CN104458533A - 柔性壁渗透仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种柔性壁渗透仪及其使用方法，包括有壳体，壳体内部设置有压力室，还包括有排气螺栓、加压帽、透水石、围压力控制器、反压力控制器；排气螺栓设置在壳体的顶部一侧，透水石为上下两层，设置在压力室底部中间位置，两层透水石之间设置有试样；在上层透水石顶部设置有加压帽，反压力控制器与加压帽相连接；围压力控制器与压力室相连接。本发明在压力室和加压帽的外部连接设置围压力控制器和反压力控制器，通过控制器显示屏可以清楚的读取实验数据，提高了检测精度；将围压力和反压力控制在合理的范围内，有利于在短时间内排除试样以及管路内的气泡，尽快达到饱和，缩短了试验的准备周期，提高了效率。

Description

柔性壁渗透仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种水泥土的检测设备，尤其涉及一种水泥土柔性壁渗透仪及其使用方法。

背景技术

水泥土是采用注浆法、深层搅拌法、高压旋喷法将水泥浆液同土体拌和所形成的固结体的统称。水泥土技术主要用于渠道防渗及小型农田水利工程的桥、涵、闸等配套工程，还可用于大坝护坡以及道路稳定层、大型渠道的垫层等，尤其适用于沙砾料缺乏地区。水泥土的突出优点是可就地取材，减少运输，施工方便，价格低廉。节省费用的多少主要取决于沙砾料的运距。沙砾石运距80～100公里配制的C15混凝土与用当地土料压制的C15水泥土(干燥状态)相比，可节省费用40％～50％。大量推广应用水泥土技术，可取得显著的经济效益。水泥土技术适用于缺乏沙砾料地区的渠道防渗及小型农田水利配套工程，以及大型渠道和道路的垫层材料等。另外，还可用于大坝护坡等工程。而水泥土的渗透性又直接影响材料的使用性能，目前对渗透性的研究由于仪器结构的设计，导致检测精度较低，不利于精确的研究渗透性与其他性能之间的关系。

有鉴于上述现有的渗透仪存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型水泥土柔性壁渗透仪及其使用方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的渗透仪存在的缺陷，而提供一种新型水泥土柔性壁渗透仪及其使用方法，提高检测精度，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种柔性壁渗透仪，包括有壳体，所述壳体内部设置有压力室，还包括有排气螺栓、加压帽、透水石、围压力控制器、反压力控制器；

所述排气螺栓设置在所述壳体的顶部一侧，所述透水石为上下两层，设置在所述压力室底部中间位置，所述两层透水石之间设置有试样；

在所述上层透水石顶部设置有加压帽，所述反压力控制器与所述加压帽相连接；

所述围压力控制器与所述压力室相连接。

更进一步的，前述的柔性壁渗透仪，所述反压力控制器通过机箱控制调压筒装置，与调压筒装置连接设置控制面板。

更进一步的，前述的柔性壁渗透仪，所述围压力控制器通过机箱控制调压筒装置，与调压筒装置连接设置控制面板。

更进一步的，前述的柔性壁渗透仪，所述壳体通过固定螺母固定在所述底座上。

更进一步的，前述的柔性壁渗透仪，在所述加压帽上部设置有顶部排气口，所述下层透水石下部设置有底部排气口。

更进一步的，前述的柔性壁渗透仪，所述顶部排气口与底部排气口设置在同一个竖直面内。

柔性壁渗透仪的使用方法，包括如下步骤，

(一)开始试验

1)拧下压力室底部的六个固定螺母，取出壳体内的有机玻璃压力室罩；

2)在壳体底盖侧面涂上一层高真空硅脂，在压力室底座上安装一块浸渍透水石，在透水石上面依次铺上滤纸、试样和滤纸，使用承膜筒装上乳胶薄膜，用“O”型圈或橡皮筋将乳胶膜固定在试样底座上，装上透水石和传压板，用套在排水管上的“O”型圈或橡皮筋将乳胶膜和传压板固定；

3)装上有机玻璃罩和壳体，用六个固定螺母将压力室固定；

4)向渗透压力室注水，转动压力室底部的三通阀，连通渗透压力室与储水瓶的管路，拧松压力室上部的排气螺栓，提高储水瓶的位置，待水位漫过压力室顶部排气口时，转动压力室的三通阀，使压力室和围压力控制器的管道连通，拧紧排气螺栓；

5)在压力室上作用一个较小的周围压力，在试样顶部和底部作用一个更小的压力，使整个水系统的水流动起来，然后打开顶部排气口和底部排气口的阀门，排出管线中的可见气泡以及乳胶膜内试样上部和下部的可见气泡，待可见气泡排除后，关闭压力室下部的底部排气口阀门。

6)使用围压力控制器，调整压力室内的周围压力；使用反压力控制器调节试样上部和下部的压力，给压力室和试样上部、下部缓慢增压，保持此状态48h，使试样达到饱和；

7)渗透试验，转动两通阀阀门，使上部排液口与滴定管相通，渗透开始，每1小时测试一次通过试样的流量，可以从反压控制器或滴定管中读出。当符合下列几点规定时，可结束试验：1)8h内测试的次数不得小于3次，2)最后连续3次测试中，进口流量与出口流量的比率应该在0.75～1.25之间，3)最后3次测得的流量值不应有明显的上升或者下降趋势，4)最后连续3次测得的流量值在平均流量值的0.75～1.25倍之间。测试完毕后，缓慢降低作用于进水管线和出水管线的压力，仔细的拆开渗透仪取出试样，测量并记录试验结束时试样的高度和直径。

(二)计算渗透系数

1)渗透系数使用达西定律计算，在本试验进行渗透时，如果上下水压相差15kpa，相当于水头差△h为150cm；

2)将试验后所得到的每小时的渗透流量的平均值q(m)、试样高度h(cm)、渗透时间t(s)、渗流面积A(cm²)及水头差△h(cm)代入公式。其中A＝38.5cm²，t＝3600s；

3)渗透系数k＝(q*h)/(t*A*△h)；

4)标准温度(20℃)下的渗透系数k²⁰＝(k*η_t)/η₂₀；

η_t—试验温度(t℃)时水的动力粘滞系数kpa·s；

η₂₀—标准温度(20℃)时水的动力粘滞系数kpa·s。

(三)结束试验

1)卸压力时，以先内后外为原则，使用反压力控制器的“进液”键，将反压力卸至零；使用围压力控制器的“进液”键，将围压力卸至零。

2)转动压力室下部的三通阀，使压力室的管道和储液瓶相通，拧松压力室上部的排气螺栓，降低储液瓶的位置，使压力室中的水排入储液瓶，直至压力室中的水全部进入上下水装置，关闭三通阀。

3)拧下压力室的六个固定螺母，取下压力室壳体盖板。

4)卸样，将乳胶膜洗净，用滑石粉保护，以便于下次使用。

更进一步的，前述的柔性壁渗透仪的使用方法，其特征在于：围压力控制器施加10kpa～30kpa的压力。

更进一步的，前述的柔性壁渗透仪的使用方法，所述围压力控制器的压力施加范围为0～0.9MPa。

更进一步的，前述的柔性壁渗透仪的使用方法，所述围压力控制器和反压力控制器的精度为±1％FS。

借由上述技术方案，本发明水泥土柔性壁渗透仪及其使用方法至少具有下列优点：

本发明的柔性壁渗透仪通过结构上的改进，在压力室和加压帽的外部连接设置围压力控制器和反压力控制器，通过控制器显示屏可以清楚的读取实验数据，提高了检测精度；将围压力和反压力控制在合理的范围内，有利于在短时间内排除试样以及管路内的气泡，尽快达到饱和，缩短了试验的准备周期，提高了效率；利用精确测量的试验数据作为渗透系数计算的依据，为后续的性能研究提供了有利的保障。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1为本发明柔性壁渗透仪结构示意图；

图2为本发明柔性壁渗透仪管路连接示意图；

图3为围压装置结构示意图；

图中标记含义：1.压力室，2.排气螺栓，3.加压帽，4.透水石，5.试样，6.固定螺母，7.底座，8.顶部排气口，9.底部排气口，10.上部排液口，11.下部进液口，12.围压力控制器，13.反压力控制器，14.壳体，15.储水瓶，16.三通阀，17.两通阀，18.机箱，19.调压筒装置，20.控制面板。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的水泥土柔性壁渗透仪及其使用方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1

本发明的水泥土柔性壁渗透仪包括如下结构部件，压力室1、排气螺栓2、加压帽3、透水石4、试样5、固定螺母6、底座7、顶部排气口8、底部排气口9、上部排液口10、下部进液口11、围压力控制器12、反压力控制器13、壳体14、储水瓶15、三通阀16、两通阀17、机箱18、调压筒装置19和控制面板20。

壳体14内部设置有压力室1，壳体14通过六个均匀布置的固定螺母6固定在底座7上，排气螺栓2设置在壳体14的顶部一侧，透水石4为上下两层，设置在压力室1底部中间位置，两层透水石4之间设置有试样5；在上层透水石4顶部设置有加压帽3，反压力控制器13通过一个三通阀16与加压帽3相连接，通过一个两通阀17与压力室1相连接；围压力控制器12通过一三通阀16与压力室1相连接，另一端连接有储水瓶15。在加压帽3上部设置有顶部排气口8，下层透水石4下部设置有底部排气口9，顶部排气口8与底部排气口9设置在同一个竖直面内。

其中反压力控制器13通过机箱18控制调压筒装置19，与调压筒装置19连接设置控制面板20，方便调节反压力，有利于观察实验数据变化。其中围压力控制器12通过机箱18控制调压筒装置19，与调压筒装置19连接设置控制面板20，方便调节压力室周围压力，有利于观察实验数据变化。

本发明水泥土柔性壁渗透仪使用方法：

(一)开始试验

1)拧下压力室1底部的六个固定螺母6，取出壳体14内的有机玻璃压力室罩；

2)在壳体14底盖侧面涂上一层高真空硅脂，在压力室1底座上安装一块浸渍透水石4，在透水石4上面依次铺上滤纸、试样5和滤纸，使用承膜筒装上乳胶薄膜，用“O”型圈或橡皮筋将乳胶膜固定在试样5底座上，装上透水石4和传压板，用套在排水管上的“O”型圈或橡皮筋将乳胶膜和传压板固定；

3)装上有机玻璃罩和壳体14，用六个固定螺母6将压力室1固定；

4)向渗透压力室1注水，转动压力室1底部的三通阀16，连通渗透压力室1与储水瓶15的管路，拧松压力室1上部的排气螺栓2，提高储水瓶15的位置，待水位漫过压力室1顶部排气口时，转动压力室1的三通阀16，使压力室1和围压力控制器12的管道连通，拧紧排气螺栓2；

5)在压力室1上作用一个较小的周围压力，在试样5顶部和底部作用一个更小的压力，使整个水系统的水流动起来，然后打开顶部排气口8和底部排气口9的阀门，排出管线中的可见气泡以及乳胶膜内试样5上部和下部的可见气泡，待可见气泡排除后，关闭压力室1下部的底部排气口阀门。

6)使用围压力控制器12，调整压力室内的周围压力；使用反压力控制器13调节试样上部和下部的压力，给压力室1和试样5上部、下部缓慢增压，保持此状态48h，使试样达到饱和；

7)渗透试验，转动两通阀17阀门，使上部排液口10与滴定管相通，渗透开始，每1小时测试一次通过试样5的流量，可以从反压力控制器13或滴定管中读出。当符合下列几点规定时，可结束试验：1)8h内测试的次数不得小于3次，2)最后连续3次测试中，进口流量与出口流量的比率应该在0.75～1.25之间，3)最后3次测得的流量值不应有明显的上升或者下降趋势，4)最后连续3次测得的流量值在平均流量值的0.75～1.25倍之间。测试完毕后，缓慢降低作用于进水管线和出水管线的压力，仔细的拆开渗透仪取出试样，测量并记录试验结束时试样的高度和直径。

(二)计算渗透系数

1)渗透系数使用达西定律计算，在本试验进行渗透时，如果上下水压相差15kpa，相当于水头差△h为150cm；

2)将试验后所得到的每小时的渗透流量的平均值q(m)、试样高度h(cm)、渗透时间t(s)、渗流面积A(cm²)及水头差△h(cm)代入公式。其中A＝38.5cm²，t＝3600s；

3)渗透系数k＝(q*h)/(t*A*△h)；

4)标准温度(20℃)下的渗透系数k²⁰＝(k*η_t)/η₂₀；

η_t—试验温度(t℃)时水的动力粘滞系数kpa·s；

η₂₀—标准温度(20℃)时水的动力粘滞系数kpa·s。

(三)结束试验

1)卸压力时，以先内后外为原则，使用反压力控制器13的“进液”键，将反压力卸至零；使用围压力控制器12的“进液”键，将围压力卸至零。

2)转动压力室1下部的三通阀16，使压力室1的管道和储液瓶15相通，拧松压力室1上部的排气螺栓2，降低储液瓶15的位置，使压力室1中的水排入储液瓶15，直至压力室1中的水全部进入上下水装置，关闭三通阀16。

3)拧下压力室1的六个固定螺母6，取下压力室1壳体14盖板。

4)卸样，将乳胶膜洗净，用滑石粉保护，以便于下次使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种柔性壁渗透仪，包括有壳体(14)，所述壳体(14)内部设置有压力室(1)，其特征在于：还包括有排气螺栓(2)、加压帽(3)、透水石(4)、围压力控制器(12)、反压力控制器(13)；

所述排气螺栓(2)设置在所述壳体(14)的顶部一侧，所述透水石(4)为上下两层，设置在所述压力室(1)底部中间位置，所述两层透水石(4)之间设置有试样(5)；

在所述上层透水石(4)顶部设置有加压帽(3)，所述反压力控制器(13)与所述加压帽(3)相连接；

所述围压力控制器(12)与所述压力室(1)相连接。

2.根据权利要求1所述的柔性壁渗透仪，其特征在于：所述反压力控制器(13)通过机箱(18)控制调压筒装置(19)，与调压筒装置(19)连接设置控制面板(20)。

3.根据权利要求1所述的柔性壁渗透仪，其特征在于：所述围压力控制器(12)通过机箱(18)控制调压筒装置(19)，与调压筒装置(19)连接设置控制面板(20)。

4.根据权利要求1所述的柔性壁渗透仪，其特征在于：所述壳体(14)通过固定螺母(6)固定在所述底座(7)上。

5.根据权利要求1所述的柔性壁渗透仪，其特征在于：在所述加压帽(3)上部设置有顶部排气口(8)，所述下层透水石(4)下部设置有底部排气口(9)。

6.根据权利要求5所述的柔性壁渗透仪，其特征在于：所述顶部排气口(8)与底部排气口(9)设置在同一个竖直面内。

7.所述柔性壁渗透仪的使用方法，其特征在于：包括如下步骤，

1)安装试样(5)，将试样(5)设置在上下两层透水石(4)之间；

2)向压力室(1)内注水，排除压力室(1)内多余的空气；

3)调节围压力控制器(12)和反压力控制器(13)，排除试样(5)中的气泡；

4)逐渐增压，使试样(5)达到饱和；

5)开始渗透试验；

6)当试验结束后，记录试验结束时试样(5)的高度和直径，计算渗透系数。

8.根据权利要求7所述的柔性壁渗透仪的使用方法，其特征在于：所述步骤3)中围压力控制器(12)施加10kpa～30kpa的压力。

9.根据权利要求7所述的柔性壁渗透仪的使用方法，其特征在于：所述围压力控制器(12)的压力为0～0.9MPa。

10.根据权利要求7所述的柔性壁渗透仪的使用方法，其特征在于：所述围压力控制器(12)和反压力控制器(13)的精度为±1％FS。