CN109342150A - 一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置及方法，包括底座，底座顶部连接有中环，中环顶部安装有上环，中环下部设有橡胶水囊，中环外部安装有注水管，注水管上连通有三通阀A，三通阀A连通有进水管和出水管，出水管上安装有压力传感器B；中环中部开有水流通道B和水流通道C，水流通道B处密闭连接有压力传感器A，水流通道C通过管道A连通有三通阀B，三通阀B通过管道分别与测流管和供水装置相连通；上环中安装有活塞，活塞顶部安装有顶帽，顶帽下部开有排水管道，排水管道通过管道B与量液管连通；顶帽顶部设有排气管。本发明适合于含气土渗透与固结试验，具有结构新颖、成本较低等优点，提高了试验的量测精度。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程土工试验技术领域，尤其涉及一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置及方法。
背景技术
含气土泛指存有封闭气相，且气相以自由、溶解或气水化合物等形态赋存的土类，普遍分布在湖底、河口、谷底、三角洲、海床以及含油气资源相对丰富的浅部地层中。其中，富含浅层气且气相以游离气泡相态赋存的含气土，一般具有含水率高、气相溶解饱和且气压力高于大气压、渗透系数小、处于亚稳平衡态等特点。在岩土工程领域中，对于此类属性特殊、工程性质区别于一般饱和土和非饱和土的含气土了解甚少，其中一个主要困难在于欠缺专属的试验设备。而一般的固结渗透试验装置只适合一般饱和土的固结变形参数和渗透参数的测定，由于只能测定在固结过程中的排水量，而不能测定在固结过程中的排气量，因此无法适用于含气土的固结渗透试验。中国专利号ZL201820038132.7公开了一种含气土的固结试验装置，包括支架、压力筒、活塞、顶帽、多孔板、导杆、位移传感器、总应力传感器、水气测量装置、待测土样上下表面孔隙水压力测量装置、进水口、导管、压力筒固定在支架上；活塞置于压力筒中；导杆设置在活塞底部；位移传感器置于支架底部与导杆相连；顶帽以及多孔板自上而下设置在固结室上；总应力传感器设置在活塞的上表面；水气测量装置设置在顶帽上；压力筒上设置有进水口；活塞上设置有导管；进水口与压力室相连通，外接外部加压设备；待测土样上下表面孔隙水压力测量装置分别与待测土样的上下表面相连通。该装置可以适用于含气土、可进行气体密封和固结过程中的水气分离且独立量测；但是，该装置无法实现含气土的渗透试验，同时在操作上较为复杂，不利于含气土样固结试验与渗透试验的精确、快速量测。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置及方法，既适合于含气土同时交叉进行渗透试验和固结试验，又能克服固结过程中活塞侧壁摩阻力误差影响，具有结构新颖、试验成本较低等优点，同时提高了试验的量测精度。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，包括底座、中环、上环、活塞、顶帽、量液管、测流管和供水装置，所述底座顶部密闭连接有中环，所述中环顶部密闭安装有上环，所述中环的内部空腔包括上部土样腔和下部水囊放置腔，下部水囊放置腔中放置有橡胶水囊，橡胶水囊具有与水囊内腔相连通的管头，所述中环下部开有与橡胶水囊的管头相连通的水流通道A，所述中环外部安装有与水流通道A密闭连通的注水管，注水管上连通有三通阀A，所述三通阀A还连通有进水管和出水管，所述出水管上安装有压力传感器B；所述中环中部开有高于橡胶水囊高度的水流通道B和水流通道C，所述水流通道B处密闭连接有压力传感器A，所述水流通道C通过管道A连通有三通阀B，所述三通阀B还通过管道分别与测流管和供水装置相连通；所述中环内部空腔中的橡胶水囊顶部放置有透水石，所述上环的内部空腔中安装有活塞，活塞上贯穿开有若干条竖直通道，所述活塞顶部密闭安装有顶帽，所述顶帽内部具有与竖直通道相连通的顶帽腔，顶帽下部侧壁开有与顶帽腔侧部相连通的排水管道，排水管道通过管道B与量液管连通，管道B上安装有止水夹；所述顶帽顶部开有与顶帽腔顶部相连通的排气管道，所述顶帽顶部设有与排气管道相连通的排气管，排气管上设有排气阀。
为了更好地实现本发明，本发明还包括计算机数据处理***，所述压力传感器A与压力传感器B分别与计算机数据处理***电连接。
作为优选，所述活塞底部设有与所有竖直通道相连通的排水压槽，所述活塞底部放置有位于排水压槽下方的多孔板，所述多孔板与活塞底部之间还放置有滤纸。
作为优选，所述顶帽顶部外侧壁上设有与排气管道相连通的排水管，所述排水管上安装有排水阀。
作为优选，所述顶帽顶平面上设置有承载头。
作为优选，所述透水石的顶平面高度高于水流通道B的高度，同时透水石的顶平面高度高于水流通道C的高度。
作为优选，所述上环与底座之间连接有三个互成120°的螺栓以压紧固定中环，所述底座顶部中心设有圆环型凹槽A，所述中环底部配合插接于底座的圆环型凹槽A中，中环底部与底座顶部之间配合安装有○型密封圈B；所述上环底部设有圆环型凹槽B，所述中环顶部配合插接于上环的圆环型凹槽B中，所述中环顶部与上环底部之间配合安装有○型密封圈C。
作为优选，所述顶帽底部设有圆环型凹槽C，所述活塞顶部配合插接于顶帽的圆环型凹槽C中，所述活塞顶部与顶帽底部之间还安装有○型密封圈A，所述活塞下部外侧壁上配合安装有若干个○型密封圈A；所述顶帽的顶帽腔的顶部表面与水平面呈15°夹角。
本发明的○型密封圈A、○型密封圈B、○型密封圈C均为本技术领域公众所熟知的技术内容，是一种截面为圆形的橡胶圈，因其整体外观呈○型，故称其为○型密封圈，其主要用于机械部件之间防止液体和气体介质的泄露，同时还能用做轴向往复运动和低速旋转运动的动态密封元件；○型密封圈又可以称为圆形密封圈，起到两个部件之间密封作用。
一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验方法，包括试验装置，其方法步骤如下：
A、安装试验装置：将底座放置在调节水平的固结仪上并将底座调至水平位置，将中环安装到已经涂了凡士林的底座顶部，在安装中环之前，在底座顶部与中环底部之间垫上○型密封圈B密封；将橡胶水囊放置在中环内的下部水囊放置腔中，使得橡胶水囊的管头与水流通道A密闭连通，在三通阀A处的出水管上安装压力传感器B，让压力传感器B与计算机数据处理***连接，然后打开三通阀A的进水口阀门，将底座连同中环侧倒，使水流通道A竖直朝上，采用医用注射器通过三通阀A处的进水口缓慢向橡胶水囊内注入除气水，排出橡胶水囊中的空气，当橡胶水囊内被水完全充满时，关闭三通阀A的进水口阀门；再将底座连同中环复位，并保持三通阀A处的出水管与压力传感器B处于连通状态；将管道A与中环的水流通道C密闭连通，将三通阀B安装于管道A上，并将供水装置、测流管分别通过管道与三通阀B的另两个接口相连通；在中环的水流通道B处密闭连接压力传感器A，让压力传感器A与计算机数据处理***连接；将上环密闭盖合于中环顶部，在上环与中环之间垫上○型密封圈C密封，用三个互成120°螺栓将上环与底座连接固定，拧紧所有螺栓以压紧中环；然后在中环内的橡胶水囊顶部依次放上湿润饱水的透水石和浸润的滤纸，并将制备好的含气土样装入橡胶水囊上部的上部土样腔中，静置至少36个小时，待含气土样自重固结沉降完成以后，将含气土样表面析出的水吸走，在含气土样上表面放置多孔板，然后放一层浸润的滤纸；在上环中升降滑动安装活塞，将活塞外壁与上环内壁之间的接触面上垫上若干个○型密封圈A密封，并使得活塞下表面与多孔板接触，同时在活塞的外侧壁涂抹适量的凡士林；盖上顶帽，通过管道B将顶帽侧部的排水管道与量液管相连通，打开排气管的排气阀以及松开管道B上的止水夹，向量液管中注入除气水，直至水从顶帽的排气管中溢出，然后停止注水并关闭排气管的排气阀；将已经装好含气土样的试验装置放在加压台预定位置，加压台预定位置上设有加压装置和百分表，加压装置具有加压杆，将加压装置的加压杆底端与顶帽顶端的承载头相接触，并调整好百分表，使百分表恰好置于加压杆的顶端中央位置；
B、正式加载前，通过加压装置先施加预压荷载，使得压力传感器B显示的施加在含气土样上的压力为1kPa，稳定后将百分表重新调零，测出此时含气土样的高度H，算出孔隙比e0，即为试验前的初始孔隙比，并记下此时量液管读数为V1；
C、通过加压装置施加外荷载，使得压力传感器B显示的施加在含气土样上的压力为2kPa，记录百分表在各个时间节点的读数，同时通过压力传感器A观测含气土样中孔压的消散情况，保持2kPa的固结压力不变直至含气土样中孔压消散为零；
D、当孔压消散为零时，根据百分表读数得出土样变形量hi1，则本级荷载下固结后含气土样高度为Hi1＝H-hi1，本级荷载为步骤C的2kPa固结压力，通过得出此时含气土样的孔隙比，同时读出此时量液管的读数V2，有Vw+Vg＝V2-V1，其中Vw为本级荷载的含气土样排出水的体积量，Vg为本级荷载的含气土样排出气的体积量；打开顶帽上部的排气管的排气阀，待完全排除聚集在顶帽的顶帽腔顶部的气体，关闭排气管的排气阀，记录此时量液管内的体积读数，其排气前后的变化量为△V，即有△V＝Vg，在本级荷载固结试验中含气土样排出气的体积量为Vg，本级荷载固结试验为步骤C的2kPa固结压力下的试验，相应的在本级荷载固结试验中含气土样排出水的体积量为Vw＝V2-V1-△V；
E、渗透试验：固结试验结束后，则可进行含气土样的渗透试验，用止水夹掐断排水管道向外排水，打开顶帽顶部排水管上的排水阀，允许进入顶帽内部顶帽腔中的水可以自由排出；调节三通阀B并通过供水装置向测流管内注除气水，使测流管中的水头高度为1m，待管内水头稳定后停止供水；调节三通阀B使测流管内的水慢慢渗入并通过含气土样，待顶帽顶部排水管有水排出时，开始测记测流管中起始水头高度h1和对应的时间t1，隔一段时间后再次记录测流管中的水头高度h2和对应的时间t2，直到最终测流管内的水头高度不变时，记录该时刻的测流管内的水头高度h和对应时间t；重复渗透试验的上述操作M次,每次渗透试验时需变换测流管中的水头高度，最终即可根据常规土工试验中饱和土变水头渗透试验方法计算得出此时含气土样的渗透系数；
F、通过加压装置继续施加外荷载，重复上述步骤C至步骤E的操作，依次可以获得含气土样在各级固结压力下的固结试验和渗透试验结果数据。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明既能够进行含气土的固结试验，也能够进行含气土的渗透试验。同时，本发明还克服了现有装置活塞侧壁摩阻力的影响，能够更加精确地测出作用在含气土样上的固结压力，具有结构新颖、操作方便等优点。
(2)本发明既适合于含气土同时交叉进行渗透试验和固结试验，又能克服固结过程中活塞侧壁摩阻力误差影响，具有结构新颖、试验成本较低等优点，同时提高了试验的量测精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明活塞底部的排水压槽结构示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1底座，2橡胶水囊，3三通阀A，4压力传感器A，5排水阀，6上环，7○型密封圈A，8顶帽，81顶帽腔，9承载头，10中环，11含气土样，12多孔板，13测流管，14量液管，15排气管，16供水装置，17螺栓，18活塞，19压力传感器B，20管道A，21水流通道B，22水流通道C，23三通阀B，24排水管道，25透水石，26○型密封圈B，27竖直通道，28排水压槽，29止水夹，30水流通道A,31管道B，32○型密封圈C，33计算机数据处理***。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1～图2所示，一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，包括底座1、中环10、上环6、活塞18、顶帽8、量液管14、测流管13和供水装置16，底座1顶部密闭连接有中环10，中环10顶部密闭安装有上环6，中环10的内部空腔包括上部土样腔和下部水囊放置腔，下部水囊放置腔中放置有橡胶水囊2，橡胶水囊2具有与水囊内腔相连通的管头，中环10下部开有与橡胶水囊2的管头相连通的水流通道A30，中环10外部安装有与水流通道A30密闭连通的注水管，注水管上连通有三通阀A3，三通阀A3还连通有进水管和出水管，出水管上安装有压力传感器B19。中环10中部开有高于橡胶水囊2高度的水流通道B21和水流通道C22，水流通道B21处密闭连接有压力传感器A4，水流通道C22通过管道A20连通有三通阀B23，三通阀B23还通过管道分别与测流管13和供水装置16相连通。中环10内部空腔中的橡胶水囊2顶部放置有透水石25，上环6的内部空腔中安装有活塞18，活塞18上贯穿开有若干条竖直通道27，活塞18顶部密闭安装有顶帽8，顶帽8内部具有与竖直通道27相连通的顶帽腔81，顶帽8下部侧壁开有与顶帽腔81侧部相连通的排水管道24，排水管道24通过管道B31与量液管14连通，管道B31上安装有止水夹29。顶帽8顶部开有与顶帽腔81顶部相连通的排气管道，顶帽8顶部设有与排气管道相连通的排气管15，排气管15上设有排气阀。
本发明还包括计算机数据处理***33，压力传感器A4与压力传感器B19分别与计算机数据处理***33电连接。
如图2所示，活塞18底部设有与所有竖直通道27相连通的排水压槽28，活塞18底部放置有位于排水压槽28下方的多孔板12，多孔板12与活塞18底部之间还放置有滤纸。
如图1所示，顶帽8顶部外侧壁上设有与排气管道相连通的排水管，排水管上安装有排水阀5。顶帽8顶平面上设置有承载头9。
本发明优选的透水石25的顶平面高度高于水流通道B21的高度，同时透水石25的顶平面高度高于水流通道C22的高度。
上环6与底座1之间连接有三个互成120°的螺栓17以压紧固定中环10，底座1顶部中心设有圆环型凹槽A，中环10底部配合插接于底座1的圆环型凹槽A中，中环10底部与底座1顶部之间配合安装有○型密封圈B26。上环6底部设有圆环型凹槽B，中环10顶部配合插接于上环6的圆环型凹槽B中，中环10顶部与上环6底部之间配合安装有○型密封圈C32。
顶帽8底部设有圆环型凹槽C，活塞18顶部配合插接于顶帽8的圆环型凹槽C中，活塞18顶部与顶帽8底部之间还安装有○型密封圈A7，活塞18下部外侧壁上配合安装有若干个○型密封圈A7(使用时，活塞18与上环6内壁之间设有≤0.5mm的间隙，并在活塞18与上环6内壁之间通过○型密封圈A7进行密封隔水)。顶帽8的顶帽腔81的顶部表面与水平面呈15°夹角。
一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验方法，包括试验装置，其方法步骤如下：
A、安装试验装置：将底座1放置在调节水平的固结仪上并将底座1调至水平位置，将中环10安装到已经涂了凡士林的底座1顶部，在安装中环10之前，在底座1顶部与中环10底部之间垫上○型密封圈B26密封。将橡胶水囊2放置在中环10内的下部水囊放置腔中，使得橡胶水囊2的管头与水流通道A30密闭连通，在三通阀A3处的出水管上安装压力传感器B19，让压力传感器B19与计算机数据处理***33连接，然后打开三通阀A3的进水口阀门。将底座1连同中环10侧倒，使水流通道A30竖直朝上，采用医用注射器通过三通阀A3处的进水口缓慢向橡胶水囊2内注入除气水，排出橡胶水囊2中的空气，当橡胶水囊2内被水完全充满时，关闭三通阀A3的进水口阀门；再将底座1连同中环10复位，并保持三通阀A3处的出水管与压力传感器B19处于连通状态。将管道A20与中环10的水流通道C22密闭连通，将三通阀B23安装于管道A20上，并将供水装置16、测流管13分别通过管道与三通阀B23的另两个接口相连通。在中环10的水流通道B21处密闭连接压力传感器A4，让压力传感器A4与计算机数据处理***33连接。将上环6密闭盖合于中环10顶部，在上环6与中环10之间垫上○型密封圈C32密封，用三个互成120°螺栓17将上环6与底座1连接固定，拧紧所有螺栓17以压紧中环10。然后在中环10内的橡胶水囊2顶部依次放上湿润饱水的透水石25和浸润的滤纸，并将制备好的含气土样11装入橡胶水囊2上部的上部土样腔中，静置至少36个小时，待含气土样11自重固结沉降完成以后，将含气土样11表面析出的水吸出，在含气土样11上放置多孔板12，然后放一层浸润的滤纸。在上环6中升降滑动安装活塞18，将活塞18外壁与上环6内壁之间的接触面上垫上若干个○型密封圈A7密封，并使得活塞18下表面与多孔板12接触，同时在活塞18的外侧壁涂抹适量的凡士林。盖上顶帽8，通过管道B31将顶帽8侧部的排水管道24与量液管14相连通，打开排气管15的排气阀以及松开管道B31上的止水夹29，向量液管14中注入除气水，直至水从顶帽8的排气管15中溢出，然后停止注水并关闭排气管15的排气阀。将已经装好含气土样11的试验装置放在加压台预定位置，加压台预定位置上设有加压装置和百分表，加压装置具有加压杆，将加压装置的加压杆底端与顶帽8顶端的承载头9相接触，并调整好百分表，使百分表恰好置于加压杆的顶端中央位置。
B、正式加载前，通过加压装置先施加预压荷载，使得压力传感器B19显示的施加在含气土样11上的压力为1kPa，稳定后将百分表重新调零，测出此时含气土样11的高度H，算出孔隙比e0，即为试验前的初始孔隙比，并记下此时量液管14读数为V1。
C、通过加压装置施加外荷载，使得压力传感器B19显示的施加在含气土样11上的压力为2kPa，记录百分表在各个时间节点的读数，同时通过压力传感器A4观测含气土样11中孔压的消散情况，保持2kPa的固结压力不变直至含气土样11中孔压消散为零。
D、当孔压消散为零时，根据百分表读数得出含气土样11变形量hi1，则本级荷载下固结后含气土样高度为Hi1＝H-hi1，本级荷载为步骤C的2kPa固结压力，通过得出此时含气土样11的孔隙比，同时读出此时量液管14的读数V2，有Vw+Vg＝V2-V1，其中Vw为本级荷载的含气土样11排出水的体积量，Vg为本级荷载的含气土样11排出气的体积量。打开顶帽8上部的排气管15的排气阀，待完全排除聚集在顶帽8的顶帽腔81顶部的气体，关闭排气管15的排气阀，记录此时量液管14内的体积读数，其排气前后的变化量为△V，即有△V＝Vg，在本级荷载固结试验中含气土样11排出气的体积量为Vg，本级荷载固结试验为步骤C的2kPa固结压力下的试验，相应的在本级荷载固结试验中含气土样11排出水的体积量为Vw＝V2-V1-△V。
E、渗透试验：固结试验结束后，则可进行含气土样11的渗透试验，用止水夹29掐断排水管道24向外排水，打开顶帽8顶部排水管上的排水阀5，允许进入顶帽8内部顶帽腔81中的水可以自由排出。调节三通阀B23并通过供水装置16向测流管13内注除气水，使测流管13中的水头高度为1m，待管内水头稳定后停止供水。调节三通阀B23使测流管13内的水慢慢渗入并通过含气土样11，待顶帽8顶部排水管有水排出时，开始测记测流管13中起始水头高度h1和对应的时间t1，隔一段时间后再次记录测流管13中的水头高度h2和对应的时间t2，直到最终测流管13内的水头高度不变时，记录该时刻的测流管13内的水头高度h和对应时间t。重复渗透试验的上述操作M次,每次渗透试验时需变换测流管13中的水头高度，最终即可根据常规土工试验中饱和土变水头渗透试验方法计算得出此时含气土样11的渗透系数。
F、通过加压装置继续施加外荷载，重复上述步骤C至步骤E的操作，依次可以获得含气土样11在各级固结压力下(各级固结压力包括4kPa、8kPa、16kPa、32kPa…等，即通过加压装置施加外荷载，使得压力传感器B19显示的施加在含气土样11上的压力为4kPa、8kPa、16kPa、32kPa…等)的固结试验和渗透试验结果数据，即获得含气土样11在各级固结压力下的压缩系数、渗透系数和孔隙比，进而评价含气土样11的固结与渗透特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，其特征在于：包括底座(1)、中环(10)、上环(6)、活塞(18)、顶帽(8)、量液管(14)、测流管(13)和供水装置(16)，所述底座(1)顶部密闭连接有中环(10)，所述中环(10)顶部密闭安装有上环(6)，所述中环(10)的内部空腔包括上部土样腔和下部水囊放置腔，下部水囊放置腔中放置有橡胶水囊(2)，橡胶水囊(2)具有与水囊内腔相连通的管头，所述中环(10)下部开有与橡胶水囊(2)的管头相连通的水流通道A(30)，所述中环(10)外部安装有与水流通道A(30)密闭连通的注水管，注水管上连通有三通阀A(3)，所述三通阀A(3)还连通有进水管和出水管，所述出水管上安装有压力传感器B(19)；所述中环(10)中部开有高于橡胶水囊(2)高度的水流通道B(21)和水流通道C(22)，所述水流通道B(21)处密闭连接有压力传感器A(4)，所述水流通道C(22)通过管道A(20)连通有三通阀B(23)，所述三通阀B(23)还通过管道分别与测流管(13)和供水装置(16)相连通；所述中环(10)内部空腔中的橡胶水囊(2)顶部放置有透水石(25)，所述上环(6)的内部空腔中安装有活塞(18)，活塞(18)上贯穿开有若干条竖直通道(27)，所述活塞(18)顶部密闭安装有顶帽(8)，所述顶帽(8)内部具有与竖直通道(27)相连通的顶帽腔(81)，顶帽(8)下部侧壁开有与顶帽腔(81)侧部相连通的排水管道(24)，排水管道(24)通过管道B(31)与量液管(14)连通，管道B(31)上安装有止水夹(29)；所述顶帽(8)顶部开有与顶帽腔(81)顶部相连通的排气管道，所述顶帽(8)顶部设有与排气管道相连通的排气管(15)，排气管(15)上设有排气阀。
2.按照权利要求1所述的一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，其特征在于：还包括计算机数据处理***(33)，所述压力传感器A(4)与压力传感器B(19)分别与计算机数据处理***(33)电连接。
3.按照权利要求1或2所述的一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，其特征在于：所述活塞(18)底部设有与所有竖直通道(27)相连通的排水压槽(28)，所述活塞(18)底部放置有位于排水压槽(28)下方的多孔板(12)，所述多孔板(12)与活塞(18)底部之间还放置有滤纸。
4.按照权利要求1或2所述的一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，其特征在于：所述顶帽(8)顶部外侧壁上设有与排气管道相连通的排水管，所述排水管上安装有排水阀(5)。
5.按照权利要求1或2所述的一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，其特征在于：所述顶帽(8)顶平面上设置有承载头(9)。
6.按照权利要求1或2所述的一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，其特征在于：所述透水石(25)的顶平面高度高于水流通道B(21)的高度，同时透水石(25)的顶平面高度高于水流通道C(22)的高度。
7.按照权利要求1或2所述的一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，其特征在于：所述上环(6)与底座(1)之间连接有三个互成120°的螺栓(17)以压紧固定中环(10)，所述底座(1)顶部中心设有圆环型凹槽A，所述中环(10)底部配合插接于底座(1)的圆环型凹槽A中，中环(10)底部与底座(1)顶部之间配合安装有○型密封圈B(26)；所述上环(6)底部设有圆环型凹槽B，所述中环(10)顶部配合插接于上环(6)的圆环型凹槽B中，所述中环(10)顶部与上环(6)底部之间配合安装有○型密封圈C(32)。
8.按照权利要求4所述的一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验装置，其特征在于：所述顶帽(8)底部设有圆环型凹槽C，所述活塞(18)顶部配合插接于顶帽(8)的圆环型凹槽C中，所述活塞(18)顶部与顶帽(8)底部之间还安装有○型密封圈A(7)，所述活塞(18)下部外侧壁上配合安装有若干个○型密封圈A(7)；所述顶帽(8)的顶帽腔(81)的顶部表面与水平面呈15°夹角。
9.一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验方法，其特征在于：包括试验装置，其方法步骤如下：
A、安装试验装置：将底座(1)放置在调节水平的固结仪上并将底座(1)调至水平位置，将中环(10)安装到已经涂了凡士林的底座(1)顶部，在安装中环(10)之前，在底座(1)顶部与中环(10)底部之间垫上○型密封圈B(26)密封；将橡胶水囊(2)放置在中环(10)内的下部水囊放置腔中，使得橡胶水囊(2)的管头与水流通道A(30)密闭连通，在三通阀A(3)处的出水管上安装压力传感器B(19)，让压力传感器B(19)与计算机数据处理***(33)连接，然后打开三通阀A(3)的进水口阀门，将底座(1)连同中环(10)侧倒，使水流通道A(30)竖直朝上，采用医用注射器通过三通阀A(3)处的进水口缓慢向橡胶水囊(2)内注入除气水，排出橡胶水囊(2)中的空气，当橡胶水囊(2)内被水完全充满时，关闭三通阀A(3)的进水口阀门；再将底座(1)连同中环(10)复位，并保持三通阀A(3)处的出水管与压力传感器B(19)处于连通状态；将管道A(20)与中环(10)的水流通道C(22)密闭连通，将三通阀B(23)安装于管道A(20)上，并将供水装置(16)、测流管(13)分别通过管道与三通阀B(23)的另两个接口相连通；在中环(10)的水流通道B(21)处密闭连接压力传感器A(4)，让压力传感器A(4)与计算机数据处理***(33)连接；将上环(6)密闭盖合于中环(10)顶部，在上环(6)与中环(10)之间垫上○型密封圈C(32)密封，用三个互成120°螺栓(17)将上环(6)与底座(1)连接固定，拧紧所有螺栓(17)以压紧中环(10)；然后在中环(10)内的橡胶水囊(2)顶部依次放上湿润饱水的透水石(25)和浸润的滤纸，并将制备好的含气土样(11)装入橡胶水囊(2)上部的上部土样腔中，静置至少36个小时，待含气土样(11)自重固结沉降完成以后，将含气土样(11)表面析出的水吸走，在含气土样(11)上表面放置多孔板(12)，然后放一层浸润的滤纸；在上环(6)中升降滑动安装活塞(18)，将活塞(18)外壁与上环(6)内壁之间的接触面上垫上若干个○型密封圈A(7)密封，并使得活塞(18)下表面与多孔板(12)接触，同时在活塞(18)的外侧壁涂抹适量的凡士林；盖上顶帽(8)，通过管道B(31)将顶帽(8)侧部的排水管道(24)与量液管(14)相连通，打开排气管(15)的排气阀以及松开管道B(31)上的止水夹(29)，向量液管(14)中注入除气水，直至水从顶帽(8)的排气管(15)中溢出，然后停止注水并关闭排气管(15)的排气阀；将已经装好含气土样(11)的试验装置放在加压台预定位置，加压台预定位置上设有加压装置和百分表，加压装置具有加压杆，将加压装置的加压杆底端与顶帽(8)顶端的承载头(9)相接触，并调整好百分表，使百分表恰好置于加压杆的顶端中央位置；
B、正式加载前，通过加压装置先施加预压荷载，使得压力传感器B(19)显示的施加在含气土样(11)上的压力为1kPa，稳定后将百分表重新调零，测出此时含气土样(11)的高度H，算出孔隙比e0，即为试验前的初始孔隙比，并记下此时量液管(14)读数为V1；
C、通过加压装置施加外荷载，使得压力传感器B(19)显示的施加在含气土样(11)上的压力为2kPa，记录百分表在各个时间节点的读数，同时通过压力传感器A(4)观测含气土样(11)中孔压的消散情况，保持2kPa的固结压力不变直至含气土样(11)中孔压消散为零；
D、当孔压消散为零时，根据百分表读数得出含气土样(11)变形量hi1，则本级荷载下固结后含气土样(11)的高度为Hi1＝H-hi1，本级荷载为步骤C的2kPa固结压力，通过得出此时土样(11)的孔隙比，同时读出此时量液管(14)的读数V2，有Vw+Vg＝V2-V1，其中Vw为本级荷载的含气土样(11)排出水的体积量，Vg为本级荷载的含气土样(11)排出气的体积量；打开顶帽(8)上部的排气管(15)的排气阀，待完全排除聚集在顶帽(8)的顶帽腔(81)顶部的气体，关闭排气管(15)的排气阀，记录此时量液管(14)内的体积读数，其排气前后的变化量为△V，即有△V＝Vg，在本级荷载固结试验中含气土样(11)排出气的体积量为Vg，本级荷载固结试验为步骤C的2kPa固结压力下的试验，相应的在本级荷载固结试验中含气土样(11)排出水的体积量为Vw＝V2-V1-△V。
10.按照权利要求9所述的一种用于含气土样固结试验与渗透试验的试验方法，其特征在于：在步骤D之后还包括如下步骤E及步骤F：
E、渗透试验：固结试验结束后，则可进行含气土样(11)的渗透试验，用止水夹(29)掐断排水管道(24)向外排水，打开顶帽(8)顶部排水管上的排水阀(5)，允许进入顶帽(8)内部顶帽腔(81)中的水可以自由排出；调节三通阀B(23)并通过供水装置(16)向测流管(13)内注除气水，使测流管(13)中的水头高度为1m，待管内水头稳定后停止供水；调节三通阀B(23)使测流管(13)内的水慢慢渗入并通过含气土样(11)，待顶帽(8)顶部排水管有水排出时，开始测记测流管(13)中起始水头高度h1和对应的时间t1，隔一段时间后再次记录测流管(13)中的水头高度h2和对应的时间t2，直到最终测流管(13)内的水头高度不变时，记录该时刻的测流管(13)内的水头高度h和对应时间t；重复渗透试验的上述操作M次,每次渗透试验时需变换测流管(13)中的水头高度，最终即可根据常规土工试验中饱和土变水头渗透试验方法计算得出此时含气土样(11)的渗透系数；
F、通过加压装置继续施加外荷载，重复上述步骤C至步骤E的操作，依次可以获得含气土样(11)在各级固结压力下的固结试验和渗透试验结果数据。
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