CN104655543A - 一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置及其检测方法 - Google Patents

一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于土工合成材料测试技术领域,涉及一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试方法。该方法过程中,滤膜试样制作是指将使用后产生淤堵的土工复合排水材从土层中取出后,按照既定的制样方法制成包含滤膜表层淤积粘土的试样。并通过研制的垂直渗透系数测试装置(该装置可测试不同水力梯度及不同侧压力系数条件下的滤膜垂直渗透系数)将上述试样与未使用过的滤膜试样进行对比试验,可得出滤膜淤堵折减指标。本发明首次提出了土工复合排水材滤膜淤堵折减定量测试的方法及相应装置,具有装置简单、操作简单易行、测量精度高的优点,可用于土工复合材料垂直渗透系数的测试。

Description

一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置及其检测方法
技术领域
本发明属于土工合成材料测试技术领域,可用于土工复合排水材滤膜淤堵折减的定量测试。
背景技术
土工复合排水材是以薄型土工织物包裹不同材料制成的不同形状的芯材组合成一种复合型排水材料,这一材料克服了土工织物沿织物平面方向排水能力小的缺点,可以沿水平方向芯材的排水通道通畅排水,而外包的土工织物作为滤层以阻止颗粒进入阻塞排水通道。近几年来,随着土工复合排水材的发展,被广泛运用于软土地基处理、路基纵横向排水、建筑物地下排水通道、堤坝排水设施等领域。但土工复合排水材在使用过程中,水从被保护土中流过滤膜,在流动过程中使土颗粒聚集在织物的表面的表面孔口上,堵塞水流通道进口,或是细颗粒沉积在空隙内部,逐渐减小通道有效的过水面积,降低排水效率。目前,对于滤膜的淤堵造成的排水效率折减指标并未建立统一的标准,而对于排水效率的折减定量测试更是鲜有报道,相关实验设备也处于研究阶段。本发明通过研制新的制样方法及相关实验设备为土工复合排水材滤膜淤堵折减指标的定量测试提供参考。
发明内容
本发明的目的是为了解决土工复合排水材滤膜淤堵折减指标的定量测试问题,而提出一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试方法。
本发明通过以下技术方案实现:
种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置,其特征在于包括以下装置,进水装置,荷载装置,排水装置;
所述进水装置包括组装式水位管,止水闸,排水管嘴,可滑动固定支座,连接软管,补水管,所述组装式水位管一端连接补水管,另一端连接连接软管,所述组装式水位管的侧壁一侧具有多个排水管嘴,该排水管嘴由止水闸控制,另一侧具有可滑动固定支座,该可滑动固定支座的另一端具有刻度尺;
所述荷载装置具有试样槽,试样槽盖,进水口,出水口,外壳,底座,所述进水口,出水口位于外壳的两侧,该外壳的底部具有底座,所述试样槽垂直插入外壳的内部,该试样槽的上部具有试样槽盖,所述进水口与连接软管相连;
所述排水装置具有集水箱和集水管,所述集水管一端连接出水口,另一端连接集水箱。
一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置,其特征在于所述试样槽用于放置试样,该试样为层状结构,自下而上依次为土工复合排水材滤膜,滤膜表层淤泥层和滤纸,所述试样的厚度为0.1cm的均匀长方形片,试样底面尺寸分为14×10cm,14×8cm,14×6cm,10×10cm,10×8cm,10×6cm六种规格。
一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置,该装置还包括一个试样夹持器,该试样夹持器包括固定架和固定网,所述试样夹持器为空心结构,上下两侧为固定网,四周为固定架,内部空间用于放置试样,该空心结构和试样尺寸相匹配,并且能确保土工复合排水材滤膜以外位置均能隔水。
一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置进行试样测试的方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一,按照权利要求1进行组装测试装置;
步骤二,按照权利要求2所述的试样标准,进行制作试样;
步骤三,测试,将试样放入夹持器中,并放入试样槽中进行测试,盖上试样槽盖并用防水漆进行防水处理;将连接荷载装置出水口的软管溢水口高度调整到略高于外壳上端后开始往组合水位管内装水,缓慢排水并观察内情况,直至装置内气泡排净。渗透系数测试。根据试验水头高度要求,打开组合式水位管对应止水夹,并持续往组合式水位管加水确保水位保持不变,并收集荷载装置出水口排出水量及相应时间。根据数据可测得组合试样渗透系数,根据相关数据可计算淤堵折减系数:
垂直渗透采用透水率表示:
ψ = W Δh · A · t
式中:ψ—透水率(cm/s);
t—测试时间(s);
W—流量(cm3);
A—试样面积(cm)。
滤膜淤堵折减系数计算式为:
φ = ψ 1 ψ 0 × 100 %
式中:φ—淤堵折减系数;
ψ1—使用过滤膜试样透水率(cm/s);
ψ0—未使用过滤膜试样透水率(cm/s)。
有益效果:
根据土工复合排水材滤膜淤堵测试特点及需求,采用特别的制样方法,可反映滤膜的淤堵情况及使用过程中滤膜垂直方向渗流情况,同时提出滤膜淤堵折减系数计算式可为定量表示滤膜淤堵情况提供参考。
根据土工复合排水材滤膜淤堵测试主要影响因素及测试要点,测试设备具有良好的水密性及气密性,可模拟不同侧压力及水力梯度的渗流作用下渗透,装置具有设备简单、操作简便、测试精度高等特点
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1为本发明所述的土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置及方法的滤膜试样受水压力作用剖面示意图。
图2为本发明所述的土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置及方法的滤膜试样水渗流方向示意图。
图3为本发明所述的土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置及方法的试样夹持器示意图。
图4为本发明所述的土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置及方法的水压力室示意图。
图5为本发明所述的土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置及方法的整体组装示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置,其特征在于包括以下装置,进水装置,荷载装置,排水装置;
所述进水装置包括组装式水位管11,止水闸12,排水管嘴13,可滑动固定支座15,连接软管17,补水管16,所述组装式水位管11一端连接补水管16,另一端连接连接软管17,所述组装式水位管11的侧壁一侧具有多个排水管嘴13,该排水管嘴13由止水闸12控制,另一侧具有可滑动固定支座15,该可滑动固定支座15的另一端具有刻度尺14;
所述荷载装置具有试样槽6,试样槽盖5,进水口7,出水口8,外壳9,底座10,所述进水口7,出水口8位于外壳9的两侧,该外壳9的底部具有底座10,所述试样槽6垂直插入外壳9的内部,该试样槽6的上部具有试样槽盖5,所述进水口7与连接软管17相连;
所述排水装置具有集水箱18和集水管19,所述集水管19一端连接出水口8,另一端连接集水箱18。
所述试样槽6用于放置试样,该试样为层状结构,自下而上依次为土工复合排水材滤膜1,滤膜表层淤泥层1-1和滤纸2,所述试样的厚度为0.1cm的均匀长方形片,试样底面尺寸分为14×10cm,14×8cm,14×6cm,10×10cm,10×8cm,10×6cm六种规格。
该装置还包括一个试样夹持器,该试样夹持器包括固定架3和固定网4,所述试样夹持器为空心结构,上下两侧为固定网4,四周为固定架3,内部空间用于放置试样,该空心结构和试样尺寸相匹配,并且能确保土工复合排水材滤膜1以外位置均能隔水。
一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置进行试样测试的方法,其特征在于包括以下步骤:
1、装置安装及调试。
(1)荷载装置安装。将荷载装置各部分组装完成后,检查装置连接强度后可进行初步安装。初步安装完成后进行精密整平,具体方法为:使用水平仪使底座平面处于水平面上,确保底座平面处于水平面后牢固固定底座,避免由于外界干扰发生偏移等位移。
(2)进水装置安装。将刻度尺及组合水位管连接完成后,检查连接强度后可进行初步安装。初步安装完成后进行精密整平,具体方法为:首先调整刻度尺高度,是刻度尺0刻度线和荷载装置底座上平面处于同一水平面上;调整刻度尺姿态,使其垂直于底座水平面,即使水位管中心线处于铅垂线上。调整完成后牢固固定进水装置,避免由于外界干扰发生偏移等位移。
(3)排水装置安装。将排水装置安装于高度低于荷载装置底座平面高度以下,确保集水箱内积水箱内的水面线低于荷载装置底座平面,防止水位雍高影响荷载装置内试样的渗流。
(4)检查装置水密性。将各部分连接完成后,将荷载装置出水口密封,向组合式水位管内加满水,检查装置各部分是否出现有水渗出现象,若未出现渗水现象,可进行下一步试验,若出现渗水现象,则需重新进行组装,并再次检查装置水密性,直至确保装置水密性后可进行下一步试验。
2、试样制作。
由于测试需要,本试验组合试样需要根据表层淤泥层厚度及其固结程度的不同制作不同试样,根据表层淤泥层厚度不同可分为0.2cm、0.3cm、0.4cm、05cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1cm九种规格,根据表层淤泥层固结度不同可分为25%、50%、75%、100%四种类型,按照试样底面尺寸不同可分为分为14×10cm,14×8cm,14×6cm,10×10cm,10×8cm,10×6cm六种规格。制作试样时,分别进行组合制作各种类型试样,如表层淤泥层固结度为25%的试样分别制作淤泥层厚度为0.2cm、0.3cm、0.4cm、05cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1cm九种规格的试样,而每种规格需要制作14×10cm,14×8cm,14×6cm,10×10cm,10×8cm,10×6cm六种规格。
以下将制作表层淤泥层固结度为25%,厚度为0.2cm,底面尺寸为14×10cm为例对试样制作过程进行详细说明:
经过试验前期土工复合排水材排水固结准备,当土体达到固结度25%后停止排水,将土工复合排水材周围土体挖开,并留足表层淤泥层厚度,剪开土工复合排水材后去除内部芯材,取出带有表层淤泥的滤膜。使用土工刀切削土工复合排水材表层淤泥层使其达0.2cm,根据底面尺寸14×10cm进行精确剪裁,后放入试样夹内固定。
3、试样测试。
(1)排气。测试实验开始,应先对整个试验装置内气泡排干。排气具体方法为:首先将装有土体试样的试样夹装入试样槽内,盖上试样盖并用防水漆进行防水处理;将连接荷载装置出水口的软管溢水口高度调整到略高于外壳上端后开始往组合水位管内装水,缓慢排水并观察内情况,直至装置内气泡排净。(2)渗透系数测试。根据试验水头高度要求,打开组合式水位管对应止水夹,并持续往组合式水位管加水确保水位保持不变,并收集荷载装置出水口排出水量及相应时间。根据数据可测得组合试样渗透系数,根据相关数据可计算淤堵折减大小。
垂直渗透采用透水率表示:
ψ = W Δh · A · t
式中:ψ—透水率(cm/s);
t—测试时间(s);
W—流量(cm3);
A—试样面积(cm)。
滤膜淤堵折减系数计算式为:
φ = ψ 1 ψ 0 × 100 %
式中:φ—淤堵折减系数;
ψ1—使用过滤膜试样透水率(cm/s);
ψ0—未使用过滤膜试样透水率(cm/s)。即可以得出淤堵折减系数。
应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置,其特征在于包括以下装置,进水装置,荷载装置,排水装置;
所述进水装置包括组装式水位管(11),止水闸(12),排水管嘴(13),可滑动固定支座(15),连接软管(17),补水管(16),所述组装式水位管(11)一端连接补水管(16),另一端连接连接软管(17),所述组装式水位管(11)的侧壁一侧具有多个排水管嘴(13),该排水管嘴(13)由止水闸(12)控制,另一侧具有可滑动固定支座(15),该可滑动固定支座(15)的另一端具有刻度尺(14);
所述荷载装置具有试样槽(6),试样槽盖(5),进水口(7),出水口(8),外壳(9),底座(10),所述进水口(7),出水口(8)位于外壳(9)的两侧,该外壳(9)的底部具有底座(10),所述试样槽(6)垂直插入外壳(9)的内部,该试样槽(6)的上部具有试样槽盖(5),所述进水口(7)与连接软管(17)相连;
所述排水装置具有集水箱(18)和集水管(19),所述集水管(19)一端连接出水口(8),另一端连接集水箱(18)。
2.如权利要求1所述的一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置,其特征在于所述试样槽(6)用于放置试样,该试样为层状结构,自下而上依次为土工复合排水材滤膜(1),滤膜表层淤泥层(1-1)和滤纸(2),土工复合排水材滤膜(1)的厚度为0.1cm,所述试样的厚度为0.1cm的均匀长方形片,试样底面尺寸分为14×10cm,14×8cm,14×6cm,10×10cm,10×8cm,10×6cm六种规格。
3.如权利要求2所述的一种土工复合排水材滤膜垂直渗透淤堵折减测试装置,其特征在于该装置还包括一个试样夹持器,该试样夹持器包括固定架(3)和固定网(4),所述试样夹持器为空心结构,上下两侧为固定网(4),四周为固定架(3),内部空间用于放置试样,该空心结构和试样尺寸相匹配,并且能确保土工复合排水材滤膜(1)以外位置均能隔水。
4.一种采用如权利要求1-3所述的一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置进行试样测试的方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一,按照权利要求1进行组装测试装置;
步骤二,按照权利要求2所述的试样标准,进行制作试样;
步骤三,测试,将试样放入夹持器中,并放入试样槽(6)中进行测试,盖上试样槽盖(5)并用防水漆进行防水处理;将连接荷载装置出水口的软管溢水口高度调整到略高于外壳上端后开始往组合水位管内装水,缓慢排水并观察内情况,直至装置内气泡排净,(2)渗透系数测试,根据试验水头高度要求,打开组合式水位管对应止水夹,并持续往组合式水位管加水确保水位保持不变,并收集荷载装置出水口排出水量及相应时间,根据数据测得组合试样渗透系数,根据相关数据计算淤堵折减系数:
垂直渗透采用透水率表示:
ψ = W Δh · A · t
式中:ψ—透水率(cm/s);
t—测试时间(s);
W—流量(cm3);
A—试样面积(cm);
滤膜淤堵折减系数计算式为:
φ = ψ 1 ψ 0 × 100 %
式中:φ—淤堵折减系数;
ψ1—使用过滤膜试样透水率(cm/s);
ψ0—未使用过滤膜试样透水率(cm/s)。
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