CN103149142A - 一种塑性防渗墙渗透系数测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塑性防渗墙渗透系数测定的装置及其测定方法，其IPC国际专利分类号为E02D1/04和E02D33/00。本发明的测定装置，包括顶盖、样品夹持器、底座、自动加压系统、进水端体变管和排水量体变管，所述顶盖上设有与样品夹持器连通的上排气孔和出水口，底座上设有进水口和下排气孔。还提供了一种利用该装置测定塑性防渗墙渗透系数的测定方法。本发明的测试装置，样品夹持器内部空间呈圆台形状，底部直径较顶部直径大，可以防止试件在较大水压的情况下，不会被水压力冲动，还可以有效避免夹持器具与被测试件接触面的渗漏。

Description

一种塑性防渗墙渗透系数测定装置及测定方法

技术领域：

本发明涉及一种水利工程结构测定装置和方法，特别涉及一种塑性防渗墙渗透系数测定的装置及其测定方法，其IPC国际专利分类号为E02D1/04和E02D33/00。

背景技术：

塑性防渗墙系指利用钻孔、挖槽机械，在松散透水地基或坝(堰)体中以泥浆固壁，挖掘槽形孔或连锁桩柱孔，在槽(孔)内浇筑水下混凝土或回填其他防渗材料形成具有防渗功能的地下连续墙。它是防止渗漏、保证地基渗透稳定和堤坝渗透安全的工程措施之一。目前塑性防渗墙的类型主要有以下几类：1.传统的塑混凝土防渗墙；2.水泥土防渗墙；3.高聚物防渗墙；4.植入挡水板、膜的防渗墙等。

塑性防渗墙适用于土石坝坝体、坝基、堤防工程、水闸工程、土石围堰堰体和堰基、病险水库防渗处理等工程。塑性防渗墙由于具有承受水头大、防渗性能可靠、适合各种地层等优点，因而被国内外水利水电工程广泛采用。

对于判定塑性防渗墙质量的合格与否，渗透系数是其最重要的指标之一。因为墙体材料的渗透性能决定着防渗墙的防渗效果，进而直接影响主体工程的安全运行。目前随着水利工程的发展，在防渗墙材料方面的研究有了快速的发展，出现了多种适宜用于防渗墙工程的材料，新型材料的防渗墙渗透系数均较小，以往混凝土防渗墙的渗透系数测试的方法和装置仅适用渗透系数较大的防渗墙，对渗透性小于10^-6m/s的新型塑性防渗墙无法准确测试，因而开发一种适宜于低渗透系数的防渗墙工程渗透系数测定的装置和方法就显得尤为必要。

发明内容：

本发明的目的就是提供一种适用于各类传统、新型的塑性防渗墙墙体材料渗透系数测定的装置和方法。该种方法和装置可以克服先前的测试技术仅限于对塑性混凝土这种材料的局限性。

本发明的技术方案是：

一种塑性防渗墙渗透系数测定装置，包括顶盖、样品夹持器、底座、自动加压系统、进水端体变管和排水量体变管；其中，所述样品夹持器的内部空间为圆台体形状，用于放置样品，所述圆台体形状的底部直径比顶部直径大4-6mm；所述样品夹持器的上下端分别通过螺栓与所述顶盖和底座固定连接，所述顶盖上设有与样品夹持器连通的上排气孔和出水口，上排气孔为出水排气用，出水口通过橡胶管连接所述排水量体变管，用于测定渗流流量；所述底座上设有进水口和下排气孔，下排气孔为出水排气用，进水口通过所述进水端体变管与所述自动加压系统连通；所述上排气孔、下排气孔、进水口和出水口设有阀门。

本发明还提供一种塑性防渗墙的渗透系数测定方法，包括以下步骤：

(1)样品制作：

a.扰动样制作：将组成塑性防渗墙的材料制成浆体，预先将一个干净、无油脂的的制样模具放在平板上，并在制样模具的外部周围涂一层密封脂加以密封，然后将浆体倒入制样模具内，用搅拌棒搅拌浆体20-30次，然后用刮刀或直尺刮平，小心的用盖板盖在制样模具上，然后将制样模具置于温度为22-25摄氏度的温水中进行养护；在样品达到了试验要求后，取出制样模具并置于冷水中冷却，然后将样品从制样模具取出，放在水流下轻轻的刮平、刨毛，去除表面杂物；制作完成的样品形状应当与所述样品夹持器的内部空间的形状相匹配；

b.原状样制作：在塑性防渗墙工程施工完成后，通过金刚石取心钻钻取岩心，将试样锯成试验所需的长度，并制作成与所述样品夹持器内部空间的形状相匹配的圆台形样品，完成后置于22-25摄氏度的温水中进行养护；

c.在测定渗透系数之前，样品应一直浸泡在水中；

(2)准备好塑性防渗墙渗透系数测定装置：

该测定装置包括顶盖、样品夹持器、底座、自动加压系统、进水端体变管和排水量体变管；其中，所述样品夹持器的内部空间为圆台体形状，用于放置样品，所述圆台体形状的底部直径比顶部直径大4-6mm；所述样品夹持器的上下端分别通过螺栓与所述顶盖和底座固定连接，所述顶盖上设有与样品夹持器连通的上排气孔和出水口，上排气孔为出水排气用，出水口通过橡胶管连接所述排水量体变管，用于测定渗流流量；所述底座上设有进水口和下排气孔，下排气孔为出水排气用，进水口通过所述进水端体变管与所述自动加压系统连通；所述上排气孔、下排气孔、进水口和出水口设有阀门；

(3)测定流程：

a.将制好的样品置入在样品夹持器内，直径大的一端为进水端，直径小的一端为出水端，以保证样品在测定过程中越压越紧；在样品和样品夹持器的缝隙中填满由水泥浆和膨胀土混合而成的浆液，浆液风干后应当完全填充样品和样品夹持器之间的空隙，使得水不会通过这些缝隙流通，有效避免样品夹持器与被测试样品接触面之间的渗漏；将顶盖和底座通过螺栓7固定在样品夹持器上下端；

b.通过橡皮管将进水口与进水端体变管一端进行连接，进水端体变管另一端连接至自动加压系统；顶盖的出水口通过橡皮管连接到排水量体变管；

c.通过自动加压系统对样品夹持器内的样品加水，待上上排气孔和下排气孔均有水流出时，关闭自动加压系统，并关闭上排气孔和下排气孔的阀门；

d.通过自动加压系统加载水压P，开始进行渗流试验，读取单位时间内进水端体变管的水量W₁和排水量体变管的水量W₂，当W₁＝W₂时，可以判定渗流稳定，随后读取连续3-4个单位时间Δt内的渗流流量Wt，当连续几个单位时间Δt内Wt的数值保持稳定时，结束试验；

e.渗透系数k_t及水力坡降J由以下公式计算所得：

$k_T=\frac{W_t\×H\×{\mathrm{\ρ}}_w}{A\×\mathrm{\Δt}\×P\×10};$ $J=\frac{P\×10}{H}$

式中：kt是在水温t°时的试样的渗透系数(cm/s)，Wt为单位时间Δt内渗流的流量(cm³)，H为试样的高度(cm)，ρ_w为水温t°时水的密度(g/cm³)，Δt为渗流时间(s)，A为试样顶端横断面的过水面积(cm²)，P为渗透压力(kPa)。

本发明的测试装置，克服了以往渗透系数测试装置仅适用于渗透系数较大材料的弊端，可适用于各种新型材料防渗墙低渗透系数的测定。而且，样品夹持器内部空间呈圆台形状，底部直径较顶部直径大4-6mm，这样可以防止试件在较大水压的情况下，不会被水压力冲动，还可以有效避免夹持器具与被测试件接触面的渗漏。试验过程中，在样品和样品夹持器的缝隙中填满由水泥浆和膨胀土混合而成的浆液，浆液风干后完全填充样品和样品夹持器之间的空隙，使得水不会通过这些缝隙流通，有效避免样品夹持器与被测试样品接触面之间的渗漏。

附图说明：

图1为本发明的渗透系数测定装置示意图

图2为本发明的试样制作养护装置示意图

图中：1.顶盖，2.样品夹持器，3.底座，4.上排气孔，5.出水口，6.进水端体变管，7.螺栓，8.进水孔，9.下排气孔，10.排水量体变管，11.自动加压系统，12.制样模具，13.养护箱

具体实施方式

如图1所示，一种塑性防渗墙的渗透系数测定装置，包括顶盖1、样品夹持器2、底座3、自动加压系统11、进水端体变管6和排水量体变管10；其中，所述样品夹持器2的内部空间为圆台体形状，用于放置样品，所述圆台体形状的底部直径比顶部直径大4-6mm；所述样品夹持器2的上下端分别通过螺栓7与所述顶盖1和底座3固定连接，所述顶盖1上设有与样品夹持器2连通的上排气孔4和出水口5，上排气孔4为出水排气用，出水口5通过橡胶管连接所述排水量体变管10，用于测定渗流流量；所述底座3上设有进水口8和下排气孔9，下排气孔9为出水排气用，进水口8通过所述进水端体变管6与所述自动加压系统11连通；所述上排气孔4、下排气孔9、进水口8和出水口5设有阀门。

本发明还提供一种塑性防渗墙的渗透系数测定方法，包括以下步骤：

(1)样品制作：

a.扰动样制作：将组成塑性防渗墙的材料制成浆体，预先将一个干净、无油脂的的制样模具12放在平板上，并在制样模具12的外部周围涂一层密封脂加以密封，然后将浆体倒入制样模具2内，用搅拌棒搅拌浆体20-30次，然后用刮刀或直尺刮平，小心的用盖板盖在制样模具12上，然后将制样模具12置于温度为22-25摄氏度的温水中进行养护；在样品达到了试验要求后，取出制样模具12并置于冷水中冷却，然后将样品从制样模具12取出，放在水流下轻轻的刮平、刨毛，去除表面杂物；制作完成的样品形状应当与所述样品夹持器2的内部空间的形状相匹配；

b.原状样制作：在塑性防渗墙工程施工完成后，通过金刚石取心钻钻取岩心，将试样锯成试验所需的长度，并制作成与所述样品夹持器2内部空间的形状相匹配的圆台形样品，完成后置于22-25摄氏度的温水中进行养护；

c.在测定渗透系数之前，样品应一直浸泡在水中；

(2)准备好塑性防渗墙渗透系数测定装置：

该测定装置包括顶盖1、样品夹持器2、底座3、自动加压系统11、进水端体变管6和排水量体变管10；其中，所述样品夹持器2的内部空间为圆台体形状，用于放置样品，所述圆台体形状的底部直径比顶部直径大4-6mm；所述样品夹持器2的上下端分别通过螺栓7与所述顶盖1和底座3固定连接，所述顶盖1上设有与样品夹持器2连通的上排气孔4和出水口5，上排气孔4为出水排气用，出水口5通过橡胶管连接所述排水量体变管10，用于测定渗流流量；所述底座3上设有进水口8和下排气孔9，下排气孔9为出水排气用，进水口8通过所述进水端体变管6与所述自动加压系统11连通；所述上排气孔4、下排气孔9、进水口8和出水口5设有阀门；

(3)测定流程：

a.将制好的样品置入在样品夹持器2内，直径大的一端为进水端，直径小的一端为出水端，以保证样品在测定过程中越压越紧；在样品和样品夹持器2的缝隙中填满由水泥浆和膨胀土混合而成的浆液，浆液风干后应当完全填充样品和样品夹持器2之间的空隙，使得水不会通过这些缝隙流通，有效避免样品夹持器2与被测试样品接触面之间的渗漏；将顶盖1和底座3通过螺栓7固定在样品夹持器2上下端；

b.通过橡皮管将进水口8与进水端体变管6一端进行连接，进水端体变管6另一端连接至自动加压系统11；顶盖1的出水口5通过橡皮管连接到排水量体变管10；

c.通过自动加压系统11对样品夹持器内的样品加水，待上上排气孔4和下排气孔9均有水流出时，关闭自动加压系统11，并关闭上排气孔4和下排气孔9的阀门；

d.通过自动加压系统11加载水压P，开始进行渗流试验，读取单位时间内进水端体变管6的水量W₁和排水量体变管10的水量W₂，当W₁＝W₂时，可以判定渗流稳定，随后读取连续3-4个单位时间Δt内的渗流流量Wt，当连续几个单位时间Δt内Wt的数值保持稳定时，结束试验。

单位时间内的进水量W₁的读取，可以采用下面的方法：水压通过进水端体变管6将压力加载到样品，进水端体变管6内置一50cm³套管，该50cm³套管外填充70cm³不溶于水的有色液体，加载的水压力通过进水端体变管6的内部水体将有色液体压至内置的50cm³套管内，然后将压力通过有色液体将套管内的水体传输至进水口8。通过内部套管有色液体在对应刻度单位时间t内的变化，可以读取单位时间内的进水量W₁。

e.渗透系数k_t及水力坡降J由以下公式计算所得：

$k_T=\frac{W_t\×H\×{\mathrm{\ρ}}_w}{A\×\mathrm{\Δt}\×P\×10};$ $J=\frac{P\×10}{H}$

式中：kt是在水温t°时的试样的渗透系数(cm/s)，Wt为单位时间Δt内渗流的流量(cm³)，H为试样的高度(cm)，ρ_w为水温t°时水的密度(g/cm³)，Δt为渗流时间(s)，A为试样顶端横断面的过水面积(cm²)，P为渗透压力(kPa)。

Claims (2)

1.一种塑性防渗墙渗透系数测定装置及测定方法，其特征在于，包括顶盖(1)、样品夹持器(2)、底座(3)、自动加压系统(11)、进水端体变管(6)和排水量体变管(10)；其中，所述样品夹持器(2)的内部空间为圆台体形状，用于放置样品，所述圆台体形状的底部直径比顶部直径大4-6mm；所述样品夹持器(2)的上下端分别通过螺栓(7)与所述顶盖(1)和底座(3)固定连接，所述顶盖(1)上设有与样品夹持器(2)连通的上排气孔(4)和出水口(5)，上排气孔(4)为出水排气用，出水口(5)通过橡胶管连接所述排水量体变管(10)，用于测定渗流流量；所述底座(3)上设有进水口(8)和下排气孔(9)，下排气孔(9)为出水排气用，进水口(8)通过所述进水端体变管(6)与所述自动加压系统(11)连通；所述上排气孔(4)、下排气孔(9)、进水口(8)和出水口(5)设有阀门。

2.一种塑性防渗墙的渗透系数测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)样品制作：

a.扰动样制作：将组成塑性防渗墙的材料制成浆体，预先将一个干净、无油脂的的制样模具(12)放在平板上，并在制样模具(12)的外部周围涂一层密封脂加以密封，然后将浆体倒入制样模具(12)内，用搅拌棒搅拌浆体20-30次，然后用刮刀或直尺刮平，小心的用盖板盖在制样模具(12)上，然后将制样模具(12)置于温度为22-25摄氏度的温水中进行养护；在样品达到了试验要求后，取出制样模具(12)并置于冷水中冷却，然后将样品从制样模具(12)取出，放在水流下轻轻的刮平、刨毛，去除表面杂物；制作完成的样品形状应当与所述样品夹持器(2)的内部空间的形状相匹配；

b.原状样制作：在塑性防渗墙工程施工完成后，通过金刚石取心钻钻取岩心，将试样锯成试验所需的长度，并制作成与所述样品夹持器(2)内部空间的形状相匹配的圆台形样品，完成后置于22-25摄氏度的温水中进行养护；

c.在测定渗透系数之前，样品应一直浸泡在水中；

(2)准备好塑性防渗墙渗透系数测定装置：

该测定装置包括顶盖(1)、样品夹持器(2)、底座(3)、自动加压系统(11)、进水端体变管(6)和排水量体变管(10)；其中，所述样品夹持器(2)的内部空间为圆台体形状，用于放置样品，所述圆台体形状的底部直径比顶部直径大4-6mm；所述样品夹持器(2)的上下端分别通过螺栓(7)与所述顶盖(1)和底座(3)固定连接，所述顶盖(1)上设有与样品夹持器(2)连通的上排气孔(4)和出水口(5)，上排气孔(4)为出水排气用，出水口(5)通过橡胶管连接所述排水量体变管(10)，用于测定渗流流量；所述底座(3)上设有进水口(8)和下排气孔(9)，下排气孔(9)为出水排气用，进水口(8)通过所述进水端体变管(6)与所述自动加压系统(11)连通；所述上排气孔(4)、下排气孔(9)、进水口(8)和出水口(5)设有阀门。

(3)测定流程：

a.将制好的样品置入在样品夹持器(2)内，直径大的一端为进水端，直径小的一端为出水端，以保证样品在测定过程中越压越紧；在样品和样品夹持器(2)的缝隙中填满由水泥浆和膨胀土混合而成的浆液，浆液风干后应当完全填充样品和样品夹持器(2)之间的空隙，使得水不会通过这些缝隙流通，有效避免样品夹持器(2)与被测试样品接触面之间的渗漏；将顶盖(1)和底座(3)通过螺栓(7)固定在样品夹持器(2)上下端；

b.通过橡皮管将进水口(8)与进水端体变管(6)一端进行连接，进水端体变管(6)另一端连接至自动加压系统(11)；顶盖(1)的出水口(5)通过橡皮管连接到排水量体变管(10)；

c.通过自动加压系统(11)对样品夹持器内的样品加水，待上排气孔(4)和下排气孔(9)均有水流出时，关闭自动加压系统(11)，并关闭上排气孔(4)和下排气孔(9)的阀门；

d.通过自动加压系统(11)加载水压P，开始进行渗流试验，读取单位时间内进水端体变管(6)的水量W₁和排水量体变管(10)的水量W₂，当W₁＝W₂时，可以判定渗流稳定，随后读取连续3-4个单位时间Δt内的渗流流量Wt，当连续几个单位时间Δt内Wt的数值保持稳定时，结束试验；

e.渗透系数k_t及水力坡降J由以下公式计算所得：

$k_T=\frac{W_t\×H\×{\mathrm{\ρ}}_w}{A\×\mathrm{\Δt}\×P\×10};$ $J=\frac{P\×10}{H}$

式中：kt是在水温t°时的试样的渗透系数(cm/s)，Wt为单位时间Δt内渗流的流量(cm³)，H为试样的高度(cm)，ρ_w为水温t°时水的密度(g/cm³)，Δt为渗流时间(s)，A为试样顶端横断面的过水面积(cm²)，P为渗透压力(kPa)。

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