CN110057738B - 一种使用胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料抗渗性能测试技术领域，具体涉及使用胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置的方法，该装置包括中心立杆，中心立杆的不同高度处分别设置有吊点并安装有多个试验套筒，试验套筒的上端敞口、下端密封，试验套筒内腔包括相互贯通的试品置放腔和渗水收集腔，套环上部的试品放置腔中放置有胶凝砂砾石材料的样品柱，样品柱的上端面裸露于套筒上端口处，套环下部的渗水收集腔的侧壁上开有侧孔，在侧孔处密封安装有气压计，将该装置投入现场环境水域，定时抽取试验套筒并通过气压变化值得到胶凝砂砾石材料的渗透性，反应不同现场环境下胶凝砂砾石的渗水性能，通过该方法测试得到的胶凝砂砾石材料的抗渗系数结果更加精确具有针对性。

Description

一种使用胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置的方法

技术领域

本发明涉及材料抗渗性能测试技术领域，具体涉及使用胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置的方法。

背景技术

胶凝砂砾石材料是一种新筑坝材料，是在天然级配的河床砂砾石料或开挖废弃料等工程建材中掺入少量的胶凝材料(水泥和粉煤灰)，通过设备拌合将砂砾石料胶结或者部分胶结后得到的一种新型材料。该种材料筑坝优势明显。

对胶凝砂砾石材料进行常规的抗渗试验，对材料特性进行试验研究，旨在确定胶凝砂砾石材料抗渗指标与胶凝材料用量和骨料级配之间的变化规律。目前对胶凝砂砾石的抗渗性能测试大多在实验室内，水泵与与供压系统相连营造不同的水压环境，由人为逐渐加压控制压强大小。实验过程存在诸多问题，试验持续时间长，实验人员轮流值班工作强度大，并且仪器设备结构复杂，试件装模与脱模耗费时间长，设备维护保养费用高，最重要是实验室环境与现场环境存在差别，胶凝砂砾石的抗渗性能并不是一个常数，其性能与环境条件、龄期发展、水化程度等因素密切相关，特别是环境条件的影响，使混凝土的抗渗性能不断发生着变化，因此必须对其进行长期的现场检测，以保障胶凝砂砾石抗渗性能符合建筑物的使用要求，所以实验室检测结果往往不能客观反应现场胶凝砂砾石的抗渗性能。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和问题，本发明提供一种胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置及其方法，该装置能够在现场环境下测定胶凝砂砾石材料的渗透性，反应真实不同现场环境下胶凝砂砾石的渗水性能，通过该方法测试得到的胶凝砂砾石材料的抗渗系数结果更加精确具有针对性。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置，包括中心立杆，在所述中心立杆的不同高度处分别设置有吊点，每个吊点处均安装有若干个试验套筒，所述试验套筒的上端敞口，试验套筒的下端密封，在试验套筒的内壁上还安装有套环，所述套环将试验套筒的内腔分隔为相互贯通的试品放置腔和渗水收集腔，套环上部的试品放置腔中放置有胶凝砂砾石材料的样品柱，样品柱的侧壁包覆有橡胶密封层，并且橡胶密封层与试验套筒的内壁贴合，样品柱的上端面裸露于套筒上端口处，套环下部的渗水收集腔的侧壁上开有侧孔，在侧孔处密封安装有气压计。

进一步的，在中心立杆的每个吊点处均安装有吊盘，所述吊盘的中心孔套装于中心立杆上，所述吊盘上围绕中心孔的位置均匀开有上下贯通的吊孔，并且在吊孔背离中心孔的外侧竖直开有豁口。

进一步的，试验套筒分别连接有牵引吊绳，所述牵引吊绳活动穿设于吊孔中并且能够从豁口中穿出，所述牵引吊绳上套固有柱塞，所述柱塞包括下塞体和上堵头，上堵头的直径大于下塞体的直径，所述下塞体能够塞进吊孔内，上堵头被阻挡在吊孔上端。

进一步的，试验套筒包括两个对称扣接的半筒体，两个半筒体在连接处分别向外延伸设置有对接边沿，对接边沿上均匀开有螺丝孔，两个半筒体的对接边沿之间夹设有橡胶密封垫并通过螺丝固定连接。

进一步的，牵引吊绳的末端设置有区别标签。

一种胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定方法，基于上述的装置，包括以下步骤：

步骤1：首先，由胶凝砂砾石材料制成的样品柱试件在拆模后，6-12个试件为一组，先送入养护室养护，试件到达龄期之后将试件、试验套筒及牵引吊绳进行组装，并在试验套筒侧壁安装气压计；保持中心立杆竖直放置，在中心立杆上部标记一条水平面线，从水平面线往下每隔5m安装一个吊盘，把组装好的试验套筒的牵引吊绳分别移至各个吊盘的吊孔中，按压牵引吊绳上的柱塞使柱塞向下插入吊孔内，使各个试验套筒分别悬吊于中心立杆在水面下不同深度位置的各个吊孔的下方；在每根牵引吊绳末端的区别标签上分别标注出对应的试验套筒所处的深度位置H。

步骤2：检验密封性，确认密封性良好后，记录气压计初始读数P。

步骤3：然后将中心立杆缓慢下移至现场环境的水池中，下移过程始终保持中心立杆竖直，使试验套筒缓慢潜入水面下方，直到中心立杆上标记的水平面线与水面达到平齐后停止下移，将中心立杆进行固定；并且牵引吊绳末端的区别标签始终保留在水面上方以保证能够被提拉；设定同一个吊盘上的试验套筒为一组，每隔1-3天，从每组试验套筒中分别取出一个试验套筒，分别记录相应的气压计的读数P＇。

步骤4：将所得试验数据汇入表格中，计算出每个试件的渗透系数并记录在表格中。

进一步的，每个试件的渗透系数通过达西公式计算得到，计算公式为：

式中，

——渗透系数；

——渗透流量；

——过水断面面积；

——水的容重，常规取1×10³kg/m³；

——试件高度；

——投入水深；

——正常大气压，取1.01×10⁵Pa；

——气压计读数。

本发明的有益效果：本发明的胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置，部件组合性强，拆卸、组装及移动方便，同时试件与测试装置之间可实现快速装模、脱模，方便操作，减少试验人员的工作量，提高效率。同时该方法用真实现场环境替代实验室模拟环境，持续性地对试件进行试验，现场环境真实反应在不同天气状态和水域环境下，胶凝砂砾石试件在呈阶梯分布的水面深度下（不同水压）的渗水程度，以及在同一深度、不同浸泡时间下的渗水程度，通过记录前后的压强差计算出试件的渗透系数，数据更加准确客观。

本发明的测定装置方便移动，十分适用于户外真实环境下对试件渗水性测试。试验套筒与试件可实现快速装卸，在试验套筒上腔容纳试件，下腔容纳渗过试件的积水，试件的四周被密封层密封，只留上下端面进行渗水，通过测定渗水前后的压差反映出试件的渗水性，试验数据精确。将试验套筒通过牵引吊绳潜入水面以下，为套筒内的胶凝砂砾石试件提供真实的水压环境，并且每个试验套筒都有独立的牵引吊绳，可供实验人员向上提拉，保证同一组实验组内的不同套筒能够在不同时间点被取出，从而能够获取较多组试验数据。

通过本方法对胶凝砂砾石进行渗水性能测试，不需要再模拟出一个实验室环境，直接将试验器材组装后放入现场水池中即可，自由度高，一套试验器材即可同时实现多组对照试验，整理各组试验数据分别计算得出各自的渗透系数，获得试验数据更细致，操作简单效率高。本方法允许对试件进行长期的现场检测，胶凝砂砾石材料的渗透性数据更加真实，以保障胶凝砂砾石抗渗性能符合建筑物的使用要求，最后通过读取压强的变化值计算出真实现场环境下胶凝砂砾石的渗透系数。

附图说明

图1为本发明在使用状态的整体结构示意图。

图2为本发明的试验套筒的结构示意图。

图3为半套筒的结构示意图。

图4为吊盘的俯视图。

图5为柱塞的结构示意图。

图中：1-中心立杆，2-吊点，3-吊盘，31-中心孔，32-吊孔，33-豁口，4-试验套筒，41-半筒体，42-对接边沿，43-螺丝孔，44-套环，45-侧孔，5-试品放置腔，6-渗水收集腔，7-气压计，8-牵引吊绳，9-柱塞，91-下塞体,92-上堵头，10-区别标签。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：一种胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置，如图1-3所示，包括中心立杆1，在中心立杆1的不同高度处分别设置有吊点2，相邻两个吊点之间距离3-8m，在中心立杆的每个吊点2处分别安装3-5个试验套筒，每个试验套筒4包括两个对称扣接的半筒体41，两个半筒体41在连接处分别向外延伸设置有对接边沿42，对接边沿上均匀开有螺丝孔43，两个半筒体的对接边沿42之间夹设有橡胶密封垫并通过螺丝固定连接，保证试验套筒4侧壁的密封性。将连个半筒体41组装好成一个完整的试验套筒4，试验套筒4的上端敞口、下端密封，在试验套筒4的内壁上还安装有套环44，试验套筒4的侧壁上位于套环44下端垂直安装有锁丝，锁丝将套环44水平固定在试验套筒4的内壁的中部。套环44将试验套筒4的内腔分隔为相互贯通的试品放置腔5和渗水收集腔6，套环44上部的试品放置腔5中放置有胶凝砂砾石材料的样品柱，样品柱的上端面裸露于试验套筒4的上端口处，样品柱的下端边缘处放置在套环44上，样品柱的侧壁包覆有橡胶密封层，并且橡胶密封层与试验套筒4的内壁贴合，保证渗水收集腔6为全密封状态，由于样品柱上端面的水压较大，渗水收集腔6内压强较小，样品柱上端面会持续向下渗水，渗水透过整个样品柱之后被收集至渗水收集腔6中。在套环44下部的渗水收集腔6的侧壁上开有侧孔45，在侧孔45处安装有气压计7，气压计7根据潜水深度选择IP等级高的气压器，本实施例可以选用为IP 68的气压计，气压计7与侧孔45的间隙缝中用密封层密封。气压计可以与主控器信号连接，将压力读数传输至主控器上。随着渗水收集腔6内的集水逐渐增多，渗水收集腔6的压强逐渐增大，通过读取前后的压强差能够计算出对应试件的渗透系数。

实施例2：本实施例的胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置以与实施例1中的不同点为中心进行说明。

如图1-5所示，在中心立杆1的每个吊点2处分别安装一个吊盘3，吊盘3上有开有中心孔31，围绕中心孔31分布有3-5个吊孔32，其中吊盘的中心孔31套固于中心立杆1上，本实施例中吊孔32的数量为3个，并且在吊孔32背离中心孔31的外侧竖直开有豁口33。

在试验套筒4的侧壁设计有吊耳，吊耳连接有牵引吊绳8，并且牵引吊绳8上套固有柱塞9，柱塞包括下塞体91和上堵头92，上堵头92的直径大于下塞体91的直径，牵引吊绳8下端与试验套筒4连接好之后，牵引吊绳8从豁口33中穿进吊孔32内，此时向下按压柱塞9，使下塞体91被按压塞进吊孔32内，上堵头92被阻挡在吊孔32上端，进而将吊绳8通过柱塞固定在吊盘3上。

当试件处于试验状态时，牵引吊绳8从吊孔32内穿过，通过下塞体91与吊孔32内壁的摩擦力以及试验套筒4本身的重力，能够防止柱塞9从吊孔32中挣脱，从而将试验套筒4悬挂在吊盘3上。当试验结束需将试验套筒4从水中提出时读取压力计7的读数时，向上提拉牵引吊绳8，使下塞体91从吊孔32中向上挣脱出来，接着将牵引吊绳8从豁口33中拉出，再把试验套筒4提上水面从而结束该试验套筒4内试件渗水性的测定。为了便于辨别水面下方的试验套筒4，每个试验套筒4上连接的牵引吊绳8的末端均设有区别标签10，区别标签10上注明该套筒所处的位置和高度。实施例2与实施例1相比，压力计7不需要连接主控器，同时通过牵引吊绳8这种结构能够及时将浸泡水面下不同时间的试件单独从水中取出，以便于而后在实验室里测定该试件材料其他性能的变化。

实施例3：

一种胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定方法，基于实施例2中的胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置，该方法包括以下步骤：

首先，由胶凝砂砾石材料制成的样品柱试件在拆模后，6-12个试件为一组，先送入养护室养护直至试件到达龄期。在试验之前，首先要组装试验套筒4，在开有侧孔的半筒体41上安装气压计，侧孔45的边缝处用密封垫密封，保证密封性良好。将圆柱形的试件放入该半筒体41的一端（位于套环44上侧的敞口端），然后将另一个没有侧孔的半筒体41扣放在试件上，并在对接边沿42缝隙中夹设一层橡胶密封垫，使两个半筒体41的对接边沿42平行压紧橡胶密封垫，螺丝穿过对接边沿上的螺丝孔43，拧紧螺丝使两个半筒体41的对接边沿42密封连接，保证试验套筒4侧壁良好的密封性。然后保持中心立杆1竖直放置，在中心立杆上部标记一条水平面线，该水平面线的深度位置记为H₀，从水平面线往下每隔5m安装一个吊盘3，把组装好的试验套筒的牵引吊绳8分别从豁口33处移至各个吊盘的吊孔32中，按压牵引吊绳8上的柱塞9使柱塞向下插入吊孔32内，使各个试验套筒4分别悬吊于中心立杆1在水面下不同深度位置的各个吊孔的下方，并在每根牵引吊绳8末端的区别标签10上分别标注出对应的试验套筒4所处的深度位置，分别记为H₁、H₂、H₃、…、H_n。

组装完成后，检验密封性，确认密封性良好后，记录气压计初始读数P₀。

然后，将中心立杆1缓慢下移至现场环境的水池中，下移过程始终保持中心立杆1竖直，使试验套筒4缓慢潜入水面下方，直到中心立杆1上标记的水平面线与水面达到平齐后停止下移，将中心立杆1固定在水岸上的固定桩上。并且牵引吊绳8末端的区别标签10也绑在水岸上的固定桩，以保证牵引吊绳8能够被提拉。根据实验需要，确定中心立杆的使用数量。设定同一个吊盘3上的3个试验套筒为一组，根据试验要求，每隔一段时间，比如2天，从每组试验套筒中分别取出一个试验套筒4，分别记录气压计的读数P₁＇、P₂＇、P₃＇、…、P_n＇，分别计算各自的压强差（P₁＇- P₀）、（P₂＇- P₀）、（P₃＇- P₀）、…、（P_n＇- P₀）。

试验设计：

将试件投入水库后，分别投入不同的深度，本实验中，分别在水面下5m、10m、15m、20m、25m处分别投放一组试件，分别在2天后、4天后、6天后从每组试件中抽取一个试件，作为一类对照组，该类对照组的试件承受水压相等，但渗水时间不同。

而位于同一深度的一组试件则组成二类对照组，该类对照组的的试件渗水时间相同，但承受水压不等。

随着试验的进行，陆续记录各试验套筒在实验前、后的压强差值，并通过达西公式计算出每个试验套筒中的所测试件在不同深度、不同时间下的渗透系数，其中，通过达西公式计算出每个试件的渗透系数的具体计算公式为如下：

式中，

——渗透系数；

——渗透流量；

——过水断面面积；

——水的容重，常规取1×10³kg/m³；

——试件高度；

——投入水深；

——正常大气压，取1.01×10⁵Pa；

——气压计读数。

然后，根据上述公式计算出各试验套筒对应试件的渗透系数值。

本试验不仅可以获取试件的渗透系数，还可以在试件潜入水下之前对试件先进行强度、耐久性等性能的测试，记录试验数据，然后再进行本发明中的渗水性能测试，待渗水性能测试完成之后，再次对经过水渗透试验后的试件进行强度、耐久性的性能测定，记录实验数据，与原试件的实验数据做对比分析，从而得出试件的渗透性能对试件的强度、耐久性等性能的影响，更加精确的得出试件的渗透性能与强度、耐久性等性能之间的关系。

Claims (4)

1.一种使用胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置的方法，其特征在于：所述现场测定装置包括中心立杆，在所述中心立杆的不同高度处分别设置有吊点，每个吊点处均安装有若干个试验套筒，所述试验套筒的上端敞口，试验套筒的下端密封，在试验套筒的内壁上还安装有套环，所述套环将试验套筒的内腔分隔为相互贯通的试品放置腔和渗水收集腔，套环上部的试品放置腔中放置有胶凝砂砾石材料的样品柱，样品柱的侧壁包覆有橡胶密封层，并且橡胶密封层与试验套筒的内壁贴合，样品柱的上端面裸露于试验套筒上端口处，套环下部的渗水收集腔的侧壁上开有侧孔，在侧孔处密封安装有气压计；在中心立杆的每个吊点处均安装有吊盘，所述吊盘的中心孔套装于中心立杆上，所述吊盘上围绕中心孔的位置均匀开有上下贯通的吊孔，并且在吊孔背离中心孔的外侧竖直开有豁口；所述试验套筒分别连接有牵引吊绳，所述牵引吊绳活动穿设于吊孔中并且能够从豁口中穿出，所述牵引吊绳上套固有柱塞，所述柱塞包括下塞体和上堵头，上堵头的直径大于下塞体的直径，所述下塞体能够塞进吊孔内，上堵头被阻挡在吊孔上端；

具体使用方法包括以下步骤：

步骤1：首先，由胶凝砂砾石材料制成的样品柱试件在拆模后，6-12个试件为一组，先送入养护室养护，试件到达龄期之后将试件、试验套筒及牵引吊绳进行组装，并在试验套筒侧壁安装气压计；保持中心立杆竖直放置，在中心立杆上部标记一条水平面线，从水平面线往下每隔5m安装一个吊盘，把组装好的试验套筒的牵引吊绳分别移至各个吊盘的吊孔中，按压牵引吊绳上的柱塞使柱塞向下插入吊孔内，使各个试验套筒分别悬吊于中心立杆在水面下不同深度位置的各个吊孔的下方；在每根牵引吊绳末端的区别标签上分别标注出对应的试验套筒所处的深度位置H；

步骤2：检验密封性，确认密封性良好后，记录气压计初始读数P；

步骤3：然后将中心立杆缓慢下移至现场环境的水池中，下移过程始终保持中心立杆竖直，使试验套筒缓慢潜入水面下方，直到中心立杆上标记的水平面线与水面达到平齐后停止下移，将中心立杆进行固定；并且牵引吊绳末端的区别标签始终保留在水面上方以保证能够被提拉；设定同一个吊盘上的试验套筒为一组，每隔1-3天，从每组试验套筒中分别取出一个试验套筒，分别记录相应的气压计的读数P＇；

步骤4：将所得试验数据汇入表格中，计算出每个试件的渗透系数并记录在表格中。

2.根据权利要求1所述的使用胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置的方法，其特征在于：所述试验套筒包括两个对称扣接的半筒体，所述侧孔开在其中一个半筒体上，两个半筒体在连接处分别向外延伸设置有对接边沿，对接边沿上均匀开有螺丝孔，两个半筒体的对接边沿之间夹设有橡胶密封垫并通过螺丝固定连接。

3.根据权利要求1所述的使用胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置的方法，其特征在于：所述牵引吊绳的末端设置有区别标签。

4.根据权利要求1所述的使用胶凝砂砾石材料抗渗性试验现场测定装置的方法，其特征在于：每个试件的渗透系数通过达西公式计算得到，计算公式为：

式中，

——渗透系数；

——渗透流量；

——过水断面面积；

——水的容重，常规取1×10³kg/m³；

——试件高度；

——投入水深；

——正常大气压，取1.01×10⁵Pa；

——气压计读数。

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