CN105806766B - 一种可测体变的柔性壁渗透仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可测体变的柔性壁渗透仪，包括压力室，所述压力室顶端为压力室顶板、底端为压力室底板，在所述压力室内安装有试样放置室，所述试样放置室顶端安装有顶帽、底端安装有底座，其特征在于，还包括有体变传感器和数据采集器，所述体变传感器安装在所述压力室顶板上并通过管路与所述压力室内部连通，所述体变传感器与所述数据采集器连接通讯。本发明不但克服了刚性壁渗透仪侧壁漏水的问题，而且可以实时监测渗透过程中的试样体积变化；可定量衡量试样顶部和底部的孔隙水压力的稳定性；实现岩土工程相关规范中不同试样的渗透系数监测。
Description
技术领域
本发明涉及渗透实验器材制造技术领域，尤其是一种可测体变的柔性壁渗透仪。
背景技术
工程建设中，渗透系数是反映土体渗透性能的重要指标。渗透系数的准确测定对于基坑开挖排水设施的设置、坝基渗透性评价以及饱和粘土地基沉降和时间计算具有重要指导意义。渗透试验是测定渗透系数的重要方法。
目前的渗透试验大多通过渗透仪进行测试，常用的渗透仪包括刚性壁渗透仪（以TST-55渗透仪为代表）和柔性壁渗透仪。刚性壁渗透仪可以进行渗透性较好的土体的渗透系数测试，而柔性壁渗透仪的测试范围较广，不仅可以测试渗透性较好的试样的渗透系数，同时可以进行粘土等渗透系数较小试样的渗透系数。刚性壁渗透仪在岩土工程中的使用较为广泛，测试过程中存在的主要问题是侧壁漏水问题，渗透环刀与渗透仪侧壁之间的接触缝隙漏水导致测试的渗透系数不准确；近年来，柔性壁渗透仪在岩土工程中的使用也在不断增多，但柔性壁渗透仪在使用中也存在一定问题，主要是柔性壁渗透测试中无法测定试样的体积变化，部分学者在压力室内部设置了百分表，但百分表仅可测试试样的竖向变形，由于试样在渗透中，不仅产生竖向变形，还会产生径向变形，且径向变形往往在试样的不同位置存在差异性，对于试样在渗透过程中的整体变形情况建议使用试样渗透中的体积变化进行衡量，尤其是遇水沉降变形较大的岩土体，例如黄土，其渗透过程中的变形参数对于此类土的工程设计具有举足轻重的指导意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种可测体变的柔性壁渗透仪，不但克服了刚性壁渗透仪侧壁漏水的问题，而且可以实时监测渗透过程中的试样体积变化；可定量衡量试样顶部和底部的孔隙水压力的稳定性；实现岩土工程相关规范中不同试样的渗透系数监测。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种可测体变的柔性壁渗透仪，包括压力室，所述压力室顶端为压力室顶板、底端为压力室底板，在所述压力室内安装有试样放置室，所述试样放置室顶端安装有顶帽、底端安装有底座，
还包括有体变传感器和数据采集器，
所述体变传感器安装在所述压力室顶板上并通过管路与所述压力室内部连通，所述体变传感器与所述数据采集器连接通讯。
进一步地，还包括压力控制器，所述压力控制器与所述压力室顶板上的注水孔连接，在所述压力室顶板上还设置有排气孔。
进一步地，在所述顶帽上设置有第一排水孔，在所述底座上有第一进水孔，所述第一排水孔与第一孔隙水压力传感器连接，所述第一进水孔与第二孔隙水压力传感器连接，所述第一孔隙水压力传感器连接和所述第二孔隙水压力传感器均与所述数据采集器连接通讯。
进一步地，在所述第一排水孔与所述第一孔隙水压力传感器之间安装有第一二通阀门，在所述第一进水孔与所述第二孔隙水压力传感器之间安装有第二二通阀门。
进一步地，通过第一体积/应力控制器和第二体积/应力控制器反压饱和试样时，同时打开所述第一二通阀门、所述第二二通阀门、所述第一孔隙水压力传感器和所述第二孔隙水压力传感器，所述第一孔隙水压力传感器和所述第二孔隙水压力传感器的示数接近至预定范围后即认为反压饱和完成。
6、如权利要求1所述一种可测体变的柔性壁渗透仪，其特征在于，在所述顶帽上还安装有第二排水孔，在所述底座上还安装有第二进水孔，所述第二排水孔与第一体积/应力控制器连接，所述第二进水孔与第二体积/应力控制器连接，所述第一体积/应力控制器和所述第二体积/应力控制器与所述数据采集器连接通讯。
进一步地，在所述第二排水孔与所述第一体积/应力控制器之间安装有第一三通阀门，在所述第二进水孔与第二体积/应力控制器之间安装有第二三通阀门。
进一步地，所述试样放置室的侧壁内径、顶帽内径和底座内径相对应，且有若干种尺寸规格。
本发明一种可测体变的柔性壁渗透仪，渗透过程中打开体变传感器，可以实时监测渗透过程中的试样体积变化；反压饱和过程中打开试样顶部和底部管路对应的孔隙水压力传感器，利用数据采集器采集到的孔隙水水压力稳定值作为反压饱和结束的定量衡量标准；提供不同尺寸的试样放置室，实现岩土工程相关规范中不同试样的渗透系数监测。
附图说明
图1为本发明背景技术中所述现有的柔性壁渗透仪的示意图，其中101-进水水头水箱，102-出水水头水箱，103-压力室水箱，104-空气压缩机；
图2为本发明所述一种可测体变的柔性壁渗透仪的示意图；
图3为本发明所述一种可测体变的柔性壁渗透仪的压力室顶板的俯视示意图，其中22-固定螺栓，25-与体变传感器连接处；
图4为本发明所述一种可测体变的柔性壁渗透仪的压力室底板的俯视示意图，其中33-与第二进水孔连接的管路，34-与第二排水孔连接的管路，35-与第一进水孔连接的管路，36-与第一排水孔连接的管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1-4所示的一种可测体变的柔性壁渗透仪，包括压力室1，压力室1顶端为压力室顶板2、底端为压力室底板3，在压力室1内安装有试样放置室19，试样放置室19顶端安装有顶帽4、底端安装有底座5，底座5通过螺丝固定在压力室底板3上，
还包括有体变传感器14和数据采集器17，
体变传感器14安装在压力室顶板2上并通过管路与压力室1内部连通，体变传感器14与数据采集器17连接通讯。
还包括压力控制器16，压力控制器16与压力室顶板2上的注水孔23连接，在压力室顶板2上还设置有排气孔24。压力控制器16用于施加渗透试验中试样周围的压力，通过去气水将压力施加到试样上。
在顶帽4上设置有第一排水孔，在底座5上有第一进水孔，第一排水孔与第一孔隙水压力传感器11连接，第一进水孔与第二孔隙水压力传感器10连接，第一孔隙水压力传感器11连接和第二孔隙水压力传感器10均与数据采集器17连接通讯。
在第一排水孔与第一孔隙水压力传感器11之间安装有第一二通阀门9，在第一进水孔与第二孔隙水压力传感器10之间安装有第二二通阀门8。
在顶帽4上还安装有第二排水孔，在底座5上还安装有第二进水孔，第二排水孔与第一体积/应力控制器13连接，第二进水孔与第二体积/应力控制器12连接，第一体积/应力控制器13和第二体积/应力控制器12与数据采集器17连接通讯。体积/应力控制器具有测量压力和体积的双重功能，设置固定压力后可以进行体积变化的测试，设置固定体积后可以进行压力的实时监测，两个体积/应力控制器配合使用进行渗透压力的设置。
在第二排水孔与第一体积/应力控制器13之间安装有第一三通阀门6，在第二进水孔与第二体积/应力控制器12之间安装有第二三通阀门7。
试样放置室19的侧壁内径、顶帽4内径和底座5内径相对应，且有若干种尺寸规格。
安装试样时，在底座5与试样底端之间设置有饱和的透水石和滤纸，滤纸的位置靠近试样一侧，在顶帽4与试样顶端之间设置有饱和的透水石和滤纸，滤纸位置靠近试样一侧，饱和的透水石有若干种规格。
本发明使用方法如下：
（1）排气和传感器清零。利用第一体积/应力控制器13和第二体积/应力控制器12对连接试样放置室19的顶帽4和底座5的管路进行排气工作；利用吸耳球吸水后对于连接试样放置室19顶帽4和底座5的第一孔隙水压力传感器11和第二孔隙水压力传感器10进行排气工作。排气工作结束后对体变传感器14、第一孔隙水压力传感器11和第二孔隙水压力传感器10进行清零。
（2）安装试样。将事先准备好的与底座5尺寸匹配的试样从保湿器中取出并称量试样质量，将饱和的透水石放置在底座5上，依次将滤纸和试样放到透水石上，试样顶部依次放置滤纸、饱和透水石和试样顶帽4；
利用承膜筒安装橡皮膜，作为试样放置室19的外壁，同时在试样底座5和试样顶帽4与橡皮膜接触位置放置O型圈，保证密封性，安装试样结束后需要用固定螺栓将压力室1安装好，打开压力室顶板2处的排气孔24，利用压力控制器16通过注水孔23向压力室1中注满水，注水后关闭排气孔24。
（3）饱和试样。利用水头饱和、反压饱和等方法对试样进行饱和。反饱和试样时，同时打开第一二通阀门9、第二二通阀门8、第一孔隙水压力传感器11和第二孔隙水压力传感器10，第一孔隙水压力传感器11和第二孔隙水压力传感器10的示数接近至预定范围后即认为反压饱和完成。
（4）饱和度检测。反压饱和结束后通过增加预定围压，同时测记第一孔隙水压力传感器11和第二孔隙水压力传感器10的示数对试样进行饱和度检测。
（5）渗透试验。根据试验方案通过设置第一体积/应力控制器13和第二体积/应力控制器12以及压力控制器16开始渗透试验，渗透过程中打开体变传感器14，实时监测土体渗透过程中体积的变化，体变传感器14的精度较高，可为1mm 3 ，渗透过程中，试样体积发生膨胀或收缩会引起围压室中去气水的减少或增加，而压力室1中去气水的增加或者减少均会通过体变传感器14，体变传感器14通过监测压力室1中水量的变化来反应试样体积的变化。
最后，通过数据采集器17实时储存所采集数据，为后续岩土工程设计提供技术指导。
本发明一种可测体变的柔性壁渗透仪，渗透过程中打开体变传感器，可以实时监测渗透过程中的试样体积变化；反压饱和过程中打开试样顶部和底部管路对应的孔隙水压力传感器，利用数据采集器采集到的孔隙水水压力稳定值作为反压饱和结束的定量衡量标准；提供不同尺寸的试样放置室，实现岩土工程相关规范中不同试样的渗透系数监测。
Claims (4)
1.一种可测体变的柔性壁渗透仪，包括压力室，所述压力室顶端为压力室顶板、底端为压力室底板，在所述压力室内安装有试样放置室，所述试样放置室顶端安装有顶帽、底端安装有底座，其特征在于，还包括有体变传感器和数据采集器，所述体变传感器安装在所述压力室顶板上并通过管路与所述压力室内部连通，所述体变传感器与所述数据采集器连接通讯；
在所述顶帽上设置有第一排水孔，在所述底座上有第一进水孔，所述第一排水孔与第一孔隙水压力传感器连接，所述第一进水孔与第二孔隙水压力传感器连接，所述第一孔隙水压力传感器和所述第二孔隙水压力传感器均与所述数据采集器连接通讯；
在所述第一排水孔与所述第一孔隙水压力传感器之间安装有第一二通阀门，在所述第一进水孔与所述第二孔隙水压力传感器之间安装有第二二通阀门；
通过第一体积/应力控制器和第二体积/应力控制器反压饱和试样时，同时打开所述第一二通阀门、所述第二二通阀门、所述第一孔隙水压力传感器和所述第二孔隙水压力传感器，所述第一孔隙水压力传感器和所述第二孔隙水压力传感器的示数接近至预定范围后即认为反压饱和完成；
在所述顶帽上还安装有第二排水孔，在所述底座上还安装有第二进水孔，所述第二排水孔与第一体积/应力控制器连接，所述第二进水孔与第二体积/应力控制器连接，所述第一体积/应力控制器和所述第二体积/应力控制器与所述数据采集器连接通讯。
2.如权利要求1所述一种可测体变的柔性壁渗透仪，其特征在于，还包括压力控制器，所述压力控制器与所述压力室顶板上的注水孔连接，在所述压力室顶板上还设置有排气孔。
3.如权利要求1所述一种可测体变的柔性壁渗透仪，其特征在于，在所述第二排水孔与所述第一体积/应力控制器之间安装有第一三通阀门，在所述第二进水孔与第二体积/应力控制器之间安装有第二三通阀门。
4.如权利要求1所述一种可测体变的柔性壁渗透仪，其特征在于，所述试样放置室的侧壁内径、顶帽内径和底座内径相对应，且有若干种尺寸规格。
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