CN106769500A - 一种岩土渗透气压固结的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种岩土渗透气压固结的试验方法，所采用的固结仪器包括底座5，通过支撑件支撑在底座5上的盖板15，刻度储水箱7、量筒23、施压装置和计算机6，试验方法为：试验开始前，打开计算机，并在刻度储水箱注满水，并记录刻度读数，并将土样用软套套住，并在其放置在上透水石和下透水石之间；将底座空腔的空气排净；关闭底座排气阀，打开进气阀和吸气阀，使得气囊腔中的气囊与气囊腔腔壁接触，气压表显示施加的围压值；使施压轴底部与上透水石充分接触，并在顶托上施加砝码；根据土工试验规程确定固结时间；试验结束，记录在单位时间的出水量，根据达西定律计算渗透系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种渗透气压固结试验方法。
背景技术
在城市化进程加快的背景下，我国沿海城市地区各类大型基础设施的陆续在软黏土地基中进行工程建设，随着时间的推移，经常出现各种各样的工程问题，甚至导致建(构)筑物出现不同程度的破坏。沉降是岩土工程地质灾害和工程事故发生的直接原因，在工程实践中探究地基沉降变形规律常常借助于室内固结试验，固结仪是岩土工程勘察土工试验重要的试验仪器。
固结仪可以用来进行土工压缩试验，评价土体的固结和蠕变变形特性。可以通过压缩曲线，计算土体的压缩指数、回弹模量、固结系数等。目前采用的固结仪主要有两种：单杠杆固结仪和全自动气压固结仪。单杠杆固结仪是上世纪70年代发明创造的，利用杠杆原理，通过砝码人工加荷；全自动气压固结仪是本世纪初期发明创造的，根据气压传动的原理加荷，具有方便快捷等优点。
也有部分专家学者对渗流固结仪进行了发明和设计，例如周爱红等(2015)对渗流固结仪进行改造能够同时测定对应孔隙比下的渗透系数和压缩系数；许婷婷(2014)、钟倩倩(2011)聂良佐(2010)对渗流固结仪进行了外观设计；李子安(2009)对结合高渗透压特性研发了高压渗透固结仪。
但在工程实践中，潮间带(滩涂地区)路基工程，港口码头工程，高土石坝工程以及航道工程的土体都存在高渗透压，并且在研究一定范围内土体侧向约束并非刚性约束，是有一定弹性的，传统的渗透固结仪在某种程度上无法真实反映土的渗流场-应力场耦合作用下土体的固结特性，存在以下两个方面的局限性：
(1)仪器笨重，占地面积较大；
(2)由于环刀的刚性约束作用，无法真实表达土体侧向变形特性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，结合土体承受高渗透压和允许侧向变形的特点，提供一种岩土渗透气压固结的试验方法，本发明可以模拟土体渗透场－应力场耦合作用下固结变形特性以及侧向变形规律。本发明的技术方案如下：
一种岩土渗透气压固结的试验方法，采用的固结仪，包括底座(5)，通过支撑件支撑在底座(5)上的盖板(15)，刻度储水箱(7)、量筒(23)、施压装置和计算机(6)，其中：
底座(5)内部设置有空腔，空腔(5)通过进水管(4)连通到刻度储水箱(7)，并与底座排气阀(3)相通，在底座(5)的上部开设有与空腔相连的通孔，下透水石(9)置于底座(5)上面，在上透水石(8)和下透水石(9)之间放置土样，土样被置于上下开口的软套内，上透水石(8)置于土样上方，称上透水石(8)、下透水石(9)和软套之间的空间为土样压力室(12)；
所述的施压装置包括施压轴(18)、置于施压轴(18)上的顶托(16)和放置在顶托(16)上的砝码(17)，在盖板(15)上开设有用于穿过施压轴(18)的通孔，盖板(15)与施压轴(18)之间密封连接，施压轴(18)置于盖板(15)上，在盖板(15)上设置有连接到量筒(23)的出水口(22)；
在软套的外周固定有用于放置气囊(11)的气囊腔(10)，在气囊(11)上开设有进气阀(1)和吸气阀(2)；
在盖板上设置有位移计(14)，在气囊(11)上设置有气压表(13)，在软套(21)上设置有压力传感器(20)，气压表(13)、位移计(14)和压力传感器(20)采集的数据被送入计算机(6)；
试验方法包括下列的步骤：
(1)试验开始前，打开计算机，并在刻度储水箱注满水，并记录刻度读数，并将土样用软套套住，并在其放置在上透水石和下透水石之间。
(2)需要通过进水管中水将底座空腔的空气排净，直到底座排气阀出现水为止；
(3)关闭底座排气阀，打开进气阀和吸气阀，使得气囊腔中的气囊与气囊腔腔壁接触，气压表显示施加的围压值；
(4)使施压轴底部与上透水石充分接触，并在顶托上施加砝码；
(5)根据土工试验规程确定固结时间；
(6)试验结束，记录在单位时间的出水量，根据达西定律计算渗透系数。
(7)试验结束后，先将进气阀打开，然后将砝码、施压轴、上透水石、土样依次卸下。
本发明提供的岩土渗透气压固结的试验方法，与现有技术相比具有以下优点：
(1)所采用的试验仪器轻小，占地面积少，加载方便可靠；
(2)可以模拟高渗透压条件下土体的固结特性的影响，可以综合考渗流场-应力场耦合作用下，软土孔压、孔隙比以及变形机理等；
(3)侧向约束为气囊，供柔性约束，可以模拟三轴试验，实现K0固结和等向固结。
附图说明
图1是本发明的渗透气压固结仪构造原理图。
图2是本发明的渗透气压固结仪三维示意图。
图3是本发明的渗透气压固结仪应变片或压力传感器粘贴处局部构造示意图。
图中标号说明：1 进气阀；2 吸气阀；3 底座排气阀；4 进水管；5 底座；6 计算机；7 刻度储水箱；8 上透水石；9 下透水石；10 气囊腔；11 气囊；12 土样压力室；13 气压表；14 位移计；15 盖板；16 顶托；17 砝码；18 施压轴；19 应变片或者压力传感器粘贴处；20应变片/压力传感器；21 橡皮套；22 出水口；23 量筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
参见图1和图2，本发明提供的渗透气压固结仪，具体包括进气阀1、吸气阀2、底座排气阀3、进水管4、底座5、计算机6、刻度储水箱7、上透水石8、下透水石9、气囊腔10、气囊11、土样压力室12、气压表13、位移计14、盖板15、顶托16、砝码17、施压轴18、出水口22、量筒23。
渗透气压固结仪底座5与充满水的刻度储水箱7相连的进水管4和底座排气阀3相通；土样压力室12中从下部到上部依次放入下透水石、土样和上透水石；在盖板15上开设有用于穿过施压轴18的通孔，盖板15与施压轴18之间密封连接，上透水石与可以自由移动的施压轴18相连，在盖板15上开设有出水口22，出水口22与量筒23相连；施压轴的上部与放有砝码17的顶托16和位移计14相连；气压表13、位移计14和应变片/压力传感器20通过数据采集器与计算机6相连。
气囊对土样压力室12施加围压，主要通过进气口1连接气囊11，与气囊11相连压力表13进行控制。吸气阀2可以使得气囊11与土样压力室12的土样充分接触。
参见图3，本发明的渗透气压固结仪的应变片或者压力传感器粘贴处，具体包括应变片/压力传感器20、橡皮套21、计算机6。在放入土样压力室12之前，需要用橡皮套21包裹土样，并在其上粘贴应变片/压力传感器20，并通过数据采集器与计算机6相连。
试验步骤
(1)试验开始前，打开计算机6，并在刻度储水箱7注满水，并记录刻度读数，并将土样用橡皮套21套住，并在其放置上透水石8和下透水石9。
(2)需要通过进水管中水将底座5空腔的空气排净，直到底座排气阀3出现水为止；
(3)关闭底座排气阀3，打开进气阀1和吸气阀2，使得气囊腔10中的气囊11与腔壁接触，压力表13显示施加的围压值，可以根据试验方案具体确定；
(4)使施压轴18底部与上透水石8充分接触，并在顶托16上施加砝码17，可以根据试验方案具体确定；
(5)根据土工试验规程(SL237-1999)确定固结时间；
(6)试验结束，应记录在单位时间的出水量，根据达西定律计算渗透系数。
(7)试验结束后，应先将进气阀1打开，然后将砝码17、施压轴18、上透水石8、土样依次卸下。
Claims (2)
1.一种岩土渗透气压固结的试验方法，采用的固结仪，包括底座(5)，通过支撑件支撑在底座(5)上的盖板(15)，刻度储水箱(7)、量筒(23)、施压装置和计算机(6)，其中：
底座(5)内部设置有空腔，空腔(5)通过进水管(4)连通到刻度储水箱(7)，并与底座排气阀(3)相通，在底座(5)的上部开设有与空腔相连的通孔，下透水石(9)置于底座(5)上面，在上透水石(8)和下透水石(9)之间放置土样，土样被置于上下开口的软套内，上透水石(8)置于土样上方，称上透水石(8)、下透水石(9)和软套之间的空间为土样压力室(12)；
所述的施压装置包括施压轴(18)、置于施压轴(18)上的顶托(16)和放置在顶托(16)上的砝码(17)，在盖板(15)上开设有用于穿过施压轴(18)的通孔，盖板(15)与施压轴(18)之间密封连接，施压轴(18)置于盖板(15)上，在盖板(15)上设置有连接到量筒(23)的出水口(22)；
在软套的外周固定有用于放置气囊(11)的气囊腔(10)，在气囊(11)上开设有进气阀(1)和吸气阀(2)；
在盖板上设置有位移计(14)，在气囊(11)上设置有气压表(13)，在软套(21)上设置有压力传感器(20)，气压表(13)、位移计(14)和压力传感器(20)采集的数据被送入计算机(6)；
试验方法包括下列的步骤：
(1)试验开始前，打开计算机，并在刻度储水箱注满水，并记录刻度读数，并将土样用软套套住，并在其放置在上透水石和下透水石之间。
(2)需要通过进水管中水将底座空腔的空气排净，直到底座排气阀出现水为止；
(3)关闭底座排气阀，打开进气阀和吸气阀，使得气囊腔中的气囊与气囊腔腔壁接触，气压表显示施加的围压值；
(4)使施压轴底部与上透水石充分接触，并在顶托上施加砝码；
(5)根据土工试验规程确定固结时间；
(6)试验结束，记录在单位时间的出水量，根据达西定律计算渗透系数。
(7)试验结束后，先将进气阀打开，然后将砝码、施压轴、上透水石、土样依次卸下。
2.根据权利要求1所述的试验方法，其特征在于，所述的软套为软橡皮套(21)。
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