CN111024590B - 一种可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，属于岩土工程技术领域。该装置包括土体固定装置、蓄水装置、渗透装置和底部承托装置，渗透装置设置在底部承托装置顶端，土体固定装置倾斜设置在渗透装置内，蓄水装置固定设置在渗透装置上。本发明渗透试验装置在进行试验的过程中，能够很好的固定土体，解决了原试验对土样结构的扰动问题；可以根据土体的性质来选择不同的试验方法进行多组试验，使所得试验更加接近实际值。
Description
技术领域
本发明涉及一种可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，属于岩土工程技术领域。
背景技术
渗透性是指一种材料在不损坏介质构造情况下，由浓度差引起的水分净移动的能力，如土壤和多孔岩石，指其允许水通过的能力。渗透性同溶质引起的渗透压大小与溶质分子或离子的数目多少成正比。影响土体渗透性的因素有很多，如土体的类别、密度、应力状态、水的流态及水力坡降等。土体的渗透性对土体边坡工程的稳定性研究起着很重要的影响。渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数K的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法，包括试验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定K值。
渗透系数的测定方法主要分“试验室测定”和“野外现场测定“两大类。目前在试验室中测定渗透系数k的仪器种类和试验方法很多，但从试验原理上大体可分为“常水头法”和“变水头法”两种。但试验室测定法对土样扰动程度大，造成土体的原始组成结构破坏严重，而且实际现场的土体大部分是不均质土体，使其试验结果与现场土体的真实值有较大的差异。野外现场测定法一般采用试坑渗水试验，是野外测定包气带松散层和岩层渗透系数的简易方法。试坑渗水试验常采用的是“试坑法”、“单环法”、和“双环法”。其与试验室测定法相比较可以解决对土样扰动程度大这一缺点，其能最大程度地保留现场土体的原始组成结构，能较准确地获取土体的渗透系数。但野外现场测定法具有耗时、费力、成本高、易受季节影响等缺点，对一般的小型工程使用野外测定法是不合理的。
发明内容
为了现有技术中解决试验室测定法对土样扰动程度大，一组试验只能测定均质土体的缺点，以及野外现场测定法耗时、费力、成本高、易受季节影响的缺点，本发明提供一种可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，本发明很好的解决了原试验对土样结构的扰动问题；一组试验可使用不同方法多次测定且适用于各种土体；试验装置安装简便、使用方法简单、省时省力，试验结果更接近现场实际结果。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，包括土体固定装置1、蓄水装置2、渗透装置3和底部承托装置4，渗透装置3设置在底部承托装置4顶端，土体固定装置1倾斜设置在渗透装置3内，蓄水装置2固定设置在渗透装置3上。
所述蓄水装置2包括马氏瓶18、蓄水筒，蓄水筒设置在渗透装置3的顶端，马氏瓶18设置在蓄水筒的侧上方且马氏瓶18的底端高于蓄水筒的顶端，马氏瓶18底部通过水管23与蓄水筒顶部的进水口25连通。
进一步地，所述马氏瓶18通过支架24设置在底部承托装置4上，水管23内设置有过滤网21且过滤网21靠近马氏瓶18底部出水口20，蓄水筒的底部侧端设置有与蓄水筒连通的出水管，出水管的出口位于渗透装置3上方，出水管上设置有止水开关19。
进一步地，所述蓄水筒的进水口25设置有加压器接口26，蓄水筒的顶端设置有压力表38，蓄水装置2还包括水加压器29，水加压器29设置在底部承托装置4上，水加压器29通过加压管道27与加压器接口26连通；支架24设置有承压板22，马氏瓶18设置在承压板22上。
进一步地，所述渗透装置3包括渗透筒、透水石14、顶盖和底板40，土体固定装置1倾斜设置在渗透筒内，顶盖可拆卸设置在渗透筒的顶端，顶盖上均匀开设有若干个透水孔，顶盖上均匀铺设有透水石14且透水石14的直径大于透水孔的孔径，出水管的出口位于顶盖上透水石14的正上方，底板40可拆卸设置在渗透筒的底端，底板40上铺设有透水石板且透水石板的直径与渗透筒的内径相同。
更进一步地，所述顶盖的边缘均匀设置有弹簧卡扣，顶盖通过弹簧卡扣可拆卸设置在渗透筒的顶端；底板40的边缘均匀设置有卡扣39，渗透筒的底端外壁设置有搭扣，卡扣39与渗透筒外壁的搭扣连接，底板40通过卡扣39和渗透筒外壁的搭扣可拆卸设置在渗透筒的底端；渗透筒的外壁固定设置有把手15，渗透筒的顶盖上开设有蓄水装置固定槽13，蓄水装置2的底端侧壁设置在蓄水装置固定槽13内。
更进一步地，所述土体固定装置1包括支撑架、土体固定网10、伸缩杆，土体固定网10两端边缘固定设置在支撑架上，支撑架的一端设置在伸缩杆上，支撑架的另一端固定设置在渗透筒的底端，伸缩杆的底端固定设置在渗透筒的底端。
更进一步地，所述支撑架包括支撑横杆Ⅰ、支撑横杆Ⅱ12，直角接头管5、调节管Ⅰ6，调节管Ⅱ9、直管11，支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ12平行设置，土体固定网10缠绕设置在支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ12上，支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ12的两端均设置有直角接头管5，支撑横杆Ⅰ两端的直角接头管5下方与调节管Ⅰ6的顶端固定连接，调节管Ⅰ6的底端插设在调节管Ⅱ9内且可在调节管Ⅱ9内上下移动，调节管Ⅱ9的侧壁竖向均匀开设有若干个调节螺纹孔7，调节管Ⅰ6通过调节螺纹孔7内螺栓8固定设置在调节管Ⅱ9的顶端；渗透筒的底板上开设有调节管固定槽16，调节管Ⅱ9的底端插设在渗透筒底端的调节管固定槽16内，支撑横杆Ⅱ12两端的直角接头管5下方与直管11固定连接，渗透筒的底板上开设有直管固定槽17，直管11的底端插设在渗透筒底端的直管固定槽17内。
更进一步地，所述底部承托装置4包括承托箱体，承托箱体的中心设置有入渗口41，入渗口41的孔径小于透水石板的直径，若干个渗透装置3的底端设置在承托箱体上且渗透装置3位于入渗口41的正上方，承托箱体的底部侧壁设置有与承托箱体内连通的常水头排水接口31，常水头排水接口31的另一端与排水柔性管连通，排水柔性管的另一端与量杯35的顶部连通，排水管上设置有流量计32，承托箱体的底壁上设置有与承托箱体内连通的变水头排水接口36，变水头排水接口36外接水头测管30。
更进一步地，所述承托箱体顶端还设置有支架承插口28，支架24的底端插设在支架承插口28内，排水管上还设置有止水夹34，水头测管30上设置有变水头止水开关33，承托箱体的底部设置有轮子37。
所述调节管Ⅱ9是固定的，根据不同坡度可以上下调节调节管Ⅰ6，通过螺栓8固定调节管Ⅰ6从而固定土体；
所述土体固定网10：可以固定土体，而且不会破坏土体原本的结构；
所述支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ12：固定土体固定网10；
所述透水石14可以渗水，也可以承载土样重量；
所述把手15、卡扣39、底板40，可更便捷的把装有土体的渗透装置移动到底部承托装置上；
所述调节管固定槽16可固定调节管，直管固定槽17可固定直管；
所述过滤网21可过滤水中的杂质避免存在杂质而造成误差；
所述水加压器29可通过加压蓄水装置里的空气从而对过滤水进行加压；
所述流量计32可记录经预订时间的透水量；
所述轮子37可更省力的移动该装置；
本发明的有益效果：
(1)本发明的可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置在进行试验的过程中，能够很好的固定土体，解决了原试验对土样结构的扰动问题；
(2)本发明的可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置可以根据土体的性质来选择不同的试验方法进行多组试验，使所得试验更加接近实际值；
(3)本发明的可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置增设马氏瓶与加压器使得试验保持恒定的流速与压力，尽可能的减小试验误差；
(4)本发明的可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置安装与拆卸简便、使用方法简单、省时省力。
附图说明
图1为可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置立体结构示意图；
图2为可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置主视图；
图3为渗透装置剖视图；
图4为土体固定装置与渗透装置配合示意图；
图5为土体固定装置结构示意图；
图6为底部承托装置结构示意图；
图中：1-土体固定装置、2-蓄水装置、3-渗透装置、4-底部承托装置、5-直角接头管、6-调节管Ⅰ、7-调节螺纹孔、8-螺栓、9-调节管Ⅱ、10-土体固定网、11-直管、12-支撑横杆Ⅱ、13-蓄水装置固定槽、14-透水石板、15-把手、16-调节管固定槽、17-直管固定槽、18-马氏瓶、19-止水开关、20-出水口、21-过滤网、22-承压板、23-水管、24-支架、25-进水口、26-加压器接口、27-加压管道、28-支架承插口、29-加压器、30-水头测管、31-常水头排水接口、32-流量计、33-变水头止水开关、34-止水夹、35-量杯、36-变水头排水接口、37-轮子、38-压力表、39-卡扣、40-盖板、41-入渗口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1～6所示，一种可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，包括土体固定装置1、蓄水装置2、渗透装置3和底部承托装置4，渗透装置3设置在底部承托装置4顶端，土体固定装置1倾斜设置在渗透装置3内，蓄水装置2固定设置在渗透装置3上；
蓄水装置2包括马氏瓶18、蓄水筒，蓄水筒设置在渗透装置3的顶端，马氏瓶18设置在蓄水筒的侧上方且马氏瓶18的底端高于蓄水筒的顶端，马氏瓶18底部通过水管23与蓄水筒顶部的进水口25连通；
马氏瓶18通过支架24设置在底部承托装置4上，水管23内设置有过滤网21且过滤网21靠近马氏瓶18底部出水口20，蓄水筒的底部侧端设置有与蓄水筒连通的出水管，出水管的出口位于渗透装置3上方，出水管上设置有止水开关19；
蓄水筒的进水口25设置有加压器接口26，蓄水筒的顶端设置有压力表38，蓄水装置2还包括水加压器29，水加压器29设置在底部承托装置4上，水加压器29通过加压管道27与加压器接口26连通；支架24设置有承压板22，马氏瓶18设置在承压板22上；
渗透装置3包括渗透筒、透水石14、顶盖和底板40，土体固定装置1倾斜设置在渗透筒内，顶盖可拆卸设置在渗透筒的顶端，顶盖上均匀开设有若干个透水孔，顶盖上均匀铺设有透水石14且透水石14的直径大于透水孔的孔径，出水管的出口位于顶盖上透水石14的正上方，底板40可拆卸设置在渗透筒的底端，底板40上铺设有透水石板且透水石板的直径与渗透筒的内径相同；
顶盖的边缘均匀设置有弹簧卡扣，顶盖通过弹簧卡扣可拆卸设置在渗透筒的顶端；底板40的边缘均匀设置有卡扣39，渗透筒的底端外壁设置有搭扣，卡扣39与渗透筒外壁的搭扣连接，底板40通过卡扣39和渗透筒外壁的搭扣可拆卸设置在渗透筒的底端；渗透筒的外壁固定设置有把手15，渗透筒的顶盖上开设有蓄水装置固定槽13，蓄水装置2的底端侧壁设置在蓄水装置固定槽13内；
土体固定装置1包括支撑架、土体固定网10、伸缩杆，土体固定网10两端边缘固定设置在支撑架上，支撑架的一端设置在伸缩杆上，支撑架的另一端固定设置在渗透筒的底端，伸缩杆的底端固定设置在渗透筒的底端；
支撑架包括支撑横杆Ⅰ、支撑横杆Ⅱ12，直角接头管5、调节管Ⅰ6，调节管Ⅱ9、直管11，支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ12平行设置，土体固定网10缠绕设置在支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ12上，支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ12的两端均设置有直角接头管5，支撑横杆Ⅰ两端的直角接头管5下方与调节管Ⅰ6的顶端固定连接，调节管Ⅰ6的底端插设在调节管Ⅱ9内且可在调节管Ⅱ9内上下移动，调节管Ⅱ9的侧壁竖向均匀开设有若干个调节螺纹孔7，调节管Ⅰ6通过调节螺纹孔7内螺栓8固定设置在调节管Ⅱ9的顶端；渗透筒的底板上开设有调节管固定槽16，调节管Ⅱ9的底端插设在渗透筒底端的调节管固定槽16内，支撑横杆Ⅱ12两端的直角接头管5下方与直管11固定连接，渗透筒的底板上开设有直管固定槽17，直管11的底端插设在渗透筒底端的直管固定槽17内；
底部承托装置4包括承托箱体，承托箱体的中心设置有入渗口41，入渗口41的孔径小于透水石板的直径，若干个渗透装置3的底端设置在承托箱体上且渗透装置3位于入渗口41的正上方，承托箱体的底部侧壁设置有与承托箱体内连通的常水头排水接口31，常水头排水接口31的另一端与排水柔性管连通，排水柔性管的另一端与量杯35的顶部连通，排水管上设置有流量计32，承托箱体的底壁上设置有与承托箱体内连通的变水头排水接口36，变水头排水接口36外接水头测管30；
承托箱体顶端还设置有支架承插口28，支架24的底端插设在支架承插口28内，排水管上还设置有止水夹34，水头测管30上设置有变水头止水开关33，承托箱体的底部设置有轮子37；
调节管Ⅱ9是固定的，根据不同坡度可以上下调节调节管Ⅰ6，通过螺栓8固定调节管Ⅰ6从而固定土体；
本实施例中土体固定网10可以固定土体，而且不会破坏土体原本的结构，优选SNS柔性铁丝网；将SNS柔性铁丝缠绕在支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ12上，从而固定土体固定网10；
本实施例中透水石14可以渗水，也可以承载土样重量；
本实施例中把手15、卡扣39、底板40，可更便捷的把装有土体的渗透装置移动到底部承托装置上；
本实施例中调节管固定槽16可固定调节管，直管固定槽17可固定直管；
本实施例中过滤网21可过滤水中的杂质避免存在杂质而造成误差；
本实施例中水加压器29可通过加压蓄水装置里的空气从而对过滤水进行加压；
本实施例中流量计32可记录经预订时间的透水量；
本实施例中轮子37可更省力的移动该装置。
实施例2：采用可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置进行渗透试验的方法，具体步骤如下：
(1)计算出土体斜坡的坡度，在土体斜坡上选择一个合适位置来安装试验装置，将图1中的盖板40沿着斜坡完全***到土体中，再将透水石板沿着斜坡完全***到土体中并使透水石板位于盖板40上方，以便可以确定底部土体的位置；找到透水石板标记的地方，将图5中的土体固定装置的直管11的底端插设在渗透筒底端的直管固定槽17内，将图5中的土体固定装置的调节管Ⅱ9的底端插设在渗透筒底端的调节管固定槽16内，将图5中的土体固定装置的调节管Ⅰ6的底端插设在调节管Ⅱ9内，再根据土体斜坡的坡度调节调节管Ⅰ6的底端插设在调节管Ⅱ9内的长度使土体固定装置的土体固定网10的倾斜度略大于土体斜坡的坡度，并采用螺栓8固定调节管Ⅰ6和调节管Ⅱ9；将土体固定装置由上向下***土体，使调节管Ⅱ9和直管11均与透水石板贴合，然后拨开土体固定装置周边的土体，再上下移动调节调节管Ⅰ6的底端插设在调节管Ⅱ9内的长度使土体固定装置的土体固定网10与土体斜坡完全贴合，然后用螺栓8固定调节管Ⅰ6和调节管Ⅱ9；紧接着将图3中的渗透装置***土体，然后使土体固定装置的直管11的底端插设在渗透筒底端的直管固定槽17内，土体固定装置的调节管Ⅱ9的底端插设在渗透筒底端的调节管固定槽16内，再将卡扣39与渗透筒外壁的搭扣连接，以方便移动装置；
(2)将固定好的渗透装置经把手15移动到图6中的入渗口41正上方，解开卡扣39与渗透筒外壁的搭扣的连接，从底部取出盖板40；将图1中的蓄水装置的蓄水桶沿着蓄水装置固定槽13固定好，将水管23***进水口，将加压接口26通过加压管道27和加压器29连接；将支架24***支架承插口28，通过螺丝固定承压板22，将盛有水的马氏瓶18与水管23连接；将水头测管30与变水头排水接口36相连，将常水头排水接口31与排水柔性管、流量计32、止水夹34、量杯35连通；
(3)检查实验设备是否漏水以及设备松散现象，并关闭蓄水筒侧部的止水开关19，夹上常水头排水接口31排水管上的止水夹34，关闭变水头止水开关33；
(4)打开马氏瓶18底部出水口20上的止水开关20，使水流通过水管23以及水管上的过滤网21，由进水口25流入到蓄水装置2的蓄水桶中；待蓄水筒中存够定量的水后打开水加压器29，通过加压管道27将压力由加压器接口26对蓄水装置2里的水加压；当压力表38保持恒定时，打开蓄水筒上的止水开关19使水流入到渗透装置3的透水石中，再经渗透筒顶盖的透水孔进入到渗透装置3中，使土样逐渐饱和，水流不应过急，以免冲动土样，水流经过土样渗透，再由透水石板以及入渗孔41进入到底部承托装置4中；
(5)当试样完全饱和后，取下常水头排水接口31上的止水夹，通过流量计32记录预设时间的透水量，并重复多次；若进行的是变水头试验，在实验过程中打开变水头止水开关33；当实验完成后，停止水加压器29，然后取下变水头排水接口36与常水头排水接口31的仪器，排出渗透装置内的水。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，其特征在于：包括土体固定装置（1）、蓄水装置（2）、渗透装置（3）和底部承托装置（4），渗透装置（3）设置在底部承托装置（4）顶端，土体固定装置（1）倾斜设置在渗透装置（3）内，蓄水装置（2）固定设置在渗透装置（3）上；
所述蓄水装置（2）包括马氏瓶（18）、蓄水筒，蓄水筒设置在渗透装置（3）的顶端，马氏瓶（18）设置在蓄水筒的侧上方且马氏瓶（18）的底端高于蓄水筒的顶端，马氏瓶（18）底部通过水管（23）与蓄水筒顶部的进水口（25）连通；
所述蓄水筒的进水口（25）设置有加压器接口（26），蓄水筒的顶端设置有压力表（38），蓄水装置（2）还包括水加压器（29），水加压器（29）设置在底部承托装置（4）上，水加压器（29）通过加压管道（27）与加压器接口（26）连通；支架（24）设置有承压板（22），马氏瓶（18）设置在承压板（22）上；
所述渗透装置（3）包括渗透筒、透水石（14）、顶盖和底板（40），土体固定装置（1）倾斜设置在渗透筒内，顶盖可拆卸设置在渗透筒的顶端，顶盖上均匀开设有若干个透水孔，顶盖上均匀铺设有透水石（14）且透水石（14）的直径大于透水孔的孔径，出水管的出口位于顶盖上透水石（14）的正上方，底板（40）可拆卸设置在渗透筒的底端，底板（40）上铺设有透水石板且透水石板的直径与渗透筒的内径相同；
所述土体固定装置（1）包括支撑架、土体固定网（10）、伸缩杆，土体固定网（10）两端边缘固定设置在支撑架上，支撑架的一端设置在伸缩杆上，支撑架的另一端固定设置在渗透筒的底端，伸缩杆的底端固定设置在渗透筒的底端；
所述支撑架包括支撑横杆Ⅰ、支撑横杆Ⅱ（12），直角接头管（5）、调节管Ⅰ（6），调节管Ⅱ（9）、直管（11），支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ（12）平行设置，土体固定网（10）缠绕设置在支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ（12）上，支撑横杆Ⅰ和支撑横杆Ⅱ（12）的两端均设置有直角接头管（5），支撑横杆Ⅰ两端的直角接头管（5）下方与调节管Ⅰ（6）的顶端固定连接，调节管Ⅰ（6）的底端插设在调节管Ⅱ（9）内且可在调节管Ⅱ（9）内上下移动，调节管Ⅱ（9）的侧壁竖向均匀开设有若干个调节螺纹孔（7），调节管Ⅰ（6）通过调节螺纹孔（7）内螺栓（8）固定设置在调节管Ⅱ（9）的顶端；渗透筒的底板上开设有调节管固定槽（16），调节管Ⅱ（9）的底端插设在渗透筒底端的调节管固定槽（16）内，支撑横杆Ⅱ（12）两端的直角接头管（5）下方与直管（11）固定连接，渗透筒的底板上开设有直管固定槽（17），直管（11）的底端插设在渗透筒底端的直管固定槽（17）内；
所述底部承托装置（4）包括承托箱体，承托箱体的中心设置有入渗口（41），入渗口（41）的孔径小于透水石板的直径，若干个渗透装置（3）的底端设置在承托箱体上且渗透装置（3）位于入渗口（41）的正上方，承托箱体的底部侧壁设置有与承托箱体内连通的常水头排水接口（31），常水头排水接口（31）的另一端与排水柔性管连通，排水柔性管的另一端与量杯（35）的顶部连通，排水管上设置有流量计（32），承托箱体的底壁上设置有与承托箱体内连通的变水头排水接口（36），变水头排水接口（36）外接水头测管（30）。
2.根据权利要求1所述可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，其特征在于：马氏瓶（18）通过支架（24）设置在底部承托装置（4）上，水管（23）内设置有过滤网（21）且过滤网（21）靠近马氏瓶（18）底部出水口（20），蓄水筒的底部侧端设置有与蓄水筒连通的出水管，出水管的出口位于渗透装置（3）上方，出水管上设置有止水开关（19）。
3.根据权利要求1所述可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，其特征在于：顶盖的边缘均匀设置有弹簧卡扣，顶盖通过弹簧卡扣可拆卸设置在渗透筒的顶端；底板（40）的边缘均匀设置有卡扣（39），渗透筒的底端外壁设置有搭扣，卡扣（39）与渗透筒外壁的搭扣连接，底板（40）通过卡扣（39）和渗透筒外壁的搭扣可拆卸设置在渗透筒的底端；渗透筒的外壁固定设置有把手（15），渗透筒的顶盖上开设有蓄水装置固定槽（13），蓄水装置（2）的底端侧壁设置在蓄水装置固定槽（13）内。
4.根据权利要求1所述可固定土体的现场测量散体材料渗透试验装置，其特征在于：承托箱体顶端还设置有支架承插口（28），支架（24）的底端插设在支架承插口（28）内，排水管上还设置有止水夹（34），水头测管（30）上设置有变水头止水开关（33），承托箱体的底部设置有轮子（37）。
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