CN102645395B - 防渗墙渗透性测试仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防渗墙渗透性测试仪,包括上方均设置有水管的两个蓄水容器,蓄水容器和管之间均设置有水管控制阀门,各水管顶部均设置有水管气压阀;两个蓄水容器的一端与外部水源相连接且另一端均连接有试样容器,蓄水容器和试样容器之间均依次设置有筛网和多孔板;在泥浆渗透测试工作状态时,泥浆容器连接在两个试样容器之间,在泥浆容器和试样容器之间均设置有筛网,泥浆容器的上方设置有泥浆管,泥浆容器和泥浆管之间设置有注泥浆液阀门,泥浆管的顶部设置有泥浆管气压阀;在泥皮渗水测试工作状态时,混凝土试块容器连接在两个试样容器之间。本发明能够用于模拟在泥浆护壁过程中泥浆在地层中渗透情况。

Description

防渗墙渗透性测试仪
技术领域
[0001] 本发明属于岩土工程试验设备技术领域,具体涉及一种防渗墙渗透性测试仪。
背景技术
[0002] 在大坝工程建设中,针对透水地基常需要在地层中开挖深槽以便浇注混凝土防渗墙。随着我国基础设施工程建设规模的扩大及功能的扩展,防渗墙槽孔开挖的深度越来越大,所处的地层条件也越来越复杂。防渗墙是保证水利枢纽大坝正常运行的关键工程,尤其在深厚覆盖层中,墙体的受力状态更为复杂,对防渗墙抗渗性能的要求也更高。针对渗透特性的研究是考虑到我国目前覆盖层地基工程的需要以及防渗技术发展的要求,对覆盖层地基的渗透机理、防渗原理、防渗方案及结构形式等进行理论和试验研究已经成为重要的技术课题。
[0003] 在复杂地层中,如何确保开挖深槽的工程质量并保证工程的顺利进行,日益受到技术人员的重视,提高防渗墙的成槽质量,其关键的一个环节就是保证槽壁面的稳定,现阶段主要利用泥浆护壁技术来达到这一目的。泥浆在地层中渗透的过程中,有可能会在槽壁面上形成泥皮,但由于地下条件的复杂性以及地下施工的隐蔽性,人们很难对地下的情况有详细的了解,特别是很难对泥浆护壁过程中泥浆的渗透情况进行透彻的分析,对于泥皮在阻止孔、槽壁面上的土颗粒的脱落乃至槽孔的整体稳定等方面所起作用认识不明确,对于护壁机理缺乏的深刻了解。在防渗墙上、下游槽壁面上形成泥皮的情况下,怎样评价在复杂受力条件下泥皮的抗渗性能,尤其是在混凝土防渗墙局部存在缺陷的条件下,泥皮和混凝土防渗墙的整体防渗效果如何,这些问题都有待进一步的研究。因此,人们尚不能对工程中出现的诸多问题进行合理的预判并采取及时有效的解决措施,实际施工过程中塌孔、渗漏事件层出不穷,已经严重地影响到工程的正常进行。
[0004] 虽然人们对工程中出现的事件进行了适当的处理,但处理方法还主要是依据技术人员的工程经验,缺乏充分的理论依据作为指导,因此,有必要通过试验来揭示泥浆在地层中的渗透机理,认清泥皮的形成过程,并分析泥皮的抗渗性能,为泥浆护壁措施、槽壁稳定分析及防渗墙和泥皮的防渗效果评价提供理论依据。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种防渗墙渗透性测试仪,能够用于模拟在泥浆护壁过程中泥浆在地层中渗透情况,用以分析在防渗墙的上、下游侧槽壁面上形成泥皮条件下,防渗墙和泥皮的整体防渗效果,特别是对防渗墙存在缺陷情况下泥皮的抗渗性能进行测试和分析。
[0006] 本发明所采用的技术方案是,一种防渗墙渗透性测试仪,其特征在于,包括两个蓄水容器,两个蓄水容器的上方均设置有竖直方向的水管,两个蓄水容器和对应的水管之间均设置有水管控制阀门,各水管顶部均设置有水管气压阀;两个蓄水容器的一端均对应通过各自的进水阀门与外部水源相连接,两个蓄水容器的另一端均连接有试样容器,对应的蓄水容器和试样容器之间均依次设置有筛网和多孔板;
[0007] 还包括泥浆容器和混凝土试块容器,在泥浆渗透测试工作状态时,泥浆容器连接在两个试样容器之间,在泥浆容器和两个试样容器之间均设置有筛网,泥浆容器的上方设置有竖直方向的泥浆管,泥浆容器和泥浆管之间设置有注泥浆液阀门,泥浆管的顶部设置有泥浆管气压阀);在泥皮渗水测试工作状态时,混凝土试块容器连接在两个试样容器之间。
[0008] 泥浆容器为泥浆盒,泥浆盒由一个泥浆盒顶板、两个泥浆盒侧板和一个泥浆盒底板组成,其中,泥浆盒底板和两个泥浆盒侧板焊接连接,泥浆盒顶板和泥浆盒底板通过多个纵向固定螺栓固定连接;泥浆盒顶板上开有泥浆盒注浆孔,泥浆管通过泥浆盒注浆孔连接在泥浆盒上。
[0009] 混凝土试块容器为混凝土试块箱,混凝土试块箱包括一个混凝土试块箱顶板、两个混凝土试块箱侧板以及一个混凝土试块箱底板,混凝土试块箱底板的底部连接有U形混凝土试块箱底座,混凝土试块箱底座的两侧向上延伸至两个混凝土试块箱侧板的两侧,两个混凝土试块箱侧板通过水平固定螺栓与混凝土试块箱底座固定连接,混凝土试块箱顶板和混凝土试块箱底板通过多个纵向固定螺栓固定连接。
[0010] 各试样容器为中空长方体形状的试样管。
[0011] 两个试样容器和泥浆容器之间设置有橡胶垫。
[0012] 两个试样容器和混凝土试块容器之间设置有橡胶垫。
[0013] 本发明防渗墙渗透性测试仪的有益效果是:能够真实模拟泥浆在地层土体中的渗透及泥皮形成的过程,利用试验的方法准确地测试泥浆护壁过程中,泥浆在土体中的渗透情况,分析在防渗墙上、下游侧槽壁面上泥皮形成后,泥皮及防渗墙的抗渗性能。利用本发明在进行试验过程中,通过改变试样土体的颗粒级配、粒径大小以及孔隙特征来模拟不同的地层条件;通过改变试样土体两侧的压力差来模拟泥浆在不同开挖深度处地层中不同的渗透压力;通过改变泥浆的粘度、含沙量等来模拟不同性质的护壁泥浆,分析在以上不同情况下泥浆在地层中的渗透过程、渗透特性和泥皮形成的条件,在形成泥皮的情况下,测试泥皮和混凝土防渗墙的抗渗性能,特别是当混凝土防渗墙存在缺陷的情况下泥皮的抗渗特性。
附图说明
[0014] 图1是本发明防渗墙渗透性测试仪在泥浆渗透测试工作状态的结构示意图;
[0015] 图2是本发明防渗墙渗透性测试仪在泥皮渗水测试工作状态的结构示意图;
[0016] 图3是本发明中泥浆盒的结构示意图;
[0017] 图4是本发明中泥浆盒的横截面图;
[0018] 图5是本发明中混凝土试块箱的结构示意图;
[0019] 图6是本发明中混凝土试块箱的横截面图;
[0020] 图7是本发明中试样管的结构示意图;
[0021] 图8是本发明在泥皮渗水测试工作状态使用的混凝土试块预制模的结构示意图。
[0022] 图中,1.水管,2.泥浆管,3.试样管,4.泥浆盒,5.泥浆盒顶板,6.泥浆盒侧板,
7.泥浆盒底板,8.纵向固定螺栓,9.泥浆盒注浆孔,10.蓄水箱,11.筛网,12.多孔板,13.进水阀门,14.水管控制阀门,15.注泥浆液阀门,16.水管气压阀,17.泥浆管气压阀,18.连接螺栓,19.混凝土试块箱,20.混凝土试块箱顶板,21.混凝土试块箱侧板,22.混凝土试块箱底板,23.混凝土试块箱底座,24.水平固定螺栓,25.橡胶垫,26.连接螺栓接口,27.混凝土试块,28.粗粒土试样,29.混凝土试块预制模。
具体实施方式
[0023] 如图1和图2所示,本发明防渗墙渗透性测试仪,包括两个蓄水容器,两个蓄水容器的上方均设置有竖直方向的水管1,两个蓄水容器和对应的水管I之间均设置有水管控制阀门14,各水管I顶部均设置有水管气压阀16。两个蓄水容器的一端均对应通过各自的进水阀门13与外部水源相连接,两个蓄水容器的另一端均通过连接螺栓18连接有试样容器,对应的蓄水容器和试样容器之间均依次设置有筛网11和多孔板12。筛网11防止试样管3内试样向外掉落,多孔板12既可以保证筛网11在渗透作用下不发生较大的变形,又不会影响渗透过程。
[0024] 还包括泥浆容器和混凝土试块容器。在泥浆渗透测试工作状态时,泥浆容器通过连接螺栓18连接在两个试样容器之间。此时,两个试样容器和泥浆容器之间设置有橡胶垫25。在泥浆容器和两个试样容器之间均设置有筛网11,筛网11防止试样管3内试样向外掉落。泥浆容器的上方设置有竖直方向的泥浆管2,泥浆容器和泥浆管2之间设置有控制注浆的注泥浆液阀门15,泥浆管2的顶部设置有泥浆管气压阀17。在泥皮渗水测试工作状态时,混凝土试块容器通过连接螺栓18连接在两个试样容器之间,两个试样容器和混凝土试块容器之间设置有橡胶垫25。橡胶垫25用于确保两个试样容器与泥浆容器或混凝土试块容器之间连接紧密,防止透水透气。
[0025] 各试样容器为中空长方体形状的试样管3。各蓄水容器为蓄水箱10。
[0026] 如图3和图4所示,泥浆容器为泥浆盒4,泥浆盒4由一个泥浆盒顶板5、两个泥浆盒侧板6和一个泥浆盒底板7组成。泥浆盒底板7和两个泥浆盒侧板6焊接连接,泥浆盒顶板5和泥浆盒底板7通过多个纵向固定螺栓8固定连接。相接触的泥浆盒顶板5、泥浆盒侧板6和泥浆盒底板7之间均设置橡胶垫25,防止泥浆盒4有漏水漏气的情况发生。泥浆盒顶板5上开有泥浆盒注浆孔9,泥浆管2通过泥浆盒注浆孔9连接在泥浆盒4上。在泥浆盒顶板5、泥浆盒侧板6和泥浆盒底板7的边缘设置有多个连接螺栓接口 26,连接螺栓18通过连接螺栓接口 26将泥浆盒4与两个试样管3对应固定连接。
[0027] 如图5和图6所示,混凝土试块容器为混凝土试块箱19,混凝土试块箱19包括一个混凝土试块箱顶板20、两个混凝土试块箱侧板21以及一个混凝土试块箱底板22。混凝土试块箱底板22的底部连接有U形混凝土试块箱底座23,混凝土试块箱底座23的两侧向上延伸至两个混凝土试块箱侧板21的两侧,两个混凝土试块箱侧板21通过水平固定螺栓24与混凝土试块箱底座23固定连接并将混凝土试块箱19内部的混凝土试块27在水平方向上固定挤紧。混凝土试块箱顶板20和混凝土试块箱底板22通过多个纵向固定螺栓8固定连接并将混凝土试块箱19内部的混凝土试块27在竖直方向上固定挤紧。在混凝土试块箱顶板20和混凝土试块箱侧板21之间、混凝土试块箱底板22和混凝土试块箱侧板21之间均设置有橡胶垫25,以确保连接紧密,避免漏水漏气。在混凝土试块箱顶板20、混凝土试块箱侧板21以及混凝土试块箱底板22的边缘设置有多个连接螺栓接口 26,多个连接螺栓18对应通过连接螺栓接口 26将混凝土试块箱19与两个试样管3分别固定连接。
[0028] 本发明防渗墙渗透性测试仪的试验步骤包括依次进行泥浆渗透测试和泥皮渗水测试。具体步骤为:
[0029] 步骤一、泥浆渗透测试时装置的组装及装样
[0030] 分别将两个蓄水箱10与两个水管I连接,将两个试样管3分别与两个蓄水箱10相连接,其中,多孔板12固定在试样管3与蓄水箱10相连接的一侧,筛网11在多孔板12的外侧。如图7所示,向试样管3内装样,将一定孔隙比和级配的砂砾石料作为粗粒土试样28均匀地装入试样管3中。装样完成后,在两个试样管3之间连接组装好的泥浆盒4,并在泥浆盒4和两个试样管3之间均设置有筛网11。将泥浆管2通过泥浆盒顶板5上的泥浆盒注浆孔9与泥浆盒4连接。
[0031] 步骤二、试样浸水并抽气饱和
[0032] 关闭水管气压阀16,打开与外部水源连通的进水阀门13,试样进水的过程一定要慢,让试样中的空气有足够的时间排出。试样完全浸水后,关闭进水阀门13、注泥浆液阀门15和水管气压阀16,并让泥浆管气压阀17与真空泵连接,进行抽气饱和。
[0033] 在试样装好饱和后将水排尽,用外部注浆管连接注泥浆液阀门15,泥浆管气压阀17连接真空泵,让大气把泥浆通过注泥浆液阀门15压入泥浆管2和泥浆盒4中,同时放掉水管I中的水至试验所需高度。
[0034] 步骤三、泥浆渗透试验
[0035] 试验开始前,先往试样两边施加相同的气压,稳定一段时间后记录下此时水管I与泥浆管2内液体的高度,然后通过泥浆管气压阀17增大泥浆管2内的气压。由于泥浆管2内压力的增大,泥浆管2和泥浆盒4内的泥浆在压力作用下通过两侦彳试样管3中的粗粒土试样28向水侧发生渗透。
[0036] 步骤四、读数
[0037] 读数工作主要包括观察和记录两部分内容:按一定的时间间隔记录水管1、泥浆管2内水柱和泥浆的高度变化,通过水管I和泥浆管2上的刻度读出;按一定的时间间隔记录泥浆在试样管3内的渗透距离,通过试样管3中的刻度尺读出。
[0038] 步骤五、泥皮渗水测试时装置的组装及装样
[0039] 关闭两个水管控制阀门14,拆下泥浆盒4与两侧试样管之间的连接螺栓18,移去泥浆盒4及其上部的泥浆管2。
[0040] 将预制成型的混凝土试块27放置到混凝土试块箱底板22上,通过多个纵向固定螺栓8和水平固定螺栓24将混凝土试块箱19的各部分压紧固定,以完成混凝土试块箱19的组装和装样。
[0041] 如图8所示,混凝土试块27是通过混凝土预制模29预制成型的。混凝土预制模29为金属材质,内部尺寸与混凝土试块箱19的内部尺寸保持一致,以确保预制得到的混凝土试块27放置于混凝土试块箱19内时,混凝土试块27与混凝土试块箱19的内壁紧密接触,进而保证混凝土试块27能与在泥浆渗透试验中形成于试样管3 —侧的泥皮紧密接触。预制的混凝土试块27允许存在一定缺陷,以模拟混凝土防渗墙在浇筑过程中及工作状态下存在缺陷的情况。
[0042] 连接混凝土试块箱19和两个试样管3,并在混凝土试块箱19和两个试样管3之间设置橡胶垫25。
[0043] 通过调整两个水管I中液体的高度,并在两侧的水管I中施加压力以模拟防渗墙上、下游侧的压力水头,打开仪器两侧水管控制阀门14。
[0044] 步骤六、读数
[0045] 泥皮渗水测试的读数工作主要是按一定的时间间隔记录仪器两侧水管I内水柱的高度变化,通过水管I上的刻度读出。通过水管I内水柱的高度变化可以得知在两侧压力水头差的作用下,水通过混凝土试样27及试样两侧泥皮的渗透量随时间的变化情况。
[0046] 步骤七、拆样
[0047] 试验结束后,拆样前应先关闭仪器两侧的水管控制阀门14,通过进水阀门13将蓄水箱10内的水排出,然后松开各个部分的连接螺栓18,进行试样管3的清理和其余组成部分的拆卸。
[0048] 本发明能够真实的模拟在泥浆护壁过程中,泥浆在地层中的渗透过程,并探究泥浆渗透在防渗墙的上、下游侧槽壁面上形成泥皮的条件下,防渗墙和泥皮的防渗效果,特别是对防渗墙存在缺陷的情况下泥皮的抗渗性能进行分析。利用试验的方法对泥浆的渗透特性、渗透机理及泥皮的抗渗性能做进一步的探讨,获取更为深入的认识。

Claims (3)

1.一种防渗墙渗透性测试仪,其特征在于,包括两个蓄水容器,所述两个蓄水容器的上方均设置有竖直方向的水管(I ),所述两个蓄水容器和对应的水管(I)之间均设置有水管控制阀门(14),所述各水管(I)顶部均设置有水管气压阀(16);所述两个蓄水容器的一端均对应通过各自的进水阀门(13)与外部水源相连接,所述两个蓄水容器的另一端均连接有试样容器,所述对应的蓄水容器和试样容器之间均依次设置有筛网(11)和多孔板(12); 还包括泥浆容器和混凝土试块容器,在泥浆渗透测试工作状态时,所述泥浆容器连接在两个试样容器之间,在所述泥浆容器和两个试样容器之间均设置有筛网(11),所述泥浆容器的上方设置有竖直方向的泥浆管(2),所述泥浆容器和泥浆管(2)之间设置有注泥浆液阀门(15),所述泥浆管(2)的顶部设置有泥浆管气压阀(17);在泥皮渗水测试工作状态时,所述混凝土试块容器连接在两个试样容器之间; 所述泥浆容器为泥浆盒(4),所述泥浆盒(4)由一个泥浆盒顶板(5)、两个泥浆盒侧板(6)和一个泥浆盒底板(7)组成,其中,所述泥浆盒底板(7)和两个泥浆盒侧板(6)焊接连接,所述泥浆盒顶板(5)和泥浆盒底板(7)通过多个纵向固定螺栓(8)固定连接;所述泥浆盒顶板(5 )上开有泥浆盒注浆孔(9 ),所述泥浆管(2 )通过泥浆盒注浆孔(9 )连接在泥浆盒⑷上; 所述混凝土试块容器为混凝土试块箱(19),所述混凝土试块箱(19)包括一个混凝土试块箱顶板(20)、两个混凝土试块箱侧板(21)以及一个混凝土试块箱底板(22),所述混凝土试块箱底板(22)的底部连接有U形混凝土试块箱底座(23),所述混凝土试块箱底座(23)的两侧向上延伸至两个混凝土试块箱侧板(21)的两侧,所述两个混凝土试块箱侧板(21)通过水平固定螺栓(24)与混凝土试块箱底座(23)固定连接,所述混凝土试块箱顶板(20)和混凝土试块箱底板(22)通过多个纵向固定螺栓(8)固定连接; 所述各试样容器为中空长方体形状的试样管(3 )。
2.按照权利要求1所述的防渗墙渗透性测试仪,其特征在于,所述两个试样容器和泥浆容器之间设置有橡胶垫(25 )。
3.按照权利要求1所述的防渗墙渗透性测试仪,其特征在于,所述两个试样容器和混凝土试块容器之间设置有橡胶垫(25 )。
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