CN205643098U - 一种渗透及压缩耦合试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种渗透及压缩耦合试验装置，包括渗压联合仪，加压测量装置，应变量测装置及变水头渗透测量装置。所述渗压联合仪由底座、渗压筒、上端盖、活塞及蝴蝶型螺杆组成，底座、渗压筒和活塞合围构成放置试样的试样室；加压测量装置包括应力施加单元与应力测量单元，应力测量单元包括负荷传感器与应力智能显示仪表，应力施加单元采用千斤顶，通过反力原理来实现试样的加载；应变量测装置采用百分表实现土样变形量的测量；变水头渗透测量装置为带刻度的透明玻璃管。本实用新型可以交替进行渗透与固结两种试验，避免了渗透前土体卸载和反复扰动造成的特性改变。整体试验设施简易，节约成本，又兼顾了数据质量、可靠性和仪器适用性。

Description

一种渗透及压缩耦合试验装置

技术领域

本实用新型属于测试技术领域，具体涉及一种土木工程实验运用的渗透及压缩耦合试验装置。

背景技术

在土木工程试验研究过程中，渗透系数是土壤材料的重要物理性质参数。传统的渗透系数测量方法主要为常水头和变水头渗透试验法，这些都是稳态测量方法，渗透仪普遍存在装置粗糙、测试时间长、效率低、精度差、不利于误差分析、试验操作步骤繁杂、自动化程度低等缺点。

传统的工程与压缩试验是在Terzaghi假设上进行的，其中一条假设即为在土的整个压缩过程中渗透系数保持恒定，而事实上随着土样受到压缩变形，土体渗透性并不是一成不变的，土壤的孔隙比对其渗透性的大小有相当大的影响，并且随着孔隙比的减小，渗透性能降低；土体上作用的压力卸载后，会产生一定的回弹现象，土的相关物理力学指标会发生变化，若再将土取出，则对土体造成了进一步扰动，此时利用渗透仪器加以渗透研究，结果会出现较大偏差；常规单纯测定土壤渗透性的试验或者单纯测定土壤固结与压缩性能的固结试验方法并不能直观的将应力状态、所研究土壤的孔隙比和其相应状态下的渗透性相关联，而目前普遍采用的三轴试验装置或者进口的高级固结试验仪器等方法虽然能较准确测定土体力学及渗透参数，却又需要耗费大量的资金成本。该实用新型能在不同压力值下准确测定土体渗透系数并且通过试验计算能直观反映土体渗透与压缩指标间的关系。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种渗透及压缩耦合试验装置，本装置能够准确测定所研究土体的渗透性及固结压缩指标，为实际工程提供试验研究及建设依据；试验操作简便，试验装置简便、易携带安装，能够降低试验测定成本。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：一种渗透及压缩耦合试验装置，包括渗压联合仪1，加压测量装置，应变量测装置及变水头渗透测量装置；

渗压联合仪1由底座17、渗压筒16、上端盖15、活塞14及蝴蝶型螺杆13组成，1、所述渗压联合仪1由底座17、渗压筒16、上端盖15、活塞14及蝴蝶型螺杆13组成，底座17、渗压筒16和活塞14合围构成放置试样的试样室；上端盖15与底座17上分别对应设置三个分度孔21，上端盖15采用光滑孔，底座17采用螺旋孔，孔径与蝴蝶型螺杆相匹配，利用蝴蝶型螺杆连接底座17、上端盖15并通过旋扭压紧渗压筒16，活塞14在加压过程中沿渗压筒16内壁滑动，活塞14的下端部设置有两道环状卡槽18，环状卡槽18内部安装的橡胶圈，确保活塞14加压时渗压联合仪1密封性，活塞顶部设置贯通阶梯型螺旋孔22，用于排气并使得渗水过程中水流通过进水口—>试样—>排水口的路线流通。

进一步地，加压测量装置包括应力施加单元与应力测量单元，应力施加单元为千斤顶(5)，活塞手柄24与与其顶部的应力测量单元相连，应力测量单元包括拉压应变式负荷传感器2与外接的应力智能显示仪表4，负荷传感器2固定于具备足够刚度的平台12下方，渗压联合仪1的底座17与设置在底座17下方的千斤顶5相连，通过反力原理使试样加载；应力施加装置采用千斤顶5加压，千斤顶5顶部进行焊接托盘6改装，渗压联合仪1置于托盘6之上，托盘6要保证水平，以确保施加在土样上的力的均匀性，千斤顶加压手柄端部连接垂直加荷机构7，通过在其上添置砝码来实现千斤顶的出力。

进一步地，应变量测装置采用百分表3实现土样变形量的测量。

进一步地，变水头渗透测量装置中，变水头压力测量管10通过乳胶管9与三通管11分别与供水装置8和渗压联合仪1相接，变水头压力测量管为包含刻度的透明玻璃管，管路中存在气泡会影响渗透试验结果，采用玻璃材质可观察试验过程中管路中气体的排除情况。

渗压联合仪1的底座17底部设置圆形定位卡槽23，尺寸与千斤顶5顶部托盘6相匹配，可以防止在使用过程中出现滑动，保证仪器放置于千斤顶5上的稳定性。

所述底座17设置有中空的排气孔19与进水孔20，进水孔20沿底面向圆心方向延伸并向上通入试样室，排气孔19与进水孔20布设方向相反，直接由试样室引出。

试验要求土样为制饱和试样。土体的饱和程度对渗透系数的影响很大，土体的饱和度愈低，包含的气体体积愈大，数目愈多，土体压实或充水过程中，不可避免在土体中遗留封闭气泡，气体的存在会使水渗透时在其周围更改路径发生绕流，间接的增大了渗流路径的长度，使渗流速度减小，渗透性降低，这增加了试验过程中的不可控因素。

本实用新型的有益效果在于，可交替进行渗透与固结两种试验，避免了渗透前土体卸载和反复扰动造成的特性改变，即简化了试验操作，又准确的获得试验土体的渗透和压缩相关的各项指标，为实际工程的研究与建设提供了可靠的依据。渗压联合仪1采用分离式可拆卸结构，方便试验过程中土样、透水石等的安装拆卸，也便于试验后装置的清洁。同时，试验所需仪器及各组成部分造价低，方便携带安装，更便于现实试验研究中的使用及推广。

附图说明

图1所示为本实用新型一种渗透及压缩试验装置的原理图。

图2所示为本实用新型中的渗压联合仪1部分的放大图。

附图标记：1、渗压联合仪；2、负荷传感器；3、百分表；4、应力智能显示仪表；5、千斤顶；6、托盘；7、垂直加荷机构；8、供水装置；9、乳胶管；10、变水头压力测量管；11、三通管；12、平台；13、蝴蝶型螺杆；14、活塞；15、上端盖；16、渗压筒；17、底座；18、环状卡槽；19、排气孔；20、进水孔；21、分度孔；22、螺旋孔；23、定位卡槽；24、活塞手柄；25、下透水石；26、上透水石。

具体实施方式

下文将结合具体实施例及附图详细描述本实用新型。

如图1、2所示，一种渗透及压缩耦合试验装置包括渗压联合仪1，加压测量装置，应变量测装置及变水头渗透测量装置。

渗压联合仪1由底座17、渗压筒16、上端盖15、活塞14及蝴蝶型螺杆13组成，1、所述渗压联合仪1由底座17、渗压筒16、上端盖15、活塞14及蝴蝶型螺杆13组成，底座17、渗压筒16和活塞14合围构成放置试样的试样室；上端盖15与底座17上分别对应设置三个分度孔21，上端盖15采用光滑孔，底座17采用螺旋孔，孔径与蝴蝶型螺杆相匹配，利用蝴蝶型螺杆连接底座17、上端盖15并通过旋扭压紧渗压筒16，活塞14在加压过程中沿渗压筒16内壁滑动，活塞14的下端部设置有两道环状卡槽18，环状卡槽18内部安装的橡胶圈，确保活塞14加压时渗压联合仪1密封性，活塞顶部设置贯通阶梯型螺旋孔22，用于排气并使得渗水过程中水流通过进水口—>试样—>排水口的路线流通；试样室中试样放置顺序自下而上依次为下透水石25、滤纸、制饱和土样、滤纸、上透水石26，下透水石25、上透水石26和滤纸都要事先进行浸水饱和。

进一步地，变水头渗透测量装置中，变水头压力测量管10通过乳胶管9与三通管11分别与供水装置8和渗压联合仪1相接，变水头压力测量管为包含刻度的透明玻璃管，管路中存在气泡会影响渗透试验结果，采用玻璃材质可观察试验过程中管路中气体的排除情况。

本实用新型的试验原理如下：变水头压力测量管10通过乳胶管9与三通管11分别与供水装置8和渗压联合仪1相接，试验前要进行试验装置的排气，关闭变水头压力测量管10下方的乳胶管9开关a，打开供水装置8的供水管开关b与靠近渗压联合仪1的开关c，将渗压联合仪1采用进水孔20朝下，底座17的排气孔19朝上的方式倾斜放置，先排除底座17中的空气，待底座17的排气孔19出水稳定后，关闭排气孔19，将渗压联合仪1放置成水平状态，使水自下而上渗过土样，并排除试样室内的空气，当活塞14上部螺栓孔22出水稳定后，将活塞14水平旋转180°，当旋转后排水稳定，试样室内的空气排除完毕，将渗压联合仪1按照图1放置，关闭开关c，打开开关a，使变水头压力测量管10与供水装置8连通，待变水头压力测量管10内液面上升至所需高度，关闭水管a、b、c，准备完毕后开始进行压缩与渗透试验。

试验过程中，负荷传感器2固定于具备足够刚度的平台12下方，负荷传感器2外接应力智能显示仪表4，平台12的下部与活塞手柄24紧密贴合。

加压测量装置包括应力施加单元与应力测量单元，应力施加单元为千斤顶5，活塞手柄24与与其顶部的应力测量单元相连，应力测量单元包括拉压应变式负荷传感器2与外接的应力智能显示仪表4，负荷传感器2固定于具备足够刚度的平台12下方，渗压联合仪1的底座17与设置在底座17下方的千斤顶5相连，通过反力原理来实现试样的加载。

应力施加装置采用千斤顶5加压，千斤顶5顶部进行焊接托盘6改装，渗压联合仪1置于托盘6之上，托盘6要保证水平，以确保施加在土样上的力的均匀性，千斤顶加压手柄端部连接垂直加荷机构7，通过在其上添置砝码来实现千斤顶的出力；砝码施加后，渗压联合仪1在千斤顶5的作用力下上升，负荷传感器2对渗压联合仪1产生反力，即通过反力原理来实现试样的加载，并且，负荷传感器2在力的作用下产生微量变形，应力智能显示仪表4此时可以测量到力的大小；活塞14在压力作用下向试样室内部压缩土样，百分表3通过活塞14的移动距离观测到土样的压缩变形量。

通过改变砝码的重量，可以改变千斤顶5的出力和作用在试样上的压力，通过改变千斤顶5的大小和拉压应变式负荷传感器2与应力智能显示仪表4的量程，可调整渗压联合仪1的测量范围，以加荷压力大小来模拟天然土体上覆土压力的大小，则可测土体埋深范围较广。

本文虽然已经给出了本实用新型的一些实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施情况进行改变。上述实施方式只是示例性的，不应以本文的实施方式作为本实用新型范围的限定。

Claims (6)

1.一种渗透及压缩耦合试验装置，其特征在于：包括渗压联合仪(1)，加压测量装置，应变量测装置及变水头渗透测量装置；所述渗压联合仪(1)由底座(17)、渗压筒(16)、上端盖(15)、活塞(14)及蝴蝶型螺杆(13)组成，底座(17)、渗压筒(16)和活塞(14)合围构成放置试样的试样室；上端盖(15)与底座(17)上分别对应设置三个分度孔(21)，上端盖(15)采用光滑孔，底座(17)采用螺旋孔，孔径与蝴蝶型螺杆相匹配，利用蝴蝶型螺杆连接底座(17)、上端盖(15)并通过旋扭压紧渗压筒(16)，活塞(14)在加压过程中沿渗压筒(16)内壁滑动，活塞(14)的下端部设置有两道环状卡槽(18)，环状卡槽(18)内部安装的橡胶圈，确保活塞(14)加压时渗压联合仪(1)的密封性，活塞顶部设置贯通阶梯型螺旋孔(22)，用于排气并使得渗水过程中水流通过进水口—>试样—>排水口的路线流通。

2.如权利要求1所述的渗透及压缩耦合试验装置，其特征在于：所述加压测量装置包括应力施加单元与应力测量单元，所述应力施加单元为千斤顶(5)，所述活塞手柄(24)与其顶部的应力测量单元相连，应力测量单元包括拉压应变式负荷传感器(2)与外接的应力智能显示仪表(4)，负荷传感器(2)固定于具备足够刚度的平台(12)下方，渗压联合仪(1)的底座(17)与设置在底座(17)下方的千斤顶(5)相连，通过反力原理来实现试样的加载。

3.如权利要求1所述的渗透及压缩耦合试验装置，其特征在于：所述应变量测装置采用百分表(3)实现土样变形量的测量。

4.如权利要求1所述的渗透及压缩耦合试验装置，其特征在于：所述变水头渗透测量装置中，变水头压力测量管(10)通过乳胶管(9)与三通管(11)分别与供水装置(8)和渗压联合仪(1)相接，变水头压力测量管为包含刻度的透明玻璃管。

5.如权利要求1所述的渗透及压缩耦合试验装置，其特征在于：所述渗压联合仪(1)的底座(17)底部设置圆形定位卡槽(23)，所述定位卡槽(23)的尺寸与千斤顶(5)顶部的托盘(6)相匹配。

6.如权利要求1所述的渗透及压缩耦合试验装置，其特征在于：所述底座(17)上还设置有中空的排气孔(19)与进水孔(20)，进水孔(20)沿底面向圆心方向延伸并向上通入试样室，排气孔(19)与进水孔(20)布设方向相反，直接由试样室引出。