CN104849193A - 一种测定水泥土渗透系数的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定水泥土渗透系数的装置及方法，该装置包括变截面透明有机玻璃管(1)，连接变截面透明有机玻璃管(1)和试样(3)的转换接头(2)，转换接头(2)的下端套进橡胶膜(4)与试样(3)相连，利用橡胶止水环(8)勒紧转换接头(2)和橡胶膜(4)之间的缝隙，透水石(5)和(6)装在试样(3)上下端，所述装置放入水槽(9)中,本发明操作简单、制作廉价且适用性较强。

Description

一种测定水泥土渗透系数的装置及方法

技术领域

本发明涉及地下工程材料性能测试领域，特别是涉及一种测定水泥土渗透系数的装置及方法。

背景技术

水泥水化产物与土颗粒之间发生的胶结以及离子交换作用使得土颗粒分散程度降低，孔隙减小，土体的强度和抗渗性能得到大幅提升。因而近年来水泥土搅拌桩被广泛应用于深基坑止水帷幕，土坝以及防洪堤等防渗工程中。但由于施工方法以及土性的不同，水泥土的抗渗性能差异较大。由于水泥土的抗渗性能的优劣直接关系到防渗工程的安全施工，因此测定水泥土的渗透系数是一项不可或缺的工作。

经对现有国内水泥土渗透系数测定方法文献的检索，申请人安徽省水利科学研究院(专利公开号为CN101603913B)发明了一种利用压力室对试样施加反压来提供水头压力测定水泥土的渗透系数的装置及方法，但是该装置的加工成本十分昂贵，且该装置一旦加工完成就只能用于测定某一特定尺寸的水泥土试样的渗透系数，由于水泥土现场取芯试样的尺寸各异，所以这种装置的通用性不强。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种测定水泥土渗透系数的装置及方法，其操作简单、制作廉价且适用性较强。

为达上述及其它目的，本发明提出一种测定水泥土渗透系数的装置，该装置包括变截面透明有机玻璃管(1)，连接变截面透明有机玻璃管(1)和试样(3)的转换接头(2)，转换接头(2)的下端套进橡胶膜(4)与试样(3)相连，利用橡胶止水环(8)勒紧转换接头(2)和橡胶膜(4)之间的缝隙，透水石(5)和(6)装在试样(3)上下端，所述装置放入水槽(9)中。

进一步地，所述变截面透明有机玻璃管(1)采用固定支架(11)固定。

进一步地，试样(3)的顶部和底部分别套橡胶止水环(7)，使试样置于密闭环境。

进一步地，所述变截面透明有机玻璃管(1)上部细下部粗，且上部带有刻度。

进一步地，所述变截面透明有机玻璃管(1)与转换接头(2)之间采用磨砂齿形接口进行连接。

进一步地，所述试样上端的透水石(5)比下端的透水石小。

进一步地，所述的水槽(9)的侧壁开有一个小缺口，并设置接水水槽(10)。

为达到上述目的，本发明还提供一种测定水泥土渗透系数的方法，包括如下步骤：

步骤一，制作试样，使试样侧壁光滑且上下两个表面水平；

步骤二，使试样达到饱和；

步骤三，将试样侧壁涂抹薄层凡士林，试样外侧套橡胶膜，试样的顶部和底部分别套橡胶止水环，使水泥土置于密闭环境，试样顶部装较小透水石，底部放置在较大透水石之上；

步骤四，将转换接头装在上层透水石上，并将其底端套进橡胶膜，利用橡胶止水环勒紧该转换接头和该橡胶膜之间的缝隙，并将变截面透明有机玻璃管与转换接头组装在一起；

步骤五，将步骤一至步骤四中组装好的装置放入水槽中，并固定在固定支架上，向水槽中注水，注水水位至开口标高处并放置好接水水槽，向变截面透明有机玻璃管的内部注水，注水至较细有机玻璃管内的某一水位；

步骤六，间隔时间t测读有机玻璃管中的水位，并计算水位差，同时测量水温T；

步骤七，采用理论公式计算渗透系数。

进一步地，所述理论公式为：

$k_T=\frac{\mathrm{aL}}{A(t_1-t_0)}\ln \frac{h_1}{h_2}$

其中，k_T为T摄氏度时水泥土试样的渗透系数；a为变截面透明有机玻璃管上部细玻璃管的内截面积；L为试样的高度；h₁为开始时水头；h₂为结束时水头；A为试样的横截面积；t₀和t₁分别为测读水头的起始和终止时间。

进一步地，步骤二中，将试样放入真空饱和缸中抽真空饱和若干时间，使试样达到饱和。

与现有技术相比，本发明一种测定水泥土渗透系数的装置及方法的加工制作和测定方法较简单；变截面透明有机玻璃管的上部直径较小，水位变化的读取较准确，从而渗透系数的测试比较准确；有机玻璃管的较细部分较长可提供较大的水头，并且通过改变有机玻璃管中的水位来控制水头压力，可适用于不同渗透性的水泥土；通过加工不同尺寸的转换接头可用于测定不同尺寸的水泥土试样的渗透系数。

附图说明

图1为本发明一种测定水泥土渗透系数的装置的结构示意图；

图2是本发明一种测定水泥土渗透系数的装置的底部的局部放大图；

图3为本发明一种测定水泥土渗透系数的方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种测定水泥土渗透系数的装置的结构示意图。如图1所示，本发明一种测定水泥土渗透系数的装置，包括上部带有刻度且直径很小下部直径较大的变截面透明有机玻璃管(1)，转换接头(2)，橡胶膜(4)，透水石(5)和(6)，橡胶止水环(7)和(8)，侧壁有缺口的水槽(9)和接水水槽(10)，固定支架(11)；如图2所示，有机玻璃管(1)的下端与转换接头(2)通过磨砂齿形接口连接，转换接头(2)的下端套进橡胶膜(4)与试样(3)相连，用橡胶止水环(8)勒紧转换接头(2)和橡胶膜(4)之间的缝隙，转换接头(2)与试样(3)之间装一块小透水石(5)，试样的顶部和底部分别套橡胶止水环(7)，使试样置于密闭环境，试样下端放置在水槽(9)中的透水石(6)之上；变截面有机玻璃管(1)固定在支架(11)上。

图3为本发明一种测定水泥土渗透系数的方法的步骤流程图。如图3所示，本发明一种测定水泥土渗透系数的方法，包括如下步骤：

步骤301，制作水泥土试样(3)，保证试样侧壁光滑且上下两个表面水平；

步骤302，将试样(3)放入真空饱和缸中抽真空饱和24h，使试样达到饱和；

步骤303，将水泥土试样(3)侧壁涂抹薄层凡士林，如图2所示，试样外侧套橡胶膜(4)，试样的顶部和底部分别套橡胶止水环(7)，使水泥土置于密闭环境，试样顶部装较小透水石(5)，底部放置在较大透水石(6)之上；

步骤304，将转换接头(2)装在透水石(5)之上，并将其底端套进橡胶膜(4)；用橡胶止水环(8)勒紧转换接头(2)和橡胶膜(4)之间的缝隙，并将变截面透明有机玻璃管(1)与转换接头(2)通过磨砂齿形接口组装在一起；

步骤305，如图1所示，将步骤301～304步骤中组装好的装置放入水槽(9)中，并牢牢地固定在固定支架(11)上，向水槽(9)中注水，注水水位至开口标高处并放置好水槽(10)；利用漏斗向变截面透明有机玻璃管(1)的内部注水，注水至较细有机玻璃管内的某一水位；

步骤306，间隔时间t测读有机玻璃管中的水位，并计算水位差，同时测量水温T；

步骤307.采用理论公式计算渗透系数，式中k_T为T摄氏度时水泥土试样的渗透系数；a为变截面透明有机玻璃管上部细玻璃管的内截面积(cm²)；L为试样的高度(cm)；h₁为开始时水头(cm)；h₂为结束时水头(cm)；A为试样的横截面积(cm²)；t₀和t₁分别为测读水头的起始和终止时间(s)。

本发明与现有技术相比有如下优点：本发明的加工制作和测定方法较简单；变截面透明有机玻璃管的上部直径较小，水位变化的读取较准确，从而渗透系数的测试比较准确；有机玻璃管的较细部分较长可提供较大的水头，并且通过改变有机玻璃管中的水位来控制水头压力，可适用于不同渗透性的水泥土；通过加工不同尺寸的转换接头可用于测定不同尺寸的水泥土试样的渗透系数。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种测定水泥土渗透系数的装置，其特征在于：该装置包括变截面透明有机玻璃管(1)，连接变截面透明有机玻璃管(1)和试样(3)的转换接头(2)，转换接头(2)的下端套进橡胶膜(4)与试样(3)相连，利用橡胶止水环(8)勒紧转换接头(2)和橡胶膜(4)之间的缝隙，透水石(5)和(6)装在试样(3)上下端，所述装置放入水槽(9)中。

2.如权利要求1所述的一种测定水泥土渗透系数的装置，其特征在于：所述变截面透明有机玻璃管(1)采用固定支架(11)固定。

3.如权利要求2所述的一种测定水泥土渗透系数的装置，其特征在于：试样(3)的顶部和底部分别套橡胶止水环(7)，使试样置于密闭环境。

4.如权利要求3所述的一种测定水泥土渗透系数的装置，其特征在于：所述变截面透明有机玻璃管(1)上部细下部粗，且上部带有刻度。

5.如权利要求4所述的一种测定水泥土渗透系数的装置，其特征在于：所述变截面透明有机玻璃管(1)与转换接头(2)之间采用磨砂齿形接口进行连接。

6.如权利要求5所述的一种测定水泥土渗透系数的装置，其特征在于：所述试样上端的透水石(5)比下端的透水石小。

7.如权利要求6所述的一种测定水泥土渗透系数的装置，其特征在于：所述的水槽(9)的侧壁开有一个小缺口，并设置接水水槽(10)。

8.一种测定水泥土渗透系数的方法，包括如下步骤：

步骤一，制作试样，使试样侧壁光滑且上下两个表面水平；

步骤二，使试样达到饱和；

步骤三，将试样侧壁涂抹薄层凡士林，试样外侧套橡胶膜，试样的顶部和底部分别套橡胶止水环，使水泥土置于密闭环境，试样顶部装较小透水石，底部放置在较大透水石之上；

步骤四，将转换接头装在上层透水石上，并将其底端套进橡胶膜，利用橡胶止水环勒紧该转换接头和该橡胶膜之间的缝隙，并将变截面透明有机玻璃管与转换接头组装在一起；

步骤五，将步骤一至步骤四中组装好的装置放入水槽中，并固定在固定支架上，向水槽中注水，注水水位至开口标高处并放置好接水水槽，向变截面透明有机玻璃管的内部注水，注水至较细有机玻璃管内的某一水位；

步骤六，间隔时间t测读有机玻璃管中的水位，并计算水位差，同时测量水温T；

步骤七，采用理论公式计算渗透系数。

9.如权利要求8所述的一种测定水泥土渗透系数的方法，其特征在于，所述理论公式为：

$k_T=\frac{\mathrm{aL}}{A(t_1-t_0)}\ln \frac{h_1}{h_2}$

其中，k_T为T摄氏度时水泥土试样的渗透系数；a为变截面透明有机玻璃管上部细玻璃管的内截面积；L为试样的高度；h₁为开始时水头；h₂为结束时水头；A为试样的横截面积；t₀和t₁分别为测读水头的起始和终止时间。

10.如权利要求8所述的一种测定水泥土渗透系数的方法，其特征在于：步骤二中，将试样放入真空饱和缸中抽真空饱和若干时间，使试样达到饱和。