CN106769691B - 一种渗流力的量测装置及其量测方法 - Google Patents

一种渗流力的量测装置及其量测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106769691B
CN106769691B CN201611046278.8A CN201611046278A CN106769691B CN 106769691 B CN106769691 B CN 106769691B CN 201611046278 A CN201611046278 A CN 201611046278A CN 106769691 B CN106769691 B CN 106769691B
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
ladle
soil sample
seepage
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611046278.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106769691A (zh
Inventor
陈勇
邓合玉
刘梦琴
赵强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Three Gorges University CTGU
Original Assignee
China Three Gorges University CTGU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Three Gorges University CTGU filed Critical China Three Gorges University CTGU
Priority to CN201611046278.8A priority Critical patent/CN106769691B/zh
Publication of CN106769691A publication Critical patent/CN106769691A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106769691B publication Critical patent/CN106769691B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N13/00Investigating surface or boundary effects, e.g. wetting power; Investigating diffusion effects; Analysing materials by determining surface, boundary, or diffusion effects
    • G01N13/04Investigating osmotic effects

Abstract

本发明涉及一种渗流力的量测装置及其量测方法,它包括土样室桶身,所述土样室桶身上端安装有水压力室桶身,所述土样室桶身内部上端放置与土样室桶身内壁直径相同的上透水石,所述土样室桶身下端与渗出水收集室桶身上端连接,所述土样室桶身和渗出水收集室桶身之间设置有下透水石,所述水压力室桶身的顶部中心安装有导水管,导水管与GDS压力系统连接,所述渗出水收集室桶身的底部连接有水压传感器和导水管,所述渗出水收集室桶身放置在压力盒上,压力盒固定在底座上,所述水压力室桶身的顶部设置有饱和器,所述饱和器和渗出水收集室桶身之间安装有长螺栓并夹紧。可用于对比分析研究实际量测值与理论计算值的差距及其原因。

Description

一种渗流力的量测装置及其量测方法
技术领域
本发明是一种不同水力梯度作用下量测渗流力的装置及其方法,属于土的渗流研究领域。
背景技术
我国是一个地质灾害频发的国家,随着我国大量世纪工程的建设,面临大量的工程地质问题;而地下水的作用是工程地质中的一个重要课题,地下水在土中渗流会对土颗粒施加作用力,即渗流力,当渗流力过大时就会引起土颗粒或土体的移动,产生渗透变形,甚至渗透破坏,如边坡破坏,地面隆起,堤坝失稳等现象。现今对渗流力还停留于理论计算的层面,假想对土样的土骨架和水分开来取隔离体,采用静力学的极限平衡思想求解渗流力,缺少量测渗流力的装置及其方法,因此,对渗流力的准确量测对研究工程中的渗透作用影响具有重要的实际意义。
发明内容
针对现今对渗流力还停留于理论计算的层面,本发明提供了一种不同水力梯度作用下量测渗流力的装置及其方法,并可用于对比分析研究实际量测值与理论计算值的差距及其原因。
为了解决上述技术问题,本发明提出以下技术方案:一种渗流力的量测装置及其量测方法,它包括土样室桶身,所述土样室桶身上端安装有水压力室桶身,所述土样室桶身内部上端放置与土样室桶身内壁直径相同的上透水石,所述土样室桶身下端与渗出水收集室桶身上端连接,所述土样室桶身和渗出水收集室桶身之间设置有下透水石,所述水压力室桶身的顶部中心安装有导水管,导水管与GDS压力系统连接,所述渗出水收集室桶身的底部连接有水压传感器和导水管,所述渗出水收集室桶身放置在压力盒上,压力盒固定在底座上,所述水压力室桶身的顶部设置有饱和器,所述饱和器和渗出水收集室桶身之间安装有长螺栓并夹紧。
所述土样室桶身和水压力室桶身的结合面设置有两圈上环形防水橡胶垫。
所述上透水石能够在土样室桶身内部上下移动。
所述土样室桶身和渗出水收集室桶身的结合面设置有下环形防水橡胶垫。
所述水压力室桶身的顶部加工有排气孔,所述排气孔上安装有螺丝。
所述导水管上安装有阀门控制水的流量。
采用任意一种渗流力的量测装置的量测方法,它包括以下步骤:
步骤一,将土样室桶身置于光滑平整的木板上,在桶底放上与桶身内径相同的滤纸,将要测试的土骨料分两次装入土样室桶身内,每完成一次装样后振捣试样使之密实,将土样室冒出的土样用钢刀刮平,放上与桶身内径相同的滤纸,滤纸上面放上透水石;
步骤二,将土样与透水石连接,一起放入真空饱和缸进行3个小时抽真空,然后进行10个小时的饱和,使土样与透水石充分饱和;
步骤三,将得到的饱和土样与装置组装好;
步骤四,启动GDS压力控制系统开始向水压力室注水,赶走室内气体,使得整个压力充满水、整个桶内达到饱和状态;
步骤五,压力盒读数清零;
步骤六,启动GDS压力控制系统向水压力室注水,增大水压力室的压力,记录水压力室内的水压u1
步骤七,调节GDS压力系统增大注水压力时,由于水在土中渗流的滞后性,渗出水收集室内水压慢慢增加,当渗出水收集室内水压稳定后,通过水压传感器10记录渗出水收集室内水压u2
步骤八,直接记录压力盒的渗流力J*;
步骤九,通过理论公式J=γW·i·VS计算出渗流力J;
步骤十,对直接量测的渗流力J*与理论计算出的渗流力J进行对比分析。
本发明有如下有益效果:
通过GDS压力控制系统调节水压力室内水压,从而改变土样顶端入渗水的水头;通过连接于渗出水收集室底板的水压传感器测定土样底部的剩余水头。由渗流学知识,水在土体中流动时,由于受到土粒的阻力,而引起水头损失,从作用力与反作用力的原理可知,水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力,渗流力最终传递在压力盒上,可以直接读出该作用力的数值;从而量测在不同水力梯度作用下渗流对土颗粒施加的作用力,即渗流力。根据试样上下水压力差值计算水头损失,并通过理论公式计算出理论渗流力,进而对比分析量测的渗流力与理论的渗流力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的整体结构示意图。
图中:水压力室桶身1、导水管2、螺丝3、上透水石4、上环形防水橡胶垫5、土样室桶身6、下透水石7、下环形防水橡胶垫8、渗出水收集室桶身9、水压传感器10、导水管11、阀门12、压力盒13、底座14、饱和器15、长螺栓16。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1:
如图1,一种渗流力的量测装置及其量测方法,它包括土样室桶身6,所述土样室桶身6上端安装有水压力室桶身1,所述土样室桶身6内部上端放置与土样室桶身内壁直径相同的上透水石4,所述土样室桶身6下端与渗出水收集室桶身9上端连接,所述土样室桶身6和渗出水收集室桶身9之间设置有下透水石7,所述水压力室桶身1的顶部中心安装有导水管2,导水管2与GDS压力系统连接,所述渗出水收集室桶身9的底部连接有水压传感器10和导水管11,所述渗出水收集室桶身9放置在压力盒13上,压力盒13固定在底座14上,所述水压力室桶身1的顶部设置有饱和器15,所述饱和器15和渗出水收集室桶身9之间安装有长螺栓16并夹紧。
进一步的,所述土样室桶身6和水压力室桶身1的结合面设置有两圈上环形防水橡胶垫5。防止增加压力时漏水,影响实验结果。
进一步的,所述上透水石4能够在土样室桶身6内部上下移动。由于土样受到渗流力的作用,体积减小;从而要求土样顶部的透水石随土样一起运动。
进一步的,所述土样室桶身6和渗出水收集室桶身9的结合面设置有下环形防水橡胶垫8。防止增加压力时漏水,影响实验结果。
进一步的,所述水压力室桶身1的顶部加工有排气孔,所述排气孔上安装有螺丝3。便于排出水压力室内的气体。要求排放气螺丝在扭紧时不漏水。
进一步的,GDS压力控制系统开始注水时,水压力室内有大量气体;水压力室顶盖直径的1/4处设有两个排气孔,通过扭松螺丝进行排放气。
进一步的,所述导水管11上安装有阀门12控制水的流量。
实施例2:
采用任意一种渗流力的量测装置的量测方法,它包括以下步骤:
步骤一,将土样室桶身置于光滑平整的木板上,在桶底放上与桶身内径相同的滤纸,将要测试的土骨料分两次装入土样室桶身内,每完成一次装样后振捣试样使之密实,将土样室冒出的土样用钢刀刮平,放上与桶身内径相同的滤纸,滤纸上面放上透水石4;
步骤二,将土样与透水石连接,一起放入真空饱和缸进行3个小时抽真空,然后进行10个小时的饱和,使土样与透水石充分饱和;
步骤三,将得到的饱和土样与装置组装好;
步骤四,启动GDS压力控制系统开始向水压力室注水,赶走室内气体,使得整个压力充满水、整个桶内达到饱和状态;
步骤五,压力盒13读数清零;
步骤六,启动GDS压力控制系统向水压力室注水,增大水压力室的压力,记录水压力室内的水压;
步骤七,调节GDS压力系统增大注水压力时,由于水在土中渗流的滞后性,渗出水收集室内水压慢慢增加,当渗出水收集室内水压稳定后,通过水压传感器10记录渗出水收集室内水压;
步骤八,直接记录压力盒13的渗流力J*;
步骤九,通过理论公式J=γW·i·VS计算出渗流力J;
步骤十,对直接量测的渗流力J*与理论计算出的渗流力J进行对比分析。
实施例3:
土样顶端入渗水的水压力计算方法为:由理论公式u1=γw·h1·A;可以通GDS压力控制系统读出水压力室的顶端入渗水的水压力u1,并换算土样顶端水头h1
土样底部的剩余水压力计算方法为:由理论公式u2=γw·h2·A;通过水压传感器测定读出渗出水收集室的水压即为土样底部的水压力u2,并计算底部剩余水头h2
理论的渗流力计算方法为:通过理论计算出顶端入渗水的水头h1,土样底部的剩余水头h2,读出土样稳定渗流时的高度l;根据理论公式其中Δh=h1-h2,Vs为土样的体积,γW为水的重度。由理论公式J=γW·i·VS计算土样整体渗流力。
对比分析实测总渗透力J*与理论值J的差距与原因。
本发明的工作过程和工作原理为:
本发明设计了一种不同水力梯度作用下量测渗流力的方法,该方法包括:通过GDS压力控制系统调节水压力室内水压,从而改变土样顶端入渗水的水头;通过连接于渗出水收集室底板的水压传感器测定土样底部的剩余水头。由渗流学知识,水在土体中流动时,由于受到土粒的阻力,而引起水头损失,从作用力与反作用力的原理可知,水流经过时必定对土颗粒施加一种渗流作用力,渗流力最终传递在压力盒上,可以直接读出该作用力的数值;从而量测在不同水力梯度作用下渗流对土颗粒施加的作用力,即渗流力J*。
该方法由于知道水压力室内水压,从而计算水压力室内水头;通过水压传感器测定土样底部的水压,从而计算渗出水收集室内水头;通过理论公式J=γW·i·VS计算出渗流力,用量测的渗流力与理论的渗流力进行对比分析。
该方法利用了GDS压力控制系统能够精确持续的控制水压力室的水头h1
该装置可以通过GDS压力控制系统控制水压力室的水头h1不变,观察土体渗流随时间的变化情况。
该装置充分考虑了土样在渗流作用下的变形,让土样上部的透水石在桶内上下自由移动,与土样的变形保持一致,充分的模拟土样的渗流情况。
该方法使用了静力学中作用力与反作用力知识,从而量测出渗流力J*。
通过上述的说明内容,本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜,属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (5)

1.一种渗流力量测装置的量测方法,其特征在于它包括以下步骤:
步骤一,将土样室桶身置于光滑平整的木板上,在桶底放上与桶身内径相同的滤纸,将要测试的土骨料分两次装入土样室桶身内,每完成一次装样后振捣试样使之密实,将土样室冒出的土样用钢刀刮平,放上与桶身内径相同的滤纸,滤纸上面放上透水石(4);
步骤二,将土样与透水石连接,一起放入真空饱和缸进行3个小时抽真空,然后进行10个小时的饱和,使土样与透水石充分饱和;
步骤三,将得到的饱和土样与装置组装好;
步骤四,启动GDS压力控制系统开始向水压力室注水,赶走室内气体,使得整个压力充满水、整个桶内达到饱和状态;
步骤五,压力盒(13)读数清零;
步骤六,启动GDS压力控制系统向水压力室注水,增大水压力室的压力,记录水压力室内的水压;
步骤七,调节GDS压力系统增大注水压力时,由于水在土中渗流的滞后性,渗出水收集室内水压慢慢增加,当渗出水收集室内水压稳定后,通过水压传感器(10)记录渗出水收集室内水压;
步骤八,直接记录压力盒(13)的渗流力J*;
步骤九,通过理论公式J=γW·i·VS计算出渗流力J;其中,γW为水的重度;i为水力梯度,是水头差和渗径长度的比值;Vs为土颗粒的体积;
步骤十,对直接量测的渗流力J*与理论计算出的渗流力J进行对比分析;
所述量测装置,包括土样室桶身(6),所述土样室桶身(6)上端安装有水压力室桶身(1),所述土样室桶身(6)内部上端放置与土样室桶身内壁直径相同的上透水石(4),所述土样室桶身(6)下端与渗出水收集室桶身(9)上端连接,所述土样室桶身(6)和渗出水收集室桶身(9)之间设置有下透水石(7),所述水压力室桶身(1)的顶部中心安装有第一导水管(2),第一导水管(2)与GDS压力系统连接,所述渗出水收集室桶身(9)的底部连接有水压传感器(10)和第二导水管(11),所述渗出水收集室桶身(9)放置在压力盒(13)上,压力盒(13)固定在底座(14)上,所述水压力室桶身(1)的顶部设置有饱和器(15),所述饱和器(15)和渗出水收集室桶身(9)之间安装有长螺栓(16)并夹紧;
所述上透水石(4)能够在土样室桶身(6)内部上下移动。
2.根据权利要求1所述的一种渗流力量测装置的量测方法,其特征在于:所述土样室桶身(6)和水压力室桶身(1)的结合面设置有两圈上环形防水橡胶垫(5)。
3.根据权利要求1所述的一种渗流力量测装置的量测方法,其特征在于:所述土样室桶身(6)和渗出水收集室桶身(9)的结合面设置有下环形防水橡胶垫(8)。
4.根据权利要求1所述的一种渗流力量测装置的量测方法,其特征在于:所述水压力室桶身(1)的顶部加工有排气孔,所述排气孔上安装有螺丝(3)。
5.根据权利要求1所述的一种渗流力量测装置的量测方法,其特征在于:所述第二导水管(11)上安装有阀门(12)控制水的流量。
CN201611046278.8A 2016-11-22 2016-11-22 一种渗流力的量测装置及其量测方法 Active CN106769691B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611046278.8A CN106769691B (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种渗流力的量测装置及其量测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611046278.8A CN106769691B (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种渗流力的量测装置及其量测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106769691A CN106769691A (zh) 2017-05-31
CN106769691B true CN106769691B (zh) 2019-11-08

Family

ID=58975447

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611046278.8A Active CN106769691B (zh) 2016-11-22 2016-11-22 一种渗流力的量测装置及其量测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106769691B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1841042A (zh) * 2005-03-28 2006-10-04 同济大学 土壤渗透仪
CN201716256U (zh) * 2010-07-14 2011-01-19 中原工学院 土体渗透性测试装置
CN103308438A (zh) * 2013-05-30 2013-09-18 长安大学 模块化土体渗透性试验仪
CN204101419U (zh) * 2014-10-13 2015-01-14 山西省交通科学研究院 可精确测量土渗透系数的测量系统
CN104849194A (zh) * 2015-05-23 2015-08-19 河北科技大学 基于数字图像的三轴渗流应力温度蠕变耦合实验装置
CN205103134U (zh) * 2015-11-02 2016-03-23 中国地质大学(武汉) 一种用于研究多孔介质渗流阻力的物理模拟实验装置
CN205562538U (zh) * 2016-05-04 2016-09-07 三峡大学 一种用于岩土力学试验的加热控温装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1841042A (zh) * 2005-03-28 2006-10-04 同济大学 土壤渗透仪
CN201716256U (zh) * 2010-07-14 2011-01-19 中原工学院 土体渗透性测试装置
CN103308438A (zh) * 2013-05-30 2013-09-18 长安大学 模块化土体渗透性试验仪
CN204101419U (zh) * 2014-10-13 2015-01-14 山西省交通科学研究院 可精确测量土渗透系数的测量系统
CN104849194A (zh) * 2015-05-23 2015-08-19 河北科技大学 基于数字图像的三轴渗流应力温度蠕变耦合实验装置
CN205103134U (zh) * 2015-11-02 2016-03-23 中国地质大学(武汉) 一种用于研究多孔介质渗流阻力的物理模拟实验装置
CN205562538U (zh) * 2016-05-04 2016-09-07 三峡大学 一种用于岩土力学试验的加热控温装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106769691A (zh) 2017-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105486840B (zh) 一种固结渗透联合实验装置
CN103760320B (zh) 隧道支护条件下膨胀土含水量与膨胀力关系的测试方法
CN105588796B (zh) 一种精确快速测定土壤渗透系数的装置
CN203981507U (zh) 一种新型平面应变固结试验装置
CN104155427A (zh) 一种黄土液化试验的低反压饱和方法
CN107290501B (zh) 裂隙断层型地质构造内部充填介质渗透失稳突水实验装置与方法
Liang et al. Constant gradient erosion apparatus for appraisal of piping behavior in upward seepage flow
CN205484324U (zh) 一种固结渗透联合实验装置
San Lim et al. An improved rotating cylinder test design for laboratory measurement of erosion in clayey soils
CN109470580B (zh) 一种评价我国不同海域粘性土强度参数的方法
CN208224038U (zh) 一种用恒流量实时测岩石破坏过程中渗透率的实验装置
CN105862933A (zh) 动态承压水作用的地基模型试验装置
CN109100284A (zh) 一种能够测定尾矿砂实时固结渗透参数的装置及方法
CN106769691B (zh) 一种渗流力的量测装置及其量测方法
CN108344631A (zh) 一种用于测量渗流侵蚀的实验装置及其测量方法
CN109142070A (zh) 复杂应力状态下岩土材料渗透变形测试方法及测试装置
CN105043960A (zh) 一种改进型土体联合固结渗透仪
CN108318401A (zh) 一种适用于土体固结应力下各向异性渗透系数测试装置
Barla et al. Setting up a new direct shear testing apparatus
CN205719795U (zh) 复杂地下水环境下的基坑开挖模型试验装置
CN106226500A (zh) 一种土壤饱和实验及渗透实验复合装置
CN105606507B (zh) 粘性土临界水力梯度测试仪及测试方法
Demars et al. Measurement of wave‐induced pressures and stresses in a sandbed
Pozzato et al. Characterisation of the hydraulic behaviour of coarse-grained flood embankment materials
CN201666864U (zh) 粉土抗渗强度测定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant