CN105486843A - 土体渗透-吸附试验仪及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土体渗透—吸附试验仪及其试验方法，涉及土木工程测试技术领域。本发明包括围压施加、波动量测装置、液体体积量测装置、计算机和数据采集系统，还包括渗透注水装置、污染液注入装置、有机玻璃缸、橡胶模、上钢柱和下钢柱，土柱放置于橡胶模中，土柱的上下放透水石，下钢柱支撑并密封于下透水石的下面，上钢柱置于上透水石的上面并密封，橡胶模、上钢柱和下钢柱置于密封的有机玻璃缸内。本发明能够在不同波动的轴对称应力状态进行测试，并能够进行变水头法和常水头法测定渗透性，具有测量准确、精度高、测量结果误差小的特点，还能进行吸附试验，测量结果较准确；有效的利用了资源，降低了生产成本，使用更加灵活方便。

Description

土体渗透-吸附试验仪及其试验方法

技术领域

本发明涉及土木工程测试技术领域，具体是一种土体渗透—吸附试验仪及其试验方法。

背景技术

试验室试验在工程试验当中占据着非常重要的的地位，主要是由于现场条件的限制决定的，土体中的渗透作用对土体的稳定性和沉降有重要的影响，据有关资料显示，在土木工程施工过程中发生的许多事故中，由于渗透作用引起的事故占据了85%以上，所以渗透试验越来越受到勘察设计以及施工单位的重视，而与渗透试验的相关问题也逐渐的显现出来；在环境岩土工程中，垃圾填埋场是相关研究的重要课题，其中垃圾污染液的迁移问题又是其中的重点问题，在污染液迁移过程中，除渗流作用外，土体对污染液的吸附作用也占据着相当的比重，现阶段大多数的垃圾填埋场使用的吸附材料多为粘性土，所以测定粘性土的吸附特性，对于研究设计垃圾填埋场有重要的作用。

所以，为了在以后的设计勘察与施工过程中能够杜绝这类危险事故的发生，我们必须对土体的渗透和吸附特性进行准确有效的测定，而且还需要能够模拟轴对称应力状态下土体的渗透和吸附特性。

现在传统测定渗透性的方法一般为变水头法和常水头法，这两种方法使用不同的仪器。测定土壤吸附性的常规方法是Batch法和土柱试验，由于原理方法的不同，后者的试验结果往往偏小。所以为了安全的考虑，一般会使用土柱试验的测定结果用于设计参数。这些方法的一个缺陷主要是不能模拟轴对称应力状态和结果的误差较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种土体渗透-吸附试验仪，能够在不同波动的轴对称应力状态进行测试，并能够进行变水头法和常水头法测定渗透性，具有测量准确、精度高、测量结果误差小的特点，还能进行吸附试验，测量结果较准确；有效的利用了资源，降低了生产成本，使用更加灵活方便。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种土体渗透-吸附试验方法，具有过程简单、可操作性强、试验数据可靠的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种土体渗透—吸附试验仪，包括围压施加、波动量测装置、液体体积量测装置、计算机和数据采集系统，还包括渗透注水装置、污染液注入装置、有机玻璃缸、橡胶模、上钢柱和下钢柱，土柱放置于橡胶模中，土柱的上下放透水石，下钢柱支撑并密封于下透水石的下面，上钢柱置于上透水石的上面并密封，橡胶模、上钢柱和下钢柱置于密封的有机玻璃缸内；

渗透注水装置通过注水管与下透水石连通，并设有与下透水石连通的第一排气管，还设有与上透水石连通的第二排气管，在注水管和排气管上均设有阀门；

污染液注入装置通过污染液进入管与上透水石连接，并设有与下透水石连通的第三排气管，污染液进入管和第三排气管上均设有阀门；

第三排气管和与上透水石连通的第二排气管均与液体体积量测装置相连；

有机玻璃缸的上端设有用于向有机玻璃缸内注水的注水口，围压施加、波动量测装置自有机玻璃缸的下端与缸内腔连通，围压施加、波动量测装置和液体体积量测装置与计算机和数据采集系统相连。

其中，有机玻璃缸的上端通过上密封板和下密封板密封，其下端也通过上密封板和下密封板密封。

一种土体渗透渗透试验的试验方法包括以下步骤：

1）土柱试样制取，并放入橡胶模中；

2）土柱试样的上下两端放透水石；

3）将放入土柱和透水石的橡胶模放入有机玻璃缸中，橡胶模的上下两端分别用上钢柱和下钢柱支撑密封，有机玻璃缸的上下用密封板密封；

4）通过注水口对有机玻璃缸内加满水；

5）在渗透注水装置加清水，同时打开注水管和第一排气管上的阀门，进行注水排气，至第一排气管中无气泡排出，立即关闭第一排气管上的阀门；

6）打开第二排气管上的阀门对上面的透水石进行排气，至无气泡排出后立即关闭阀门；

7）围压施加、波动量测装置施压，打开第二排气管上的阀门，利用液体体积量测装置和渗透注水装置进行记录，最后测定渗透系数；

吸附试验的试验方法的步骤如下：

步骤1-步骤3相同；

步骤4为通过污染液注入装置注入污染液，打开第三排气管上的阀门，进行排气，至至无气泡排出后立即关闭阀门；

步骤5为打开第二排气管上的阀门对上面的透水石进行排气，至无气泡排出后立即关闭阀门；

步骤6为通过注水口对有机玻璃缸内加满水；

步骤7为围压施加、波动量测装置施压，打开第三排气管上的阀门，利用液体体积量测装置和渗透注水装置进行记录，最后测定污染液浓度；

渗透试验和吸附试验中的步骤4和步骤6的顺序均可更换。

其中，土柱试样需按照密度分层击实制取。

其中，围压施加、波动量测装置施压的水压为0-1MPa。

其中，上透水石和下透水石的厚度均为5mm。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过围压施加、波动量测装置使渗透—吸附试验能够在不同的波动的轴对称应力状态下进行，这将大大提高现有的试验结果的靠近性；同时还把渗透试验和吸附试验结合起来，有效地利用了资源，降低了生产成本，仪器更加的灵活方便，具有测量准确、精度高、测量结果误差小的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：1、渗透注水装置；2、上密封板；3、下密封板；4、上钢柱；5、上透水石；6、有机玻璃缸；7、土柱；8、橡胶模；9、下透水石；10、下钢柱；11、注水管；12、第三排气管；13、第一排气管；14、第二排气管；15、液体体积量测装置；16、围压施加、波动量测装置；17、计算机和数据采集系统；18、注水口；19、污染液进入管；20、污染液注入装置；21、阀门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明中，将土柱尺寸统一为直径39.1mm，高度80mm，这是结合了测定抗剪强度三轴试验仪中所用的土柱尺寸，能使土柱更好的模拟在轴对称应力状态下、围压波动状态下渗流—吸附特性。

参见图1所示，土体渗透—吸附试验仪包括围压施加、波动量测装置16、液体体积量测装置15、计算机和数据采集系统17，还包括渗透注水装置1、污染液注入装置20、有机玻璃缸6、橡胶模8、上钢柱4和下钢柱10，土柱7放置于橡胶模8中，土柱7的上下放透水石，下钢柱10支撑并密封于下透水石9的下面，上钢柱4置于上透水石5的上面并密封，橡胶模8、上钢柱4和下钢柱10置于密封的有机玻璃缸6内；

渗透注水装置1通过注水管11与下透水石9连通，并设有与下透水石9连通的第一排气管13，还设有与上透水石5连通的第二排气管14，在注水管11和排气管上均设有阀门21；

污染液注入装置20通过污染液进入管19与上透水石5连接，并设有与下透水石9连通的第三排气管12，污染液进入管19和第三排气管12上均设有阀门21；

第三排气管12和与上透水石5连通的第二排气管14均与液体体积量测装置15相连；

有机玻璃缸6的上端设有用于向有机玻璃缸6内注水的注水口18，围压施加、波动量测装置16自有机玻璃缸6的下端与缸内腔连通，围压施加、波动量测装置16和液体体积量测装置15与计算机和数据采集系统17相连。

有机玻璃缸6的上端通过上密封板2和下密封板3密封，其下端也通过上密封板2和下密封板3密封。

下面是渗透试验的试验方法，包括以下步骤：

1）土柱试样制取，土柱试样需按照密度分层击实制取，并放入橡胶模8中；

2）土柱试样的上下两端放透水石，上下透水石的厚度均为5mm；

3）将放入土柱和透水石的橡胶模8放入有机玻璃缸6中，橡胶模8的上下两端分别用上钢柱4和下钢柱10支撑密封，有机玻璃缸6的上下用密封板密封；

4）通过注水口18对有机玻璃缸6内加满水；

5）在渗透注水装置1加清水，同时打开注水管11和第一排气管13上的阀门21，进行注水排气，至第一排气管13中无气泡排出，立即关闭第一排气管13上的阀门21；

6）打开第二排气管14上的阀门21对上面的透水石进行排气，至无气泡排出后立即关闭阀门21；

7）围压施加、波动量测装置16施压，施压的水压为0-1MPa，打开第二排气管14上的阀门21，利用液体体积量测装置15和渗透注水装置1进行记录，最后测定渗透系数；

吸附试验的试验方法的步骤如下：

1）土柱试样制取，土柱试样需按照密度分层击实制取，并放入橡胶模8中；

2）土柱试样的上下两端放透水石，上下透水石的厚度均为5mm；

3）将放入土柱和透水石的橡胶模8放入有机玻璃缸6中，橡胶模8的上下两端分别用上钢柱4和下钢柱10支撑密封，有机玻璃缸6的上下用密封板密封；

4）为通过污染液注入装置20注入污染液，打开第三排气管12上的阀门21，进行排气，至至无气泡排出后立即关闭阀门21；

5）为打开第二排气管14上的阀门21对上面的透水石进行排气，至无气泡排出后立即关闭阀门21；

6）为通过注水口18对有机玻璃缸6内加满水；

7）为围压施加、波动量测装置16施压，施压的水压为0-1MPa，打开第三排气管12上的阀门21，利用液体体积量测装置15和渗透注水装置1进行记录，最后测定污染液浓度。

其中，渗透试验和吸附试验中的步骤4和步骤6的顺序均可更换。

本发明是应用在渗透—吸附试验中的围压波动条件下的渗透—吸附试验仪，通过围压施加、波动量测装置16使渗透—吸附试验能够在不同的波动的轴对称应力状态下进行，这将大大提高现有的试验结果的靠近性。而且此试验还把渗透试验和吸附试验结合起来，有效地利用了资源，降低了生产成本，仪器更加的灵活方便。

Claims (6)

1.一种土体渗透—吸附试验仪，包括围压施加、波动量测装置（16）、液体体积量测装置（15）、计算机和数据采集系统（17），其特征在于，还包括渗透注水装置（1）、污染液注入装置（20）、有机玻璃缸（6）、橡胶模（8）、上钢柱（4）和下钢柱（10），土柱（7）放置于橡胶模（8）中，土柱（7）的上下放透水石，下钢柱（10）支撑并密封于下透水石（9）的下面，上钢柱（4）置于上透水石（5）的上面并密封，橡胶模（8）、上钢柱（4）和下钢柱（10）置于密封的有机玻璃缸（6）内；

渗透注水装置（1）通过注水管（11）与下透水石（9）连通，并设有与下透水石（9）连通的第一排气管（13），还设有与上透水石（5）连通的第二排气管（14），在注水管（11）和排气管上均设有阀门（21）；

污染液注入装置（20）通过污染液进入管（19）与上透水石（5）连接，并设有与下透水石（9）连通的第三排气管（12），污染液进入管（19）和第三排气管（12）上均设有阀门（21）；

第三排气管（12）和与上透水石（5）连通的第二排气管（14）均与液体体积量测装置（15）相连；

有机玻璃缸（6）的上端设有用于向有机玻璃缸（6）内注水的注水口（18），围压施加、波动量测装置（16）自有机玻璃缸（6）的下端与缸内腔连通，围压施加、波动量测装置（16）和液体体积量测装置（15）与计算机和数据采集系统（17）相连。

2.根据权利要求1所述的土体渗透—吸附试验仪，其特征在于，有机玻璃缸（6）的上端通过上密封板（2）和下密封板（3）密封，其下端也通过上密封板（2）和下密封板（3）密封。

3.一种土体渗透—吸附试验方法，其特征在于，渗透试验的试验方法包括以下步骤：

1）土柱试样制取，并放入橡胶模（8）中；

2）土柱试样的上下两端放透水石；

3）将放入土柱和透水石的橡胶模（8）放入有机玻璃缸（6）中，橡胶模（8）的上下两端分别用上钢柱（4）和下钢柱（10）支撑密封，有机玻璃缸（6）的上下用密封板密封；

4）通过注水口（18）对有机玻璃缸（6）内加满水；

5）在渗透注水装置（1）加清水，同时打开注水管（11）和第一排气管（13）上的阀门（21），进行注水排气，至第一排气管（13）中无气泡排出，立即关闭第一排气管（13）上的阀门（21）；

6）打开第二排气管（14）上的阀门（21）对上面的透水石进行排气，至无气泡排出后立即关闭阀门（21）；

7）围压施加、波动量测装置（16）施压，打开第二排气管（14）上的阀门（21），利用液体体积量测装置（15）和渗透注水装置（1）进行记录，最后测定渗透系数；

吸附试验的试验方法的步骤如下：

步骤1-步骤3相同；

步骤4为通过污染液注入装置（20）注入污染液，打开第三排气管（12）上的阀门（21），进行排气，至至无气泡排出后立即关闭阀门（21）；

步骤5为打开第二排气管（14）上的阀门（21）对上面的透水石进行排气，至无气泡排出后立即关闭阀门（21）；

步骤6为通过注水口（18）对有机玻璃缸（6）内加满水；

步骤7为围压施加、波动量测装置（16）施压，打开第三排气管（12）上的阀门（21），利用液体体积量测装置（15）和渗透注水装置（1）进行记录，最后测定污染液浓度；

渗透试验和吸附试验中的步骤4和步骤6的顺序均可更换。

4.根据权利要求3所述的土体渗透—吸附试验方法，其特征在于，土柱试样需按照密度分层击实制取。

5.根据权利要求3所述的土体渗透—吸附试验方法，其特征在于，围压施加、波动量测装置（16）施压的水压为0-1MPa。

6.根据权利要求3所述的土体渗透—吸附试验方法，其特征在于，上透水石（5）和下透水石（9）的厚度均为5mm。