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪

技术领域

本发明涉及一种土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，尤其是涉及一种土体湿陷试验、固结试验、渗水系数测定、渗气系数测定以及湿陷后土体渗透系数测定、渗气系数测定的仪器。

背景技术

水(大气降水、灌溉水、工业用水、生活废水等)对岩土体灾害(崩塌、滑坡、泥流、地面沉降等)的不利影响已经得到广泛认同。在湿陷性黄土地区许多的地质灾害都与水在黄土中的渗流密切相关。然而，在天然环境中，土体中的渗流不但有液相的渗透，也有气相的渗透，土体中液相和气相的渗透规律及其渗透系数的测定方法一直都是非饱和土力学研究的重要内容。同时，水、气在地层中的渗水系数、渗气系数也是综合反映土体渗透能力的重要指标，其测试结果的准确性对地基工程及斜坡稳定性计算有着非常重要的意义。

目前，对于粘性土的渗透试验多采用南京土壤仪器厂生产的TST-55型渗透仪进行。然而，针对粘性土渗透性较低，试样饱和需要的时间长且饱和不理想这一问题，王桂尧等人(CN201561921U)研制出变水头压力渗透仪。针对用环刀切取试样时，由于环刀下压的力度不均匀，使环刀内壁与试样之间出现不同程度的空隙，致使发生侧壁渗漏/水流短路现象，嵇其伟等人(CN204718934U)研制出采用对开套筒装样，用凡士林涂抹内壁的一种新型粘性土渗透仪。然而，水头管的水头测量以及相应计时都为人工读数和秒表计时，误差较大，精度低，很难满足测试要求。

对于土体渗气系数测量多采用液体流量来换算气体流量，如丁朴荣(CN85204904U)采用水的流量来换算气体流量，研制出能够测量渗气系数范围在10⁰～10^{- 6}cm/s的沥青混凝土集粒材料渗气系数的渗透仪。针对采用液体流量来换算气体流量的方法测量精度差、操作复杂且费时等缺陷，方祥位等人(CN2032168621U)对土工三轴试验仪进行改装，采用高于大气压10～20kpa围压来防止气体从乳胶膜与试样之间渗出，通过双量程流量计能够精确的测量排出气体体积，计算得到低渗气性土壤的渗气系数。但是围压是否会影响土体结构的完整性或对土体结构产生扰动却是一个值得考虑的问题。

黄土湿陷试验是黄土湿陷性研究的重要试验，湿陷变形量的准确测定是湿陷性黄土地区建(构)筑物基础设计的主要依据之一。而对于湿陷性黄土地区采用预先浸水方式处理的建筑物地基，测定建筑物运营期黄土地层的二次乃至多次湿陷(亦即“渗透--湿陷--渗透--”)变形指标也是非常重要的。然而，目前的室内二次湿陷试验均需要待现场预浸水稳定后进行取样，再测定其二次湿陷变形指标，其费时、费力且成本高昂。目前，黄土湿陷试验、固结试验，大都采用普通单杠杆固结仪进行，不仅费时、费力，成本高，而且不能在避免二次人为扰动的条件下进行“渗透--湿陷--渗透”试验以及渗气系数的测定。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种水-气湿陷固结渗透联合测定仪。该仪器采用模块化设计，既可以进行标准高度土样试样，也可以根据需要制备不同高度的土试样进行试验，同时具有测定渗透系数、渗气系数、固结系数、黄土湿陷系数以及黄土湿陷后的渗透系数、渗气系数的测定。该仪器具有灵活性好，试验周期短，压力控制稳定可靠，省时省力，性价比高等特点。

为了实现上述特点，本发明采用以下技术方案：

一种水-气湿陷固结渗透联合测定仪，包括湿陷固结渗透仪，所述的固结渗透仪包括底座和环刀，所述的底座上设置有阶梯式凹槽，所述的环刀安装在阶梯式凹槽内，环刀内填充有土试样，其特征在于，所述的环刀外套装有圆筒形渗透模，所述的渗透模侧壁上设置有与环刀内部相通的第二管接口；土试样顶端设置有加压控制***，加压控制***包括设置在土试样上方的活塞，所述的加压控制***上安装有用于测量活塞位移的百分表和压力表；所述的底座侧壁上对称设置有与凹槽底部相通的第三管接口和第四管接口；所述的测定仪还包括渗水系数测定***和渗气系数测定***，所述的渗水系数测定***分别通过第二管接口和第三管接口与湿陷固结渗透仪连接，所述的渗气系数测定***通过第四管接口与湿陷固结渗透仪连接。

进一步地，所述的环刀和渗透模之间设置有圆筒形试样套座，所述的试样套座内径与环刀外径相匹配；所述的土试样的底端和顶端分别设置有下透水石和上透水石，其中上透水石位于土试样与活塞之间，下透水石位于凹槽与土试样之间。

进一步地，所述的加压控制***包括气缸，所述的底座上设置有立柱，气缸通过法兰可拆卸安装在环刀的顶部，且气缸内径与环刀内径相同；

所述的活塞装配在气缸内，活塞与一个穿透气缸顶部的活塞杆连接，在活塞杆内部设置有通气道，活塞杆的外壁上设置有与通气道连通的第一通道，第一通道上装配有第一孔塞；所述的百分表的测量端与活塞杆顶部接触；气缸顶部设置与气缸内部连通的第二通道，第二通道上装配有第二孔塞，气缸侧壁上对称设置有第一管接口和第三通道，第三通道上装配有第三孔塞；

所述的加压控制***还包括减压阀，减压阀的一端通过第一截止阀与气源连接，加压阀的另一端通过一个三通管接口分别连接所述的压力表、第一管接口；在第一管接口与三通管接口之间设置有第二截止阀。

进一步地，所述的渗水系数测定***包括阀组I和分别与阀组I连接的测液压***、真空***、充水***；

所述的测液压***包括控制仪、圆柱形测压管，所述的测压管内设置有浮子，所述的测压管外套装有光电传感器组；所述的光电传感器组包括固定套，固定套上沿轴向分布有多个用于检测浮子位置的光电传感器，所述的光电传感器均与控制仪连接，在控制仪上还设置有显示屏；

所述的真空***包括一个带有塞子的储备瓶，储备瓶内部通过管道穿过塞子与一个抽真空装置连接；

所述的充水***包括水箱，所述的水箱中设置有供水泵，水箱的侧壁上开设有一个管接口，水箱通过管接口连接有溢流器，所述的溢流器位置高于水箱；

所述的测液压***中的测压管与充水***中的水箱连接。

进一步地，所述的阀组I包括E阀、F阀、G阀、H阀、I阀和J阀，其中I阀两端分别与E阀和G阀的一端连接，E阀的另一端与测压控制***中的测压管底部连接，G阀的另一端通过管道与真空***中的储备瓶内部连通，J阀两端分别与H阀和F阀的一端连接，H阀的另一端与充水***中的供水泵连接，F阀的另一端与充水***的溢流器连接，I阀与E阀连接的一端还连接有第五管接口，J阀与F阀连接的一端还连接有第六管接口，所述的第五管接口与所述的第四管接口连接，所述的第六管接口与所述的第三管接口连接。

进一步地，所述的渗气系数测定***包括控制***、阀组Ⅱ、测气压***、真空泵和气室；其中阀组Ⅱ分别与真空泵、气室、测气压***连接；

所述的测气压***包括汞柱测压管，所述的汞柱测压管为U形结构，汞柱测压管的一端开设有汞柱入口，汞柱测压管的外部套装有多个沿汞柱测压管轴向分布的红外光电组合模块，每个红外光电组合模块都与所述的控制***连接，控制***连接有蓄电池电源；所述的测气压***还包括缓冲室，所述的缓冲室包括矩形的箱体，箱体内设置有一个U形口朝下的缓冲腔，缓冲腔一端与汞柱测压管的端部连接，缓冲腔的另一端位于在箱体中，在箱体侧壁上开设有通孔，通孔位于箱体外壁的一端装配有第四孔塞；

汞柱测压管侧面设置有标尺，标尺位于缓冲室下，并且标尺与汞柱测压管平行。

进一步地，所述的阀组Ⅱ由三个接口阀组成，分别为A阀、B阀、C阀；其中C阀的一端连接有第七管接口，C阀的另一端分别与A阀、B阀以及缓冲室中的缓冲腔连接；A阀与真空泵连接，B阀与所述的气室连接。

进一步地，所述的环刀内壁涂有一层凡士林薄层。

进一步地，所述的气缸上安装有固定柱，固定柱上设置有表夹，所述的百分表安装在表夹上。

本发明具有以下技术特点：

1、本发明将湿陷固结渗透仪、渗透系数测定***、渗气系数测定***采用模块化设计，提高了仪器的灵活性；

2、湿陷固结渗透仪采用气压控制技术加压稳定、压力范围大，能向土体提供不同级别大小的荷载；

3、通过配备“O”型圈、胶垫，气缸部件可实现“活塞式”运动，行程大且密封性能优良；

4、配备真空抽气机易使土试样快速饱和；

5、配备百分表以精确测量土样由于荷载作用产生的位移，并由此可推算出相应的孔隙比；

6、湿陷固结渗透仪的取样环刀长度增加，可以取不同长度原状土试样进行试验，以便研究土试样长度对固结渗透的规律；

7、可以制备控制含水量和干密度的重塑土试样进行渗透试验，以便研究重塑土的渗透规律；

8、土试样与环刀之间采用黄土/凡士林密封，放置侧壁渗漏，保证整个试验过程中水流、气流只能在土样中通过；

9、湿陷固结渗透仪可以进行二次湿陷试验，无需进行现场浸水试验，也无需使湿陷后试样脱离出来，保证了湿陷后试样的完整性，方便、省时、省力；

10、渗透系数测定模块，采用光电传感器组进行读数和计时，提高其准确性，避免了人为误差；

11、渗气系数测定模块，采用汞柱测压管、红外光电组合模块、智能控制***、真空泵等能够快捷、方便的测定土体渗气系数，以便研究气相在土体的渗透规律；

12、整个试验***是密封的，不受蒸发的影响，同时试验应在恒温下进行，以免温度变化对试验造成影响。

本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便，实用性强，使用效果好，便于推广。

附图说明

图1为本发明的原理***示意图；

图2为本发明的土体水-气湿陷固结渗透仪的结构示意图；

图3为图2中表夹部分俯视图；

图4为本发明的渗水系数测定***的结构示意图；

图5为本发明的渗气系数测定***的结构示意图；

图中标号代表：Ⅰ-湿陷固结渗透仪；Ⅱ-渗水系数测定***；Ⅲ-渗气系数测定***；

1-1—第一孔塞，1-2—第二孔塞，1-3—第三孔塞，1-4—第四孔塞，2-1—第一管接口，2-2—第二管接口，2-3—第三管接口，2-4—第四管接口，2-5—第五管接口，2-6—第六管接口，2-7—第七管接口，3—法兰，4—胶垫，5—试样套座，6—渗透模，7—环刀，8—底座，9—下透水石，10—土试样，11—上透水石，12—活塞，13—气缸，14—固定柱，15—表夹，16—百分表，17—压力表，18—三通管接口，19—减压阀，20-1—第一截止阀，20-2—第二截止阀，21—气源，22—溢流器，23—供水泵，24—水箱，25—储备瓶，26—抽真空装置，27—固定套，28—浮子，29—测压管，30—光电传感器组，31—显示屏，32—控制仪，33—阀组I，34—箱体，35—缓冲腔，36—汞柱入口，37—标尺，38—汞柱测压管，39—电源，40—控制***，41—红外光电组合模块，42—气室，43—真空泵，44—阀组Ⅱ。

具体实施方式

遵从上述技术方案，如图1至图4所示，一种水-气湿陷固结渗透联合测定仪，包括湿陷固结渗透仪Ⅰ、渗水系数测定***Ⅱ和渗气系数测定***Ⅲ。

湿陷固结渗透仪Ⅰ(图2)包括底座8和环刀7，底座8上设置有阶梯式凹槽，环刀7安装在阶梯式凹槽内，底座8侧壁上对称设置有与凹槽底部相通的第三管接口2-3和第四管接口2-4，为渗透过程溢出水的排水通道，环刀7外套装有圆筒形渗透模6，环刀7和渗透模6之间设置有用于保护环刀7的圆筒形试样套座5，试样套座5内径与环刀7外径相匹配，使得试样套座5能够刚好套在环刀7外，渗透模6侧壁上对称设置有与环刀7内部相通的第二管接口2-2和第三通道，为渗透过程溢出水的排水通道，渗透模上方有起密封作用的胶垫4，环刀内填充有土试样10，在环刀7设计高度范围内可削制任意高度原状土试样10或压制任意高度重塑土试样10，土试样10顶端设置有加压控制***，加压控制***包括设置在土试样10上方的活塞12，加压控制***上安装有用于测量活塞12位移的百分表16和压力表17；土试样10的底端和顶端分别设置有下透水石9和上透水石11，其中上透水石11位于土试样10与活塞12之间，下透水石9位于凹槽与土试样10之间，其中渗水系数测定***Ⅱ分别通过第二管接口2-2和第三管接口2-3与湿陷固结渗透仪Ⅰ连接，渗气系数测定***Ⅲ通过第四管接口2-4与湿陷固结渗透仪Ⅰ连接。

渗水系数测定***Ⅱ(图4)包括阀组I33和分别与阀组I33连接的测液压***、真空***、充水***。其中测液压***包括控制仪32、圆柱形测压管29，测压管29内设置有浮子28，测压管29外套装有光电传感器组30；光电传感器组30包括固定套27，固定套27上沿轴向分布有多个用于检测浮子28位置的光电传感器，光电传感器均与控制仪32连接，在控制仪32上还设置有显示屏31；真空***包括一个带有塞子的储备瓶25，储备瓶25内部通过管道穿过塞子与一个抽真空装置26连接；充水***包括水箱24，所述的水箱24中设置有供水泵23，水箱24的侧壁上开设有一个管接口，水箱24通过管接口连接有溢流器22，溢流器22位置高于水箱24；测液压***中的测压管29与充水***中的水箱24连接；阀组I33包括E阀、F阀、G阀、H阀、I阀和J阀，其中I阀两端分别与E阀和G阀的一端连接，E阀的另一端与测压控制***中的测压管29底部连接，G阀的另一端通过管道与真空***中的储备瓶25内部连通，J阀两端分别与H阀和F阀的一端连接，H阀的另一端与充水***中的供水泵23连接，F阀的另一端与充水***中溢流器22溢出水位处设置的开口连接，I阀与E阀连接的一端还连接有第五管接口2-5，J阀与F阀连接的一端还连接有第六管接口2-6，所述的第五管接口2-5与所述的第四管接口2-4连接，所述的第六管接口2-6与所述的第三管接口2-3连接。

渗气系数测定***Ⅲ(图5)包括控制***40、阀组Ⅱ44、测气压***、真空泵43和气室42；其中阀组Ⅱ44分别于真空泵43、气室42、测气压***连接；测气压***包括蓄电池电源39，电源39与控制***40连接，控制***40连接红外光电组合模块41，通过红外光电组合模块41测量U形结构的汞柱测压管38内一侧汞柱的位置变化，由汞注入口36向汞柱测压管38内注入水银，汞柱测压管38另一侧配制标尺37，标尺37上设有几个位置刻度线，汞柱测压管38内汞柱超过标尺37最高红刻度线位置时，即可开始渗气系数测量操作。汞柱测压管38另一侧顶端与缓冲室连接，缓冲室的作用是：缓冲气室内负压对汞柱测压管38内汞柱大幅变化造成水银倒吸，缓冲室包括矩形的箱体34，箱体34内设置有一个U形口朝下的缓冲腔35，缓冲腔35一端与汞柱测压管38的端部连接，缓冲腔35的另一端位于在箱体34中，在箱体34侧壁上开设有通孔，通孔位于箱体34外壁的一端装配有第四孔塞1-4；阀组Ⅱ44由三个接口阀组成，分别为A阀、B阀、C阀；其中C阀的一端连接有第七管接口2-7，C阀的另一端分别与A阀、B阀以及缓冲室中的缓冲腔35连接；A阀与真空泵43连接，B阀与所述的气室42连接。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

结合图1、图2，本发明土体水-气固结渗透联合测定仪固结过程为：

步骤一，根据土工试验规程SL237-002-1999规定，切取原状土试样10或制备给定密度与含水率的扰动土试样10；

步骤二，放置安装好透水石衬套的下透水石9、滤纸，铺好底座的O形圈和胶垫4，将按土工实验规程制备削制好的环刀7置入试样套座5中，再放置滤纸、上透水石11，铺好试样套座5上方的胶垫4，扣上加压***(气缸13，活塞12)，用法兰3固定；

步骤三，连接好气压与湿陷固结渗透仪的第一管接口2-1，启动加压控制装置。安装百分表16。使指针读数为零。按土工操作规程施加预压力，带预应力稳定后，调整压力表17指针为“零”，再逐级加压；

步骤四，试验完成后，打开减压阀19卸压，迅速拆除仪器各部件，取出待环刀7的试样，取出试样，测定试验后的含水率。将仪器全部擦拭干净，如有较长时间不用，应在表面塗以油脂，预防锈蚀。

步骤五，计算及制图：

按式1-1计算试样的初始孔隙比e₀：

$e_0=\frac{{\mathrm{\ρ}}_w{G}_s(1+0.01{\mathrm{\ω}}_0)}{{\mathrm{\ρ}}_0}-1---1-1$

式中，G_s——土粒比重；ρ_ω——水的密度，g/cm³；ρ₀——试样的初始密度，g/cm³；ω₀——试样的初始含水率，％。

按式1-2计算各级压力下固结稳定后的孔隙比e_i：

$e_i=e_0-(1+e_0)\frac{{\mathrm{\Δh}}_i}{h_0}---1-2$

式中，e_i——某级压力下的孔隙比；Δh_i——某级压力下试样高度变化，cm；h₀——试样初始高度，cm。

按式1-3计算某一压力范围内的压缩系数a_v：

$a_v=\frac{e_i-e_{i+1}}{p_{i+1}-p_i}---1-3$

式中，p_i——某一压力值，kpa；

按1-4、1-5公式计算某一压力范围内的压缩模量E_s和体积压缩系数m_v：

$E_s=\frac{1+e_0}{a_v}---1-4$

$m_v=\frac{1}{E_s}=\frac{a_v}{1+e_0}---1-5$

以孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，绘制e～p关系曲线。

按式1-6计算压缩指数C_c及回弹指数C_s：

C_c或

绘制e～lgp关系曲线，C_c为e～lgp曲线直线段的斜率；C_s为e～lgp曲线上求其平均斜率，确定原状土的先期固结压力p_c。

按1-7式求算固结系数C_v：

$C_v=\frac{0.848{\left(\stackrel{\‾}{h}\right)}^2}{t_{90}}---1-7$

式中，—最大排水距离，等于某一压力下试样初始与终了高度的平均值之半，cm；t₉₀—固结度达90％所需的时间，s。

通过曲线或d～lgt曲线求t₉₀。

实施例2

结合图1、图2、图4，本发明水-气湿陷固结渗透联合测定仪测定渗水系数过程为：

步骤一，按实施例1中的步骤一、步骤二装样并紧固好，用孔塞塞分别塞住第一通道、第二通道、第三通道和第四管接口2-4；

步骤二，将图1中渗水系数测定***Ⅱ与湿陷固结渗透仪Ⅰ通过软管联接，湿陷固结渗透仪Ⅰ中第二管接口2-2与渗水系数测定***Ⅱ中第五管接口2-5联接，湿陷固结渗透仪Ⅰ中第三管接口2-3与渗水系数测定***Ⅱ中第六管接口2-6联接。阀组I33共有六个阀门，起始状态为全部关闭状态；

步骤三，打开H、I、J、E阀，启动供水泵23进行充水；

步骤四，打开G、H、J阀，关闭E、F阀，启动抽真空装置26排气；

步骤五，反复交替进行步骤三、步骤四，使试样处于充水饱和状态；

步骤六，打开E、F、H、I阀，保持几分钟，依次关闭I、H阀和供水泵23，打开光电传感器控制仪32开关，光电传感器控制仪32自动检测、计时、计算渗透系数k_t，并自动存储。

渗透系数计算原理如下：

$k_T=k_t\×12.7\frac{L}{A}---2-1$

$k_{20}=k_T\frac{{\mathrm{\η}}_T}{{\mathrm{\η}}_{20}}---2-2$

式中，k_T——水温T℃时试样的渗透系数，cm/s；12.7——标准试样截面积与渗径的比值，渗透试验的标准试样为φ101×63mm，截面积为80cm²，渗径为6.3cm；L——实际试样长度，cm；A——实际试样截面积，cm²；η_T——T℃时水的动力粘滞系数，kpa·s(10^-6)；η₂₀——20℃时水的动力粘滞系数，kpa·s(10^-6)。比值η_T/η₂₀与温度的关系，查SL237-014-1999表。

例：试件尺寸为φ79.8×100mm时，L＝10cm，

实施例3

结合图1、图2、图5，本发明土体水-气固结渗透联合测定仪测定渗气系数过程为：

步骤一，按实施例1中的步骤一、步骤二装样并紧固好，打开第一孔塞1-1，用孔塞塞住第二通道、第三通道、第二管接口2-2和第三管接口2-3；

步骤二，开启B阀，使测压管与大气连通，改变汞的加入量，使汞柱位置对准标尺零位；

步骤三，将图1中渗气系数测定***Ⅲ与湿陷固结渗透仪Ⅰ通过软管联接，湿陷固结渗透仪Ⅰ中第四管接口2-4与渗气系数测定***Ⅲ中第七管接口2-7联接；

步骤四，使汞柱测压管38与湿陷固结渗透仪Ⅰ连通，开启A阀，接通微型电动真空泵43抽气，使湿陷固结渗透仪Ⅰ内部形成一定的负压，待汞柱测压管38中的汞柱升至红线位置时关闭A阀，此时外界空气通过土试样10内部间隙渗透进入，依据汞柱测压管38中汞柱高度的变化率，控制***40进行自动检测和数据处理并将渗气系数显示出来上。

渗气系数k_a计算原理如下：

$k_a=\frac{ML}{RAT}ln\frac{{\mathrm{\Δh}}_1}{{\mathrm{\Δh}}_2}---3-1$

式中，M——仪器常数，无气室状态用M₀，带气室状态用M_v；L——渗径，cm；R——汞的密度，13.6g/cm³；A——隔气罩面积，A＝30cm²；T——水银柱由h₁降到h₂所经历的时间，s；

实施例4

结合图1、图2，本发明土体水-气固结渗透联合测定仪黄土自重湿陷试验过程为：

步骤一，土试样10应在天然湿度下，按实施例1中的步骤一、步骤二装样并紧固好；

步骤二，施加预应力使土试样10与仪器上、下各部件接触，并调整测量土试样10变形量的百分表16的零位或初始值；

步骤三，逐步加压至土试样10所处的上覆饱和自重压力，待变形稳定后，浸水使试样湿陷变形，按照土工试验规程(SL237-016-1999)规定进行操作，连续2次每小时变形量读数不大于0.01mm，即变形稳定为止；

步骤四，试验完毕，放掉积水，拆除仪器，取出试样，测定土试样10含水率，检查浸水后土试样10的饱和度；

步骤五，计算自重湿陷系数绘制p～δ_ZS关系曲线。

按式4-1计算自重湿陷系数δ_ZS：

${\mathrm{\δ}}_{ZS}=\frac{h_Z-h_Z^{\′}}{h_0}---4-1$

式中，h0——试样初始高度，mm；hz——在饱和自重压力下试样变形稳定后的高度，mm；h′_Z——在饱和自重压力下，试样浸水湿陷变形稳定后的高度，mm。

实施例5

结合图1、图2，本发明土体水-气固结渗透联合测定仪黄土湿陷试验过程为：

步骤一，按实施例4中的步骤一、步骤二操作；

步骤二，施加第一级压力后，按照土工试验规程(SL237-016-1999)规定进行操作，连续2次每小时变形量不大于0.01mm，即认为变形稳定。如此，依次施加第二级及以后各级压力；

步骤三，根据工程需要及土的沉积条件确定浸水压力。在不同的浸水压力下待变形稳定后，保持压力不变，根据工程情况，用自上而下或自下而上的浸水方式，浸水宜用纯水，并按上述步骤三测定变形量至变形稳定为止；

步骤四，测定溶虑变形时，则在浸水压力下待湿陷变形稳定后，继续使水渗流，开始每隔2、4、8h读数一次，以后每日读数1～3次，直到变形稳定为止(稳定标准为每3天不大于0.01mm)；

步骤五，试验完毕，放掉积水，拆除仪器，取出试样，测定土试样10含水率，检查浸水后土试样10的饱和度；

步骤六，计算湿陷系数δ_S、溶虑变形系数δ_ωt和p～δ_S、p～δ_ωt关系曲线图。

按式5-1计算湿陷系数δ_S：

${\mathrm{\δ}}_S=\frac{h_1-h_2}{h_0}---5-1$

式中，h₀——试样初始高度，mm；h₁——在某级压力下，试样变形稳定后的高度，mm；h₂——在某级压力下，试样浸水湿陷变形稳定后的高度，mm；

按式5-2计算溶虑变形系数δ_ωt：

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{\ω}t}=\frac{h_2-h_3}{h_0}---5-2$

式中，h₃——在某级压力下，试样在溶虑变形稳定后的高度，mm。

实施例6

结合图1、图2、图4，本发明土体水-气固结渗透联合测定仪黄土湿陷后其渗透系数过程为：

步骤一，按照实施例5中的步骤一、二、三、四进行黄土湿陷试验；

步骤二，按照实施例2的操作测定黄土湿陷后试样的渗透系数。

计算渗透系数原理参见实施例2。

实施例7

结合图1、图2、图5，本发明土体水-气固结渗透联合测定仪黄土湿陷后其渗气系数过程为：

步骤一，按照实施例5中的步骤一、二、三、四进行黄土湿陷试验；

步骤二，按照实施例3的操作测定黄土湿陷后试样的渗气系数。

计算渗透系数原理参见实施例3。

以上所述，仅是本发明较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，包括湿陷固结渗透仪(Ⅰ)，所述的湿陷固结渗透仪包括底座(8)和环刀(7)，所述的底座(8)上设置有阶梯式凹槽，所述的环刀(7)安装在凹槽内，环刀(7)内填充有土试样(10)，其特征在于，所述的环刀(7)外套装有圆筒形渗透模(6)，所述的渗透模(6)侧壁上设置有与环刀(7)内部相通的第二管接口(2-2)；土试样(10)顶端设置有加压控制***，加压控制***包括设置在土试样(10)上方的活塞(12)，所述的加压控制***上安装有压力表(17)有和用于测量活塞(12)位移的百分表(16)；所述的底座(8)侧壁上对称设置有与凹槽底部相通的第三管接口(2-3)和第四管接口(2-4)；所述的测定仪还包括渗水系数测定***(Ⅱ)和渗气系数测定***(Ⅲ)，所述的渗水系数测定***(Ⅱ)分别通过第二管接口(2-2)和第三管接口(2-3)与湿陷固结渗透仪(Ⅰ)连接，所述的渗气系数测定***(Ⅲ)通过第四管接口(2-4)与湿陷固结渗透仪(Ⅰ)连接。

2.如权利要求1所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的环刀(7)和渗透模(6)之间设置有圆筒形试样套座(5)，所述的试样套座(5)内径与环刀(7)外径相匹配；所述的土试样(10)的底端和顶端分别设置有下透水石(9)和上透水石(11)，其中上透水石位于土试样(10)与活塞(12)之间，下透水石(9)位于凹槽与土试样(10)之间。

3.如权利要求1所述的所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定 仪，其特征在于，所述的加压控制***包括气缸(13)，所述的底座上设置有立柱，气缸通过法兰(3)可拆卸安装在环刀(7)的顶部，且气缸(13)内径与环刀(7)内径相同；

所述的活塞装配在气缸(13)内，活塞(12)与一个穿透气缸(13)顶部的活塞杆连接，在活塞杆内部设置有通气道，活塞杆的外壁上设置有与通气道连通的第一通道，第一通道上装配有第一孔塞(1-1)；所述的百分表(16)的测量端与活塞杆顶部接触；气缸(13)顶部设置与气缸(13)内部连通的第二通道，第二通道上装配有第二孔塞(1-2)，气缸(13)侧壁上对称设置有第一管接口(2-1)和第三通道，第三通道上装配有第三孔塞(1-3)；

所述的加压控制***还包括减压阀(19)，减压阀(19)的一端通过第一截止阀(20-1)与气源(21)连接，减压阀(19)的另一端通过一个三通管接口(18)分别连接所述的压力表(17)、第一管接口(2-1)；在第一管接口(2-1)与三通管接口(18)之间设置有第二截止阀(20-2)。

4.如权利要求1所述的所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的渗水系数测定***(Ⅱ)包括阀组I(33)和分别与阀组I(33)连接的测液压***、真空***、充水***；

所述的测液压***包括控制仪(32)、圆柱形测压管(29)，所述的测压管(29)内设置有浮子(28)，所述的测压管(29)外套装有光电传感器组(30)；所述的光电传感器组(30)包括固定套(27)，固定套(27)上沿轴向分布有多个用于检测浮子(28)位置的光电传 感器，所述的光电传感器均与控制仪(32)连接，在控制仪(32)上还设置有显示屏(31)；

所述的真空***包括一个带有塞子的储备瓶(25)，储备瓶(25)内部通过管道穿过塞子与一个抽真空装置(26)连接；

所述的充水***包括水箱(24)，所述的水箱(24)中设置有供水泵(23)，水箱(24)的侧壁上开设有一个管接口，水箱(24)通过管接口连接有溢流器(22)，所述的溢流器(22)位置高于水箱；

所述的测液压***中的测压管(29)与充水***中的水箱(24)连接。

5.如权利要求4所述的种土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的阀组Ⅰ(33)包括E阀、F阀、G阀、H阀、I阀和J阀，其中I阀两端分别与E阀和G阀的一端连接，E阀的另一端与测压控制***中的测压管(29)底部连接，G阀的另一端通过管道与真空***中的储备瓶(25)内部连通，J阀两端分别与H阀和F阀的一端连接，H阀的另一端与充水***中的供水泵(23)连接，F阀的另一端与充水***的溢流器(22)连接，I阀与E阀连接的一端还连接有第五管接口(2-5)，J阀与F阀连接的一端还连接有第六管接口(2-6)，所述的第五管接口(2-5)与所述的第四管接口(2-4)连接，所述的第六管接口(2-6)与所述的第三管接口(2-3)连接。

6.如权利要求1所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的渗气系数测定***(Ⅱ)包括控制***、阀组Ⅱ(44)、测气压***、真空泵(43)和气室(42)；其中阀组Ⅱ(44)分别与 真空泵(43)、气室(42)、测气压***连接；

所述的测气压***包括汞柱测压管(38)，所述的汞柱测压管(38)为U形结构，汞柱测压管(38)的一端开设有汞柱入口(36)，汞柱测压管(38)的外部套装有多个沿汞柱测压管(38)轴向分布的红外光电组合模块(41)，每个红外光电组合模块(41)都与所述的控制***(40)连接，控制***(40)连接有蓄电池电源(39)；所述的测气压***还包括缓冲室，所述的缓冲室包括矩形的箱体(34)，箱体(34)内设置有一个U形口朝下的缓冲腔(35)，缓冲腔(35)一端与汞柱测压(38)管的端部连接，缓冲腔(35)的另一端位于箱体(34)中，在箱体(34)侧壁上开设有通孔，通孔位于箱体外壁的一端装配有第四孔塞(1-4)；

汞柱测压管(38)侧面设置有标尺(37)，标尺(37)位于缓冲室下，并且标尺(37)与汞柱测压管(38)平行。

7.如权利要求6所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的阀组Ⅱ(44)由三个接口阀组成，分别为A阀、B阀、C阀；其中C阀的一端连接有第七管接口(2-7)，C阀的另一端分别与A阀、B阀以及缓冲室中的缓冲腔(35)连接；A阀与真空泵(43)连接，B阀与所述的气室(42)连接。

8.如权利要求1所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的环刀(7)内壁涂有一层凡士林薄层。

9.权利要求5所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的气缸上安装有固定柱(14)，固定柱(14)上设置有表 夹(15)，所述的百分表(16)安装在表夹(15)上。