CN106404628A - 一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，可用于岩土工程材料的饱和及渗透仪器制造。本装置包括加压式双层体变量测***、渗透饱和腔室；其中加压式双层体变量测***由加压***与双层体变管量测***组成，加压***施加的气压可以使双层体变管中的溶液快速进入土样，缩短试验时间；双层体变管量测***与渗透饱和腔室相连，该渗透饱和腔室设有活塞装置可控制土样高度；且可测量多种压力下土样的渗透系数，研究土体在不同压力下的渗透性。该装置构造简单，操作方便，实用性好，可提高试验效率，有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于土工试验仪器设备技术领域，具体涉及一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置。
背景技术
饱和土指的是土体内的孔隙基本上被水充满的土。现有的土样饱和方法是将土样放入饱和器，然后将其置于溶液缸里进行自由浸泡饱和或者抽气浸泡饱和，这种饱和方法耗时耗力且饱和效果不理想。尤其对于渗透系数极低的黏性土，现有饱和设备很难使其达到完全饱和，造成土工试验误差。
土的渗透性是指水在土孔隙中渗透流动的性能。土的渗透性可以用渗透系数表示，渗透系数是综合反映土体渗透能力的定量指标。土的渗透系数变化范围很大（10-1~10- 8cm/s），渗透系数测定根据土性的不同采用不同的方法。对于黏性土，渗透系数一般很小，在常规外界水力梯度下，通过土样的渗流十分缓慢，对于膨润土等渗透系数极低的黏土，需要几天或更长时间才能形成渗透通道，导致变水头试验异常耗时，效率极其低下。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，可以对低渗透性黏土进行快速饱和，并可以在短时间内对土样进行其饱和渗透系数的量测，大幅度缩短了试验时间，提高了试验效率。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，包括加压式双层体变量测***以及渗透饱和腔室，所述加压式双层体变量测***与渗透饱和腔室通过出水管相连接。
所述加压式双层体变量测***包含加压***、双层体变管顶帽、双层体变管底座、双层体变管和双层体变管进水装置；所述双层体变管的上端和下端分别固定双层体变管顶帽和双层体变管底座，双层体变管上端与加压***相连，通过加压***施加压力使溶液快速进入土样，缩短试验时间；双层体变管进水装置连接于双层体变管上部，双层体变管底部的出水口与出水管相连，出水口上设有第三阀门。
所述加压***包含主进气管、气压表、第一阀门、气压控制装置、外层进气管和内层进气管；所述主进气管上设置有气压表和第一阀门，主进气管连接气压控制装置，气压控制装置通过外层进气管和内层进气管连接双层体变管。
所述双层体变管包括内层体变管、外层有机玻璃管，内层体变管上设有刻度；所述双层体变管进水装置直接与内层体变管相连，双层体变管进水装置上设置有进水口和第二阀门；所述外层进气管与外层有机玻璃管相联通，内层进气管与内层体变管相联通，气体通过气压控制装置分成两股相同气压的气体，分别进入外层有机玻璃管以及内层体变管，保证外层有机玻璃管和内层体变管的气压相同，防止内层体变管内外气压差别过大，而发生变形，影响试验结果的精确性。
所述渗透饱和腔室包含底座、活塞装置、顶帽、两瓣式圆筒、箍圈装置以及试样；所述两瓣式圆筒安装在底座上，所述顶帽安装在两瓣式圆筒的顶端，箍圈装置将两瓣式圆筒固定，所述试样置于两瓣式圆筒的底部，所述活塞装置穿过顶帽置于两瓣式圆筒内。
所述底座包括进水管、第四阀门、第一水槽、出水圆孔，所述进水管上设有螺纹，与出水管固定，进水管上设有第四阀门；底座内部的空腔为第一水槽，第一水槽上部开设出水圆孔。
所述顶帽包含圆孔、出水管孔，所述圆孔内侧设有第一螺纹，底部设有第二螺纹，与两瓣式圆筒顶端固定。
所述活塞装置包括活塞杆、把手、活塞，所述活塞杆穿过顶帽的圆孔，其外表面设有螺纹，与第一螺纹相配合将活塞杆固定在任意高度；所述把手固定在活塞杆顶端，所述活塞固定在活塞杆底端，活塞设有第二水槽，第二水槽的底部设有进水圆孔，第二水槽顶部设有出水孔，出水孔通过出水软管穿出出水管孔连接外界出水口。
所述两瓣式圆筒包括两瓣式圆筒上半部分、两瓣式圆筒下半部分；箍圈装置用螺母、箍圈将两瓣式圆筒固定。
所述试样为土样及上部的上透水石，下部的下透水石并用橡皮膜包裹在一起，进行渗透试验时作为柔性壁结构形式，防止试样侧壁渗漏。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明试验装置连接加压装置，在压力作用下可使溶液快速进入土样，使土样快速饱和；并且，在压力作用下，可使溶液在较大水力梯度下快速进入土样，缩短土体渗透试验时间。对于渗透系数较小的黏性土，这一优势尤其明显。双层体变管可用来***量测一定压力下土体的渗透系数，同时，可以减小由于加压导致体变管发生细微变形，保证试验结果的精确性；本发明量测装置可测量多种压力下土样的渗透系数，研究土体在不同压力下的渗透性；所用土样及上透水石、下透水石用橡皮膜包裹在一起，进行渗透试验时可作为柔性壁结构形式，防止试样侧壁渗漏，提高试验结果的精确性；该渗透饱和腔室设有活塞装置可控制土样高度，便于对不同高度的土样进行饱和并测量渗透系数；此外，由于该渗透饱和腔室容积较大，可根据需求一次性制作较大体积的饱和试样，饱和后用切土器将土样分割成多个试验所需尺寸进行试验，提高饱和效率、确保饱和试样的均质性。
附图说明
图1是本发明加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置总图。
图2是双层体变管剖面图。
图3为双层体变管截面图。
图4为进水口处双层体变管截面图。
图5为渗透饱和腔室剖面图。
图6为顶帽剖面图。
图7为顶帽截面图。
图8为底座剖面图。
图9为两瓣式圆筒箍圈截面图。
图10为活塞装置剖面图。
具体实施方式
下面结合附图所示，对本发明具体实施方式做以下说明。
如图1所示，一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，包括加压式双层体变量测***以及渗透饱和腔室，所述加压式双层体变量测***与渗透饱和腔室通过出水管11相连接。
如图1至图4所示，所述加压式双层体变量测***包含加压***45、双层体变管顶帽35、双层体变管底座36、双层体变管9和双层体变管进水装置6；所述双层体变管9的上端和下端分别固定双层体变管顶帽35和双层体变管底座36，双层体变管9上端与加压***45相连，通过加压***45施加压力使溶液快速进入土样，缩短试验时间；双层体变管进水装置6连接于双层体变管9上部，双层体变管9底部的出水口10与出水管11相连，出水口10上设有第三阀门44。
所述加压***45包含主进气管33、气压表1、第一阀门2、气压控制装置34、外层进气管3和内层进气管4；所述主进气管33上设置有气压表1和第一阀门2，主进气管33连接气压控制装置34，气压控制装置34通过外层进气管3和内层进气管4连接双层体变管9。
所述双层体变管9包括内层体变管7、外层有机玻璃管8，内层体变管7上设有刻度；所述双层体变管进水装置6直接与内层体变管7相连，双层体变管进水装置6上设置有进水口42和第二阀门5；所述外层进气管3与外层有机玻璃管8相联通，内层进气管4与内层体变管7相联通，气体通过气压控制装置34分成两股相同气压的气体，分别进入外层有机玻璃管8以及内层体变管7，保证外层有机玻璃管8和内层体变管7的气压相同，防止内层体变管7内外气压差别过大，而发生变形，影响试验结果的精确性。
如图1，图5至图10所示，所述渗透饱和腔室包含底座15、活塞装置、顶帽29、两瓣式圆筒20、箍圈装置以及试样；所述两瓣式圆筒20安装在底座15上，所述顶帽29安装在两瓣式圆筒20的顶端，箍圈装置将两瓣式圆筒20固定，所述试样置于两瓣式圆筒20的底部，所述活塞装置穿过顶帽29置于两瓣式圆筒20内。
所述底座15包括进水管13、第四阀门12、第一水槽16、出水圆孔17，所述进水管13上设有螺纹，与出水管11固定，进水管13上设有第四阀门12；底座15内部的空腔为第一水槽16，第一水槽16上部开设出水圆孔17。
所述顶帽29包含圆孔32、出水管孔37，所述圆孔32内侧设有第一螺纹41，底部设有第二螺纹40，与两瓣式圆筒20顶端固定。
所述活塞装置包括活塞杆27、把手31、活塞24，所述活塞杆27穿过顶帽29的圆孔32，其外表面设有螺纹，与第一螺纹41相配合将活塞杆27固定在任意高度；所述把手31固定在活塞杆27顶端，所述活塞24固定在活塞杆27底端，活塞24设有第二水槽22，第二水槽22的底部设有进水圆孔21，第二水槽22顶部设有出水孔23，出水孔23通过出水软管28穿出出水管孔37连接外界出水口30。
所述两瓣式圆筒20包括两瓣式圆筒上半部分、两瓣式圆筒下半部分；箍圈装置用螺母26、箍圈25将两瓣式圆筒20固定。
所述试样为土样18及上部的上透水石19，下部的下透水石14并用橡皮膜43包裹在一起，进行渗透试验时作为柔性壁结构形式，防止试样侧壁渗漏。
本实施例中，内层体变管7内径为10mm，厚3mm，外层有机玻璃管8内经为40mm，外壁厚度为3mm，高500mm；内层体变管7上端右侧为进水口42，内径为10mm，厚度为1mm，距离双层体变管9的顶部12.5mm；双层体变管9下端的出水管11内径为10mm；加压***45的主进气管33内径为9mm；双层体变管顶帽35的长度为77mm，宽度为28mm，高度为18mm，双层体变管底座36的长度为77mm，宽度为28mm，高度为18mm。
渗透饱和腔室（图5）中顶帽29内径为102mm，厚度为20mm，圆孔32内径为12mm、出水管孔37内径为2mm。由左瓣圆筒和右瓣圆筒拼合成完整的两瓣式圆筒20，两瓣式圆筒20上半部分内径为61.8mm、外径为81.8mm、高110mm，下半部分内径为61.8mm、外径为85.8mm、高90mm。完整的圆柱筒上部设有第二螺纹40高15mm，下部也设有螺纹高15mm；箍圈25内径为82mm、外径为102mm、高度为12mm，螺母26直径为3mm、长20mm。底座15内径为86mm、外径为96mm、侧壁厚5mm、底壁厚5mm、直径为136mm，底座15侧壁39处的螺纹高20mm；进水管13内径为10mm；第一水槽16直径为86mm高10mm，出水圆孔17直径为40mm高为5mm。活塞杆27的内径为12mm，长度为196mm；把手31的长度为48mm，厚度为5mm；活塞24的内径为61.8mm，厚度为24mm；第二水槽22的内径为51.8mm，厚度为10mm，出水孔23的内径为2mm，软管长60mm；所用上透水石19、下透水石14的内径都为61.8mm，厚度为10mm；所用橡皮膜43的长度随土样高度的变化而变化。
使用实例
第一步：将两瓣式圆筒20用箍圈25箍紧，把试验用土分批放进渗透饱和腔室内进行分层击实，可将土样在渗透饱和腔室（图5）内击实成任意高度的土样18。
第二步：击实完成后，取出土样，用成膜桶将橡皮膜43和土样18及上透水石19、下透水石14包裹住，放入渗透饱和腔室（图5）内，用箍圈25箍紧两瓣式圆筒20。
第三步：将活塞杆27连同活塞24放置到渗透饱和腔室（图5）内，活塞24压住橡皮膜43。将渗透饱和腔室（图5）的顶帽29盖住两瓣式圆筒20，出水软管28从顶帽29的出水管孔37中露出。将双层体变管9出水口10处的出水管11连接到渗透饱和腔室（图5）进水管13。
第四步：打开双层体变管9出水口10处的第三阀门44，进水口42处的第二阀门5，渗透饱和腔室的进水管13处的第四阀门12，通过进水口42向内层体变管7注满水，关闭第二阀门5。
第五步：打开第一阀门2使气压分别从外层进气管3进入外层有机玻璃管8以及从内层进气管4进入内层体变管7，开始加速饱和。饱和完成后，通过内层体变管7水头的变化进行渗透系数的测定。
Claims (10)
1.一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，包括加压式双层体变量测***以及渗透饱和腔室，其特征在于，所述加压式双层体变量测***与渗透饱和腔室通过出水管（11）相连接。
2.根据权利要求1所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述加压式双层体变量测***包含加压***（45）、双层体变管顶帽（35）、双层体变管底座（36）、双层体变管（9）和双层体变管进水装置（6）；所述双层体变管（9）的上端和下端分别固定双层体变管顶帽（35）和双层体变管底座（36），双层体变管（9）上端与加压***（45）相连，通过加压***（45）施加压力使溶液快速进入土样，缩短试验时间；双层体变管进水装置（6）连接于双层体变管（9）上部，双层体变管（9）底部的出水口（10）与出水管（11）相连，出水口（10）上设有第三阀门（44）。
3.根据权利要求2所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述加压***（45）包含主进气管（33）、气压表（1）、第一阀门（2）、气压控制装置（34）、外层进气管（3）和内层进气管（4）；所述主进气管（33）上设置有气压表（1）和第一阀门（2），主进气管（33）连接气压控制装置（34），气压控制装置（34）通过外层进气管（3）和内层进气管（4）连接双层体变管（9）。
4.根据权利要求2所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述双层体变管（9）包括内层体变管（7）、外层有机玻璃管（8），内层体变管（7）上设有刻度；所述双层体变管进水装置（6）直接与内层体变管（7）相连，双层体变管进水装置（6）上设置有进水口（42）和第二阀门（5）；所述外层进气管（3）与外层有机玻璃管（8）相联通，内层进气管（4）与内层体变管（7）相联通，气体通过气压控制装置（34）分成两股相同气压的气体，分别进入外层有机玻璃管（8）以及内层体变管（7），保证外层有机玻璃管（8）和内层体变管（7）的气压相同，防止内层体变管（7）内外气压差别过大，而发生变形，影响试验结果的精确性。
5.根据权利要求1所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述渗透饱和腔室包含底座（15）、活塞装置、顶帽（29）、两瓣式圆筒（20）、箍圈装置以及试样；所述两瓣式圆筒（20）安装在底座（15）上，所述顶帽（29）安装在两瓣式圆筒（20）的顶端，箍圈装置将两瓣式圆筒（20）固定，所述试样置于两瓣式圆筒（20）的底部，所述活塞装置穿过顶帽（29）置于两瓣式圆筒（20）内。
6.根据权利要求5所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述底座（15）包括进水管（13）、第四阀门（12）、第一水槽（16）、出水圆孔（17），所述进水管（13）上设有螺纹，与出水管（11）固定，进水管（13）上设有第四阀门（12）；底座（15）内部的空腔为第一水槽（16），第一水槽（16）上部开设出水圆孔（17）。
7.根据权利要求5所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述顶帽（29）包含圆孔（32）、出水管孔（37），所述圆孔（32）内侧设有第一螺纹（41），底部设有第二螺纹（40），与两瓣式圆筒（20）顶端固定。
8.根据权利要求5所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述活塞装置包括活塞杆（27）、把手（31）、活塞（24），所述活塞杆（27）穿过顶帽（29）的圆孔（32），其外表面设有螺纹，与第一螺纹（41）相配合将活塞杆（27）固定在任意高度；所述把手（31）固定在活塞杆（27）顶端，所述活塞（24）固定在活塞杆（27）底端，活塞（24）设有第二水槽（22），第二水槽（22）的底部设有进水圆孔（21），第二水槽（22）顶部设有出水孔（23），出水孔（23）通过出水软管（28）穿出出水管孔（37）连接外界出水口（30）。
9.根据权利要求5所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述两瓣式圆筒（20）包括两瓣式圆筒上半部分、两瓣式圆筒下半部分；箍圈装置用螺母（26）、箍圈（25）将两瓣式圆筒（20）固定。
10.根据权利要求5所述的加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置，其特征在于，所述试样为土样（18）及上部的上透水石（19），下部的下透水石（14）并用橡皮膜（43）包裹在一起，进行渗透试验时作为柔性壁结构形式，防止试样侧壁渗漏。
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