CN103808643A - 土体一维固结条件下垂直渗流试验方法 - Google Patents

Abstract

土体一维固结条件下垂直渗流试验方法，其特征是该方法采用一种试验装置，该装置包括集水瓶(2)，水箱(11)，加压框架(14)，加压轴(16)，第一渗流管(17)，第二渗流管(18)，渗流桶(20)和加压杠杆(41)。在渗流桶(20)中安装试样(37)，为试样(37)施加垂直固结压力，固结完毕后注入纯净水至集水瓶(2)中，水通过下底座(22)，进入透水石(21)与滤纸后，沿试样(37)上升，记录渗流锋面沿试样(37)上升停止后所用时间和浸湿水位刻度值，该刻度值与所用时间的比值，即为固结与定水头压力条件下试样(37)的渗透速率。该方法简单易行，适用于土木工程或岩土工程中遇到的各种多孔介质在定水头条件下渗透特性的研究。

Description

土体一维固结条件下垂直渗流试验方法

技术领域

本发明是一种土工测试方法，属于土木(岩土)工程技术领域。

背景技术

我国地质灾害频繁发生，对人民生命财产安全造成危害。滑坡多因降雨或地下水位上升导致复杂的地质体强度降低，甚至产生崩滑流，这说明了地质体内部渗流的危害性，尤其在有压水头条件下的反向渗流，目前还没有合适的实验设备进行测量，还没有形成统一的规范化操作流程。该申请就是要发明一种测试方法，以适用于多种多孔介质渗流特性的测试或毛细水上升高度与速率的测量。

发明内容

本发明目的是提供一种土体一维固结条件下垂直渗流试验方法，用于解决多孔介质包括碎石土、砂土、粉土或粘性土的反向渗透特性与毛细水上升高度及速率等测量问题。

本发明的技术解决方案，其特征是该方法采用一种试验装置，该装置包括带刻度的集水瓶2，水箱11，加压框架14，加压轴16，第一渗流管17，第二渗流管18，带刻度的渗流桶20和加压杠杆41，集水瓶2顶部安装有瓶塞1，集水瓶2安装有第一排气口3，第二排气口4，第三排气口5，第一排气口3安装有第一阀门6，第二排气口4安装有第二阀门7，第三排气口5安装有第三阀门8，集水瓶2通过连通管36与水箱11连接，连通管36两端分别安装有第四阀门9和第五阀门10，用于分别控制集水瓶2与水箱11，水箱11连接带刻度的第一渗流管17，带刻度的第二渗流管18，渗流桶20和位移计35，渗流桶20内装有试样37，试样37顶部安装有顶帽19，试样37底部安装有透水石21，透水石21上面贴有试纸，透水石21下面安装有下底座22，下底座22为螺旋形结构设计，渗流桶20一侧安装有第一取样口23，第二取样口24和第三取样口25，分别用于取不同水头位置处的浸湿样品，进行含水量测试，第一取样口23安装有第六阀门26，第二取样口24安装有第七阀门27，第三取样口25安装有第八阀门28，渗流桶20对称一侧安装有第一监测口29，第二监测口30和第三监测口31，分别用于安装微型探头，进行含水量等项目测试，第一监测口29安装有第九阀门32，第二监测口30安装有第十阀门33，第三监测口31安装有第十一阀门34，加压框架14通过加压轴16与顶帽19接触，加压框架14通过固定栓12与水箱11连接，加压框架14通过转动轴13与加压杠杆41连接，转动轴13连接有第一吊钩38，加压杠杆通过第二吊钩39与砝码15连接，转动轴连接有大砝码40。

(1)采用该装置进行非饱和土体一维固结条件下垂直渗流试验的方法如下：

①将下底座22安装于渗流桶20底部，下底座22上面安装透水石21，透水石21上面安装滤纸，滤纸上面安装试样37，打开第九阀门32，第十阀门33和第十一阀门34，通过第一监测口29，第二监测口30和第三监测口31在试样37内部分别安装微型含水量探头，关闭第九阀门32，第十阀门33和第十一阀门34，用于监测试样37不同层位含水量变化情况；

②试样37上面安装顶帽19，顶帽19与加压轴16接触，按照试样要求安装砝码15，为试样37施加垂直固结压力，待位移计35显示值达到试验要求后，固结完毕；

③关闭第一阀门6，第二阀门7，第三阀门8，第四阀门9，第五阀门10，按照试验要求的定水头高度，调整集水瓶2与水箱11之间的高差，且保持第三排气口5始终高于水箱2的上表面，打开瓶塞1，注入纯净水至集水瓶2中，使集水瓶2内水面距离集水瓶2顶面3—5cm时停止注水，预留一部分空间，塞紧瓶塞1；

④按照试验要求打开第一阀门6进行排气排水，待第一排气口3没有水流出后，关闭第一阀门6，记录第一排气口3的刻度值及集水瓶2与水箱11上表面高差值，二者之和即为渗流试验的定水头高度值；

⑤打开第四阀门9，再打开第五阀门10，水进入水箱2，第一渗流管17与第二渗流管18水面开始上升，水通过螺旋形结构的下底座22，进入透水石21与滤纸后，沿试样37上升，从水进入第一渗流管17与第二渗流管18时，开始计时，记录渗流锋面沿试样37上升停止后所用时间，记录试样37内部浸湿水位刻度值，该刻度值与所用时间的比值，即为固结与定水头压力条件下试样37的渗透速率；

⑥打开第六阀门26，第七阀门27和第八阀门28，分别取土样进行含水量测定，并与试样37内部微型含水量探头获取的监测数据进行对比分析。

(2)采用该装置进行饱和土体一维固结条件下垂直渗流试验的方法如下：

①将下底座22安装于渗流桶20底部，下底座22上面安装透水石21，透水石21上面安装滤纸，滤纸上面安装已经饱和过的试样37，打开第九阀门32，第十阀门33和第十一阀门34，通过第一监测口29，第二监测口30和第三监测口31在试样37内部分别安装微型含水量探头，关闭第九阀门32，第十阀门33和第十一阀门34，用于监测试样37不同层位含水量变化情况；

②试样37上面安装顶帽19，顶帽19与加压轴16接触，按照试样要求安装砝码15，为试样37施加垂直固结压力，固结水分通过下底座22排入水箱11，待位移计35显示值达到试验要求后，固结完毕；

③关闭第一阀门6，第二阀门7，第三阀门8，第四阀门9，第五阀门10，按照试验要求的定水头高度，调整集水瓶2与水箱11之间的高差，且保持第三排气口5始终高于水箱2的上表面，打开瓶塞1，注入混有红墨水的纯净水至集水瓶2中，使集水瓶2内水面距离集水瓶2顶面3-5cm时停止注水，预留一部分空间，塞紧瓶塞1；

④按照试验要求打开第一阀门6进行排气排水，待第一排气口3没有水流出后，关闭第一阀门6，记录第一排气口3的刻度值及集水瓶2与水箱11上表面高差值，二者之和即为渗流试验的定水头高度值；

⑤打开第四阀门9，再打开第五阀门10，水进入水箱2，第一渗流管17与第二渗流管18水面开始上升，水通过螺旋形结构的下底座22，进入透水石21与滤纸后，沿试样37上升，从水进入第一渗流管17与第二渗流管18时，开始计时，记录红色渗流锋面沿试样37上升停止后所用时间，记录试样37内部红色渗流锋面刻度值，该刻度值与所用时间的比值，即为饱和固结与定水头压力条件下试样37的渗透速率；

⑥打开第六阀门26，第七阀门27和第八阀门28，分别取土样进行含水量测定，并与试样37内部微型含水量探头获取的监测数据进行对比分析。

本发明优点：

仪器制造简单，测量精度高，使用方便，满足样品加载条件下反向渗透控制要求，可提供稳定的水头压力，并进行有效的补水控制，可直接测定各种多孔介质包括碎石土、砂土、粉土、粘土等的渗透规律及毛细水上升高度与速率等参数。

本发明适用范围：

可用于土木工程或地质工程中遇到的各种多孔介质渗透特性测量与毛细水上升高度与速率等参数的室内或现场测试。

附图说明：

图1是土体一维固结条件下垂直渗流试验方法所用试验装置的结构示意图。其中有瓶塞1，集水瓶2，第一排气口3，第二排气口4，第三排气口5，第一阀门6，第二阀门7，第三阀门8，第四阀门9，第五阀门10，水箱11，固定栓12，转动轴13，加压框架14，砝码15，加压轴16，第一渗流管17，第二渗流管18，顶帽19，渗流桶20，透水石21，下底座22，第一取样口23，第二取样口24，第三取样口25，第六阀门26，第七阀门27，第八阀门28，第一监测口29，第二监测口30，第三监测口31，第九阀门32，第十阀门33，第十一阀门34，连通管36，试样37，第一吊钩38，第二吊钩39，大砝码40，加压杠杆41。

图2是土体一维固结条件下垂直渗流试验方法所用试验装置的结构示意图A—A侧视图。其中有水箱11，固定栓12，转动轴13，加压框架14，砝码15，加压轴16，位移计35。

图3是土体一维固结条件下垂直渗流试验方法所用试验装置中下底座22的螺旋形排水槽结构示意图。其中有下底座22。

具体实施方式：

实施例：

(1)采用该装置进行非饱和土体一维固结条件下垂直渗流试验：

①将下底座22安装于渗流桶20底部，下底座22上面安装透水石21，透水石21上面安装滤纸，滤纸上面安装试样37，打开第九阀门32，第十阀门33和第十一阀门34，通过第一监测口29，第二监测口30和第三监测口31在试样37内部分别安装微型含水量探头，关闭第九阀门32，第十阀门33和第十一阀门34，试样37上面安装顶帽19，顶帽19与加压轴16接触，安装砝码15，为试样37施加垂直固结压力达到100kPa，待位移计35显示值变化小于0.01mm／min时，固结完毕；

②关闭第一阀门6，第二阀门7，第三阀门8，第四阀门9，第五阀门10，调整集水瓶2的第一排气口3与水箱11上表面之间的高差为100cm，打开瓶塞1，注入纯净水至集水瓶2中，使集水瓶2内水面距离集水瓶2顶面5cm时停止注水，塞紧瓶塞1；

③打开第一阀门6进行排气排水，待第一排气口3没有水流出后，关闭第一阀门6，记录渗流试验的定水头高度值为100cm；

④打开第四阀门9，再打开第五阀门10，水进入水箱2，第一渗流管17与第二渗流管18水面开始上升，水通过螺旋形结构的下底座22，进入透水石21与滤纸后，沿试样37上升，从水进入第一渗流管17与第二渗流管18时，开始计时，记录渗流锋面沿试样37上升停止后所用时间T，记录试样37内部浸湿水位刻度值H，即定水头100cm水柱压力与100kPa垂直荷载固结条件下，该试样的平均渗透速率为H/T，并可获得浸湿水位刻度变化值h随试验用时t的变化曲线规律；

⑤打开第六阀门26，第七阀门27和第八阀门28，分别取土样进行含水量测定，并与试样37内部微型含水量探头获取的监测数据进行对比分析。

(2)采用该装置进行饱和土体一维固结条件下垂直渗流试验：

①将下底座22安装于渗流桶20底部，下底座22上面安装透水石21，透水石21上面安装滤纸，滤纸上面安装已经饱和过的试样37，打开第九阀门32，第十阀门33和第十一阀门34，通过第一监测口29，第二监测口30和第三监测口31在试样37内部分别安装微型含水量探头，关闭第九阀门32，第十阀门33和第十一阀门34，试样37上面安装顶帽19，顶帽19与加压轴16接触，安装砝码15，为试样37施加垂直固结压力达到100kPa，待位移计35显示值变化小于0.01mm／min时，固结完毕；

②关闭第一阀门6，第二阀门7，第三阀门8，第四阀门9，第五阀门10，调整集水瓶2的第一排气口3与水箱11上表面之间的高差为100cm，打开瓶塞1，注入混有红墨水的纯净水至集水瓶2中，使集水瓶2内水面距离集水瓶2顶面5cm时停止注水，塞紧瓶塞1；

③打开第一阀门6进行排气排水，待第一排气口3没有水流出后，关闭第一阀门6，记录渗流试验的定水头高度值为100cm；

④打开第四阀门9，再打开第五阀门10，水进入水箱2，第一渗流管17与第二渗流管18水面开始上升，水通过螺旋形结构的下底座22，进入透水石21与滤纸后，沿试样37上升，从水进入第一渗流管17与第二渗流管18时，开始计时，记录红色渗流锋面沿试样37上升停止后所用时间T，记录试样37内部红色渗流锋面刻度值H，即定水头100cm水柱压力与100kPa垂直荷载固结条件下，该试样的平均渗透速率为H／T，并可获得浸湿水位刻度变化值h随试验用时t的变化曲线规律；

⑤打开第六阀门26，第七阀门27和第八阀门28，分别取土样进行含水量测定，并与试样37内部微型含水量探头获取的监测数据进行对比分析。

Claims (1)

1.土体一维固结条件下垂直渗流试验方法，其特征是该方法采用一种试验装置，该装置包括集水瓶(2)，水箱(11)，加压框架(14)，加压轴(16)，第一渗流管(17)，第二渗流管(18)，渗流桶(20)和加压杠杆(41)，集水瓶(2)顶部安装有瓶塞(1)，集水瓶(2)安装有第一排气口(3)，第二排气口(4)，第三排气口(5)，第一排气口(3)安装有第一阀门(6)，第二排气口(4)安装有第二阀门(7)，第三排气口(5)安装有第三阀门(8)，集水瓶(2)通过连通管(36)与水箱(11)连接，连通管(36)两端分别安装有第四阀门(9)和第五阀门(10)，水箱(11)连接第一渗流管(17)，第二渗流管(18)，渗流桶(20)和位移计(35)，渗流桶(20)内装有试样(37)，试样(37)顶部安装有顶帽(19)，试样(37)底部安装有透水石(21)，透水石(21)上面贴有试纸，透水石(21)下面安装有下底座(22)，下底座(22)为螺旋形结构设计，渗流桶(20)一侧安装有第一取样口(23)，第二取样口(24)和第三取样口(25)，第一取样口(23)安装有第六阀门(26)，第二取样口(24)安装有第七阀门(27)，第三取样口(25)安装有第八阀门(28)，渗流桶(20)对称一侧安装有第一监测口(29)，第二监测口(30)和第三监测口(31)，第一监测口(29)安装有第九阀门(32)，第二监测口(30)安装有第十阀门(33)，第三监测口(31)安装有第十一阀门(34)，加压框架(14)通过加压轴(16)与顶帽(19)接触，加压框架(14)通过固定栓(12)与水箱(11)连接，加压框架(14)通过转动轴(13)与加压杠杆(41)连接，转动轴(13)连接有第一吊钩(38)，加压杠杆通过第二吊钩(39)与砝码(15)连接，转动轴连接有大砝码(40)，

采用该装置进行非饱和土体一维固结条件下垂直渗流试验方法如下：

(1)将下底座(22)安装于渗流桶(20)底部，下底座(22)上面安装透水石(21)，透水石(21)上面安装滤纸，滤纸上面安装试样(37)，打开第九阀门(32)，第十阀门(33)和第十一阀门(34)，通过第一监测口(29)，第二监测口(30)和第三监测口(31)在试样(37)内部分别安装微型含水量探头，关闭第九阀门(32)，第十阀门(33)和第十一阀门(34)，用于监测试样37不同层位含水量变化情况；

(2)试样(37)上面安装顶帽(19)，顶帽(19)与加压轴(16)接触，按照试样要求安装砝码(15)，为试样(37)施加垂直固结压力，待砬移计(35)显示值达到试验要求后，固结完毕；

(3)关闭第一阀门(6)，第二阀门(7)，第三阀门(8)，第四阀门(9)，第五阀门(10)，按照试验要求的定水头高度，调整集水瓶(2与水箱(11)之间的高差，且保持第三排气口(5)始终高于水箱(2)的上表面，打开瓶塞(1)，注入纯净水至集水瓶(2)中，使集水瓶(2)内水面距离集水瓶(2)顶面3-5cm时停止注水，塞紧瓶塞(1)；

(4)按照试验要求打开第一阀门(6)进行排气排水，待第一排气口(3)没有水流出后，关闭第一阀门(6)，记录第一排气口(3)的刻度值及集水瓶(2)与水箱(11)上表面高差值，二者之和即为渗流试验的定水头高度值；

(5)打开第四阀门(9)，再打开第五阀门(10)，水进入水箱(2)，第一渗流管(17)与第二渗流管(18)水面开始上升，水通过下底座(22)，进入透水石(21)与滤纸后，沿试样(37)上升，从水进入第一渗流管(17)与第二渗流管(18)时，开始计时，记录渗流锋面沿试样(37)上升停止后所用时间，记录试样(37)内部浸湿水位刻度值，该刻度值与所用时间的比值，即为固结与定水头压力条件下试样(37)的渗透速率；

(6)打开第六阀门(26)，第七阀门(27)和第八阀门(28)，分别取土样进行含水量测定，并与试样(37)内部微型含水量探头获取的监测数据进行对比分析，

采用该装置进行饱和土体一维固结条件下垂直渗流试验方法如下：

(1)将下底座(22)安装于渗流桶(20)底部，下底座(22)上面安装透水石(21)，透水石(21)上面安装滤纸，滤纸上面安装已经饱和过的试样(37)，打开第九阀门(32)，第十阀门(33)和第十一阀门(34)，通过第一监测口(29)，第二监测口(30)和第三监测口(31)在试样(37)内部分别安装微型含水量探头，关闭第九阀门(32)，第十阀门(33)和第十一阀门(34)，用于监测试样(37)不同层位含水量变化情况；

(2)试样(37)上面安装顶帽(19)，顶帽(19)与加压轴(16)接触，按照试样要求安装砝码(15)，为试样(37)施加垂直固结压力，固结水分通过下底座(22)排入水箱(11)，待位移计(35)显示值达到试验要求后，固结完毕；

(3)关闭第一阀门(6)，第二阀门(7)，第三阀门(8)，第四阀门(9)，第五阀门(10)，按照试验要求的定水头高度，调整集水瓶(2)与水箱(11)之间的高差，且保持第三排气口(5)始终高于水箱(2)的上表面，打开瓶塞(1)，注入混有红墨水的纯净水至集水瓶(2)中，使集水瓶(2)内水面距离集水瓶(2)顶面3-5cm时停止注水，塞紧瓶塞(1)；

(4)按照试验要求打开第一阀门(6)进行排气排水，待第一排气口(3)没有水流出后，关闭第一阀门(6)，记录第一排气口(3)的刻度值及集水瓶(2)与水箱(11)上表面高差值，二者之和即为渗流试验的定水头高度值；

(5)打开第四阀门(9)，再打开第五阀门(10)，水进入水箱(2)，第一渗流管(17)与第二渗流管(18)水面开始上升，水通过下底座(22)，进入透水石(21)与滤纸后，沿试样(37)上升，从水进入第一渗流管(17)与第二渗流管(18)时，开始计时，记录红色渗流锋面沿试样(37)上升停止后所用时间，记录试样(37)内部红色渗流锋面刻度值，该刻度值与所用时间的比值，即为饱和固结与定水头压力条件下试样(37)的渗透速率；

(6)打开第六阀门(26)，第七阀门(27)和第八阀门(28)，分别取土样进行含水量测定，并与试样(37)内部微型含水量探头获取的监测数据进行对比分析。

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