CN108181220A - 一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，包括加载系统、供水系统、土样室及测压系统；加载系统由反力架、调压阀、气压表及双层加载板组成；双层加载板为空心六面体，包括上层多孔板、下层多孔板、中间隔板及侧面倾斜板；供水系统由供水箱、储水箱、由双层加载板形成的竖向供水腔、左侧水平供水腔和右侧水平供水腔组成；左侧水平供水腔和右侧水平供水腔由外侧多孔板、内侧多孔板及两侧多孔板之间填充的硅胶垫板组成。本发明可实现在同一试样中同时测试其在不同压力下的水平及竖向渗透系数，测试过程中不需拆卸试验装置，操作方便，极大地提高了测试的效率与精度。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程中的土样渗透系数测试技术领域，具体涉及一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置。
背景技术
土体渗透系数是评价土体稳定性及沉降特性的重要指标，其测量的准确性直接关系到堆石坝坡、填埋场堆体等工程的安全。目前我国工程中常采用土料逐层铺平后压实的施工工艺，使得土工结构具有明显的成层结构，进而导致其渗透特性也呈现显著的各向异性。
目前室内测试粗粒土渗透系数的试验装置主要有柔性壁渗透仪和刚性壁渗透仪。柔性壁渗透仪多是由三轴仪改造而成，一般尺寸较小，不能较好的反映粗粒土的非均质性，使得测得的渗透系数不具有代表性。刚性壁渗透仪多是根据常规渗透仪改造而成，一般试样尺寸较大，测试结果更接近于实际粗粒体。但上述室内试验装置大多只能测试粗粒土的竖向渗透系数，即使部分能测量水平向渗透系数，也需要在不同的试样上进行，或测试过程中需要拆卸装置，操作复杂，测试时间长且密封性不好。
发明内容
为了克服上述测试技术的不足，本发明提供一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置。本发明装置在测试过程中不需拆卸，操作方便，单次制样可直接开展多级荷载作用下的不同方向的渗透系数测量，极大地提高了测试的效率与精度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，该装置包括加载系统、供水系统、土样室及测压系统；加载系统由反力架、调压阀、气压表及双层加载板组成，调压阀与气压表连接并固定在反力架的传力杆上，通过调节调压阀设置压力值，反力架传递压力对土样室内的试样施加荷载；双层加载板为空心六面体，包括上层多孔板、下层多孔板、若干竖向的中间隔板及侧面倾斜板，侧面倾斜板与土样室之间缝隙采用橡胶塞密封；供水系统由供水箱、储水箱、由双层加载板形成的竖向供水腔、左侧水平供水腔和右侧水平供水腔组成，供水箱及储水箱通过侧壁开口的方式保持常水头，双层加载板通过若干竖向的中间隔板将内部空间分隔为2-4个独立供水腔，避免水平渗流时沿加载板空腔通道形成短路流；左侧水平供水腔和右侧水平供水腔分别位于土样室的左侧壁和右侧壁，均由外侧多孔板、内侧多孔板及两侧多孔板之间填充的硅胶垫板组成，其下部空间由若干横向的硅胶垫板分隔成2-5个独立供水腔，避免竖向渗流时沿水平供水腔形成短路流；土样室底部设置碎石层，由若干竖向隔水板分隔成2-4个独立供水腔，并填充碎石，在保证渗透水压均匀的同时以防止水平渗流时沿碎石层发生短路渗流；
所述右侧水平供水腔的外侧多孔板上对应每个独立供水腔开有一进水孔，通过进水管连通供水箱，并在右侧水平供水腔的进水管路上设置水平止水阀门；土样室的前侧壁或后侧壁上对应碎石层的每个独立供水腔开有一进水孔，通过进水管连通供水箱，并在碎石层的进水管路上设置竖向止水阀门；
所述左侧水平供水腔的外侧多孔板上对应每个独立供水腔开有一出水孔，通过出水管连通储水箱，并在左侧水平供水腔的出水管路上设置水平止水阀门；竖向供水腔的上层多孔板上对应每个独立供水腔开有一出水孔，通过出水管连通储水箱，并在竖向供水腔的出水管路上设置竖向止水阀门；
所述测压系统由布设在土样室的测压管壁上的若干个测压管口组成，通过测压管口连接外部测压管，来记录试样不同位置的压力水头。
进一步地，所述双层加载板由不锈钢板制成，上层多孔板和下层多孔板的开孔孔径为5-10mm。
进一步地，所述双层加载板的侧面倾斜板与水平方向倾角呈30°-45°。
进一步地，所述双层加载板的上层多孔板外侧装有一圈压条，通过拧紧螺栓对橡胶塞施加反力，使橡胶塞向四周膨胀，保证双层加载板四周的密封性。
进一步地，所述左侧水平供水腔和右侧水平供水腔的内侧多孔板由不锈钢制成，开孔孔径为5-10mm。
进一步地，所述左侧水平供水腔和右侧水平供水腔的外侧多孔板及内侧多孔板之间通过硅胶垫板密封，硅胶垫板厚10-20mm，通过拧紧螺栓对其施加力，保证硅胶垫板与板壁紧密贴合。
进一步地，所述左侧水平供水腔和右侧水平供水腔的内部上侧全部采用硅胶垫板密封，密封高度根据施加荷载及粗粒土压缩性，取试样初始高度的1/3-2/3，内部下侧通过硅胶垫板分隔成独立供水腔，以保证竖向渗流时不会沿空腔发生短路渗流。
进一步地，所述土样室的竖向隔水板高2-4cm，碎石层高度为隔水板高度的1/2-2/3。
进一步地，所述土样室的竖向隔水板与土样室焊接在一起，且竖向隔水板插入到粗粒土样内。
进一步地，所述测压管口以传力杆为竖向对称轴对称布置在土样室的后侧壁上，测压管口数目为6-15个，其中行与列数目均要≥2。
本发明的有益效果主要表现在：
1)土样室可对同一试样测试其水平及竖向渗透系数，避免了分别测试时制样的随机性；
2)装置采用不锈钢材质，能起到良好的耐腐蚀作用；
3)装置包括了加载及测压系统，可测试不同压力下试样的渗透系数。
4)测试过程中不需拆卸装置，操作简单。
5)加载板四周具有一定倾角，缝隙通过填充橡胶塞与边壁密封，同时通过螺栓对橡胶塞施加反力，使橡胶塞向四周膨胀。通过长期试验证明，此方法可保证土样室的密封性。
6)土样室底端设置隔水板，可避免水平渗流时沿碎石层发生短路渗流；
7)水平供水腔内部上侧全部采用硅胶垫板密封，下侧通过硅胶垫板隔成独立的供水空腔，以保证竖向渗流时不会沿空腔发生短路渗流。
附图说明
图1是本发明试验装置结构示意图；
图2是本发明中内侧多孔板构造图；
图3是本发明中双层加载板上层多孔板俯视图；
图4是本发明中双层加载板下层多孔板构造图；
图中：1、反力架，2、调压阀，3、气压表，4、双层加载板，5、供水箱，6、储水箱，7、竖向供水腔，8、左侧水平供水腔，9、右侧水平供水腔，10、外侧多孔板，11、内侧多孔板，12、硅胶垫板，13、土样室，14、隔水板，15、碎石，16、测压管口，17、传力杆，18、进水管，19、出水管，20、透水孔，21、水平止水阀门，22、竖向止水阀门，23压条，24、橡胶塞，25、螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-4所示，本发明提供的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，该装置长400mm，宽250mm，高600mm，该装置包括加载系统、供水系统、土样室13及测压系统。
加载系统由反力架1、调压阀2、气压表3及双层加载板4组成，调压阀2与气压表3连接并固定在反力架1的传力杆17上，通过调节调压阀2设置压力值，反力架1传递压力对土样室13内的试样施加荷载；土样室13为矩形；双层加载板4为空心六面体，包括上层多孔板、下层多孔板、若干竖向的中间隔板及侧面倾斜板，侧面倾斜板与土样室13之间缝隙采用橡胶塞24密封；双层加载板4由不锈钢板制成，总厚60mm，上层多孔板、下层多孔板厚8mm，上层多孔板、下层多孔板的开孔孔径为10mm；侧面倾斜板与水平方向倾角呈30°；双层加载板4的上层多孔板外侧装有一圈压条23，通过拧紧螺栓25对橡胶塞24施加反力，使橡胶塞24向四周膨胀，保证双层加载板4四周的密封性。
供水系统由供水箱5、储水箱6、由双层加载板4形成的竖向供水腔7、左侧水平供水腔8和右侧水平供水腔9组成，供水箱5及储水箱6通过侧壁开口的方式保持常水头，双层加载板4通过若干竖向的中间隔板将内部空间分隔为3个独立供水腔，避免水平渗流时沿加载板空腔通道形成短路流；左侧水平供水腔8和右侧水平供水腔9分别位于土样室13的左侧壁和右侧壁，均由外侧多孔板10、内侧多孔板11及两侧多孔板之间填充的硅胶垫板12组成；左侧水平供水腔8和右侧水平供水腔9的内侧多孔板11由不锈钢制成，开孔孔径为10mm；左侧水平供水腔8和右侧水平供水腔9的外侧多孔板10及内侧多孔板11之间通过硅胶垫板12密封，硅胶垫板12厚10mm，通过拧紧螺栓25对其施加力，保证硅胶垫板12与板壁紧密贴合；左侧水平供水腔8和右侧水平供水腔9的内部上侧300mm全部填充硅胶垫板12，内部下侧300mm通过硅胶垫板12分隔成3个独立供水腔，以保证竖向渗流时不会沿空腔发生短路渗流。
土样室13底部设置碎石层，底端焊接2个高3cm的竖向隔水板14，隔水板14内填充2cm高的碎石15，在保证渗透水压均匀的同时以防止水平渗流时沿碎石层发生短路渗流。
右侧水平供水腔9的外侧多孔板10上对应每个独立供水腔开有一进水孔，通过进水管18连通供水箱5，并在右侧水平供水腔9的进水管路上设置水平止水阀门21；土样室13的前侧壁或后侧壁上对应碎石层的每个独立供水腔开有一进水孔，通过进水管18连通供水箱5，并在碎石层的进水管路上设置竖向止水阀门22。
左侧水平供水腔8的外侧多孔板10上对应每个独立供水腔开有一出水孔，通过出水管19连通储水箱6，并在左侧水平供水腔8的出水管路上设置水平止水阀门21；竖向供水腔7的上层多孔板上对应每个独立供水腔开有一出水孔，通过出水管19连通储水箱6，并在竖向供水腔7的出水管路上设置竖向止水阀门22。
测压系统由布设在土样室13的测压管壁上的12个测压管口16组成，测压管口16以传力杆17为竖向对称轴对称布置在土样室13的后壁上，通过测压管口16连接外部测压管，来记录试样不同位置的压力水头。
本发明的试验过程可简单描述为：将试样分层装入土样室13，安装好双层加载板4，并通过拧紧螺栓25对橡胶塞24施加反力，使橡胶塞24向四周膨胀，保证双层加载板4四周的密封性。打开竖向供水阀门22，通过供水箱5对土样室13进行供水，待试样饱和后关闭竖向供水阀门22停止供水。调节调压阀2设置压力值，通过反力架1传递压力对土样室13内的试样施加荷载，待试样压缩稳定后，打开竖向供水阀门22继续供水，当出水管19出流稳定时，采用量筒接收并记录出流量，同时用秒表计时，反复测量3次，之后改变储水箱6的高度来调节水力梯度，重复上述操作，共测量5级水力梯度下的渗透系数。当竖向渗透系数测量完毕后，关闭竖向供水阀门22，打开水平向供水阀门21，重复上述操作进行水平向渗透系数测量。
上述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明所授的内容之后，本领域人员可对本发明做任何修改，等效替换，这些等价形式同样在本申请所附权利要求书所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，该装置包括加载系统、供水系统、土样室(13)及测压系统；加载系统由反力架(1)、调压阀(2)、气压表(3)及双层加载板(4)组成，调压阀(2)与气压表(3)连接并固定在反力架(1)的传力杆(17)上，通过调节调压阀(2)设置压力值，反力架(1)传递压力对土样室(13)内的试样施加荷载；双层加载板(4)为空心六面体，包括上层多孔板、下层多孔板、若干竖向的中间隔板及侧面倾斜板，侧面倾斜板与土样室(13)之间缝隙采用橡胶塞(24)密封；供水系统由供水箱(5)、储水箱(6)、由双层加载板(4)形成的竖向供水腔(7)、左侧水平供水腔(8)和右侧水平供水腔(9)组成，供水箱(5)及储水箱(6)通过侧壁开口的方式保持常水头，双层加载板(4)通过若干竖向的中间隔板将内部空间分隔为2-4个独立供水腔；左侧水平供水腔(8)和右侧水平供水腔(9)分别位于土样室(13)的左侧壁和右侧壁，均由外侧多孔板(10)、内侧多孔板(11)及两侧多孔板之间填充的硅胶垫板(12)组成，其下部空间由若干横向的硅胶垫板(12)分隔成2-5个独立供水腔；土样室(13)底部设置碎石层，由若干竖向隔水板(14)分隔成2-4个独立供水腔，并填充碎石(15)；
所述右侧水平供水腔(9)的外侧多孔板(10)上对应每个独立供水腔开有一进水孔，通过进水管(18)连通供水箱(5)，并在右侧水平供水腔(9)的进水管路上设置水平止水阀门(21)；土样室(13)的前侧壁或后侧壁上对应碎石层的每个独立供水腔开有一进水孔，通过进水管(18)连通供水箱(5)，并在碎石层的进水管路上设置竖向止水阀门(22)；
所述左侧水平供水腔(8)的外侧多孔板(10)上对应每个独立供水腔开有一出水孔，通过出水管(19)连通储水箱(6)，并在左侧水平供水腔(8)的出水管路上设置水平止水阀门(21)；竖向供水腔(7)的上层多孔板上对应每个独立供水腔开有一出水孔，通过出水管(19)连通储水箱(6)，并在竖向供水腔(7)的出水管路上设置竖向止水阀门(22)；
所述测压系统由布设在土样室(13)的测压管壁上的若干个测压管口(16)组成，通过测压管口(16)连接外部测压管，来记录试样不同位置的压力水头。
2.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述双层加载板(4)由不锈钢板制成，上层多孔板和下层多孔板的开孔孔径为5-10mm。
3.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述双层加载板(4)的侧面倾斜板与水平方向倾角呈30°-45°。
4.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述双层加载板(4)的上层多孔板外侧装有一圈压条(23)，通过拧紧螺栓(25)对橡胶塞(24)施加反力，使橡胶塞(24)向四周膨胀，保证双层加载板(4)四周的密封性。
5.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述左侧水平供水腔(8)和右侧水平供水腔(9)的内侧多孔板(11)由不锈钢制成，开孔孔径为5-10mm。
6.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述左侧水平供水腔(8)和右侧水平供水腔(9)的外侧多孔板(10)及内侧多孔板(11)之间通过硅胶垫板(12)密封，硅胶垫板(12)厚10-20mm，通过拧紧螺栓(25)对其施加力，保证硅胶垫板(12)与板壁紧密贴合。
7.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述左侧水平供水腔(8)和右侧水平供水腔(9)的内部上侧全部采用硅胶垫板(12)密封，密封高度根据施加荷载及粗粒土压缩性，取试样初始高度的1/3-2/3，内部下侧通过硅胶垫板(12)分隔成独立供水腔，以保证竖向渗流时不会沿空腔发生短路渗流。
8.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述土样室(13)的竖向隔水板(14)高2-4cm，碎石层高度为隔水板(14)高度的1/2-2/3。
9.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述土样室(13)的竖向隔水板(14)与土样室(13)焊接在一起，且竖向隔水板(14)插入到粗粒土样内。
10.如权利要求1所述的一种室内同时测试不同压力下粗粒土水平向及竖向饱和渗透系数的试验装置，其特征在于，所述测压管口(16)以传力杆(17)为竖向对称轴对称布置在土样室(13)的后侧壁上，测压管口(16)数目为6-15个，其中行与列数目均要≥2。
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