CN111024587A - 一种土石混合体流动电位测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种土石混合体流动电位测试装置及方法，可以反映土石混合体渗流的流动过程，实现对土石混合体渗流过程进行定量分析。测试装置，包括测试箱、电极、渗流压力计，所述测试箱的进水口通过管路连接上游水箱，所述测试箱的出水口通过管路连接下游水箱，所述测试箱与上游水箱、下游水箱之间的管路上分别设有阀门、水泵，所述测试箱中设有填筑区，用于填筑土石混合体，所述电极包括正电极、负电极，且沿渗流方向布置，用于插入填筑的土石混合体中，测量电位，所述渗流压力计具有上游测试部、下游测试部，用于布置在填筑的土石混合体中，测量渗流压力，渗流压力计的上游测试部、下游测试部与正电极、负电极对应布置。
Description
技术领域
本发明涉及土建技术领域，特别是涉及一种土石混合体流动电位测试装置及方法。
背景技术
近年来，随着西部交通、水利等基础设施的大量建设，土石混合体这一分布广、成本低的土建材料被广泛使用，主要运用于公路桥梁路基边坡填筑，尤其是在土石堤坝填筑中被大量采用。渗流影响着土石混合体结构的应力和变形形态，对土石混合体结构稳定性影响极大。目前，关于土石混合体渗流测试方法较多，传统的测试方通过直接测量渗透压力和渗流量进行测试，使用的测试仪器有测压管、渗压计、量水堰等；地球物理勘探的方法通过探测介质得到物理属性(如电导率、介电常数)差异来识别含水量分布，如高密度电阻率法、电磁法、弹性波法等；另外分布式光纤温度传感监测技术也有运用，其通过对光纤经过之处的温度场进行测量，利用温度变化进行渗流探测。以上这些方法的测量原理都不能反映土石混合体渗流的流动过程，也就不能对土石混合体渗流过程进行定量分析。该测量装置及方法在很大程度上改进了传统方法的缺陷，更适合于捕捉水流过程信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种土石混合体流动电位测试装置及方法，可以反映土石混合体渗流的流动过程，实现对土石混合体渗流过程进行定量分析。
本发明的目的是这样实现的：
一种土石混合体流动电位测试装置，包括测试箱、电极、渗流压力计，所述测试箱的进水口通过管路连接上游水箱，所述测试箱的出水口通过管路连接下游水箱，所述测试箱与上游水箱、下游水箱之间的管路上分别设有阀门、水泵，所述测试箱中设有填筑区，用于填筑土石混合体，所述电极包括正电极、负电极，且沿渗流方向布置，用于插入填筑的土石混合体中，测量电位，所述渗流压力计具有上游测试部、下游测试部，用于布置在填筑的土石混合体中，测量渗流压力，渗流压力计的上游测试部、下游测试部与正电极、负电极对应布置。
优选地，所述测试箱的中部立设有两张滤网，两张滤网与测试箱之间围合成所述填筑区，所述测试箱的进水口、出水口与对应的滤网之间留有间隔距离，使水流能够均匀渗入、流出填筑的土石混合体。
优选地，所述滤网采用钢丝网。
优选地，所述水泵采用可调式水泵。
优选地，测试箱上游端的水泵位于进水阀的上游端，测试箱下游端的水泵位于排水阀的下游端。
优选地，所述测试箱的顶部设有排气孔，所述排气孔与填筑区对应，所述排气孔与排气阀连接。
一种土石混合体流动电位测试方法，包括以下步骤：
S1、将土石混合体填筑于测试箱中的填筑区，在土石混合体中插入银-氯化银非极化电极，并布置渗流压力计；
S2、利用水泵将上游水箱中的水输入测试箱中，使水充满整个测试箱；
S3、待土石混合体吸水饱和后，通过电极测量土石混合体背景中的电位噪音，调节水泵将水按设定压力输入测试箱，再测量土石混合体中电位，得到土石混合体的流动电位。
优选地，步骤S1包括：
1)对土石混合体进行筛分，绘制土石混合体级配曲线，根据土石混合体颗粒粒径大小选取对应的测试箱；
2)制作泥浆，并将其刷在填筑区的壁上；
3)在填筑之前，在土石混合体填筑区两端各插入一张钢丝网，形成填筑区，防止土石颗粒被带走，造成管路堵塞；
4)将筛分好的土石混合体均匀地铺在填筑区内，且由低向高分层夯实，各层夯实过程中，用环刀取样，检验该层压实质量，压实度合格后，对其表面进行刨毛，再进行下一层填筑；
5)当填筑至设定深度时，布置电极、渗流压力计，在之后的夯实过程中，先用PVC管对电极、渗流压力计进行保护，待夯实结束后，拔出PVC管，对PVC管拔出后的间隙进行填充，保证银-氯化银非极化电极与渗流压力计与土石混合体接触。
优选地，步骤S2包括：
1)打开排气阀，关闭排水阀，将上游水箱充满水，打开进水阀调节水泵控制水流速度，使水流缓慢进入测试箱，并渗入土石混合体，防止水流冲散土石混合体；
2)待水流充满整个测试箱后，关闭进水阀。
优选地，步骤S3包括：
1)待土石混合体饱和后，关闭排气阀，调整万用表测量频率；
2)将电极接入万用表，测量土石混合体饱和静止时电位，得到土石混合体背景中的电位噪音；
3)打开排水阀和进水阀，调节水泵将水按设定压力输入测试箱，测量土石混合体饱和流动时的电位，得到土石混合体的流动电位。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明的装置及方法为土石混合体流动电位的测试，提供了一种简单高效的途径，填补了行业内的技术空白；能广泛适用于粒径分布范围较广，级配变化较大的土石路基、边坡、堤坝等工程；流动电位现象观察直观，流动电位与压力具有明显的相关性，能够反应土石混合体渗流压力变化；测量速度快，具有长期监测土石混合体渗流的潜力。
附图说明
图1为本发明装置的正视图；
图2为本发明装置的侧视图；
图3为本发明的测试方法流程图；
图4为本发明实施的测试结果图。
附图标记
附图中，测试箱1，银-氯化银非极化电极2，排气孔3，渗流压力计4，进水阀5，排水阀6，可调式水泵7，上游水箱8，下游水箱9，钢丝网10，土石混合体填筑区11。
具体实施方式
参见附图1、2、3，一种土石混合体流动电位测试装置，包括测试箱、电极、渗流压力计，所述测试箱的进水口通过管路连接上游水箱，所述测试箱的出水口通过管路连接下游水箱，所述测试箱与上游水箱、下游水箱之间的管路上分别设有阀门、水泵，所述水泵采用可调式水泵，可以调节水压。测试箱上游端的水泵位于进水阀的上游端，测试箱下游端的水泵位于排水阀的下游端。所述测试箱中设有填筑区，用于填筑土石混合体，所述电极包括正电极、负电极，且沿渗流方向布置，用于插入填筑的土石混合体中，测量电位，所述渗流压力计具有上游测试部、下游测试部，用于布置在填筑的土石混合体中，测量渗流压力，渗流压力计的上游测试部、下游测试部与正电极、负电极对应布置。
所述测试箱的中部立设有两张滤网，所述滤网采用钢丝网。两张滤网与测试箱之间围合成所述填筑区，所述测试箱的进水口、出水口与对应的滤网之间留有间隔距离，使水流能够均匀渗入、流出填筑的土石混合体。所述测试箱的顶部设有排气孔，所述排气孔与填筑区对应，所述排气孔与排气阀连接。
本实施例中，所述测试箱具有上盖、箱体，填筑过程中上盖开启，填筑完成后，上盖关闭，所述上盖上设置所述的排气孔，以及设有对电极让位的孔，箱体上设置对渗流压力计让位的孔。
一种土石混合体流动电位测试方法，包括以下步骤：
S1、将土石混合体填筑于测试箱中的填筑区，在土石混合体中插入银-氯化银非极化电极，并布置渗流压力计；
具体包括：
1)对土石混合体进行筛分，绘制土石混合体级配曲线，根据土石混合体颗粒粒径大小选取尺寸适宜的测试箱；根据SL237-1999，土工试验规程要求，“试验模型的边长或者截面直径不应小于试样粒径特征值d85的4-6倍”。
2)制作一定粘度的泥浆，并将其刷在填筑区的壁上；
3)在填筑之前，在土石混合体填筑区两端各插入一张钢丝网，防止土石颗粒被带走，造成管路堵塞；
4)将筛分好的土石混合体均匀地铺在填筑区内部，且设置一定厚度由低向高分层夯实，各层夯实过程中，用环刀取样，检验该层压实质量，压实度合格后，对其表面进行刨毛，再进行下一层填筑；
5)当填筑至设定深度时，布置电极、渗流压力计，在之后的夯实过程中，先用PVC管对电极、渗流压力计进行保护，待夯实结束后，拔出PVC管，用少量细颗粒土石对PVC管拔出后的间隙进行填充，保证银-氯化银非极化电极与渗流压力计与土石混合体接触。
S2、利用水泵将上游水箱中的水输入测试箱中，使水充满整个测试箱；
具体包括：
1)打开排气阀，关闭排水阀，将上游水箱充满水，打开进水阀调节水泵控制水流速度，使水流缓慢进入测试箱，并渗入土石混合体，防止水流冲散土石混合体；
2)待水流充满整个测试箱后，关闭进水阀。
S3、待土石混合体吸水饱和后，通过电极测量土石混合体背景中的电位噪音，调节水泵将水按设定压力输入测试箱，再测量土石混合体中电位，得到土石混合体的流动电位。
具体包括：
1)待土石混合体饱和后，关闭排气阀，调整万用表(多功能数字万用表)测量频率；
2)将电极接入万用表，测量土石混合体饱和静止时电位，得到土石混合体背景中的电位噪音；
3)打开排水阀和进水阀，调节水泵将水按设定压力输入测试箱，测量土石混合体饱和流动时的电位，得到土石混合体的流动电位。
根据前述步骤所获得土石混合体流动电位数据，即可对土石混合体流动电位现象进行观察。
图4所示为在一定渗流压力下土石混合体流动电位测量结果，该图直观反映了流动电位变化与压力的相关性，即稳定的渗流压力产生稳定的流动电位。
本发明提供了一种简单高效的途径，填补了行业内的技术空白；能广泛适用于粒径分布范围较广，级配变化较大的土石路基、边坡、堤坝等工程；流动电位现象观察直观，流动电位与压力具有明显的相关性，能够反应土石混合体渗流压力变化；测量速度快，具有长期监测土石混合体渗流的潜力。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种土石混合体流动电位测试装置，其特征在于：包括测试箱、电极、渗流压力计，所述测试箱的进水口通过管路连接上游水箱，所述测试箱的出水口通过管路连接下游水箱，所述测试箱与上游水箱、下游水箱之间的管路上分别设有阀门、水泵，所述测试箱中设有填筑区，用于填筑土石混合体，所述电极包括正电极、负电极，且沿渗流方向布置，用于插入填筑的土石混合体中，测量电位，所述渗流压力计具有上游测试部、下游测试部，用于布置在填筑的土石混合体中，测量渗流压力，渗流压力计的上游测试部、下游测试部与正电极、负电极对应布置。
2.根据权利要求1所述的一种土石混合体流动电位测试装置，其特征在于：所述测试箱的中部立设有两张滤网，两张滤网与测试箱之间围合成所述填筑区，所述测试箱的进水口、出水口与对应的滤网之间留有间隔距离，使水流能够均匀渗入、流出填筑的土石混合体。
3.根据权利要求2所述的一种土石混合体流动电位测试装置，其特征在于：所述滤网采用钢丝网。
4.根据权利要求1所述的一种土石混合体流动电位测试装置，其特征在于：所述水泵采用可调式水泵。
5.根据权利要求1或4所述的一种土石混合体流动电位测试装置，其特征在于：测试箱上游端的水泵位于进水阀的上游端，测试箱下游端的水泵位于排水阀的下游端。
6.根据权利要求1所述的一种土石混合体流动电位测试装置，其特征在于：所述测试箱的顶部设有排气孔，所述排气孔与填筑区对应，所述排气孔与排气阀连接。
7.一种土石混合体流动电位测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将土石混合体填筑于测试箱中的填筑区，在土石混合体中插入银-氯化银非极化电极，并布置渗流压力计；
S2、利用水泵将上游水箱中的水输入测试箱中，使水充满整个测试箱；
S3、待土石混合体吸水饱和后，通过电极测量土石混合体背景中的电位噪音，调节水泵将水按设定压力输入测试箱，再测量土石混合体中电位，得到土石混合体的流动电位。
8.根据权利要求7所述的一种土石混合体流动电位测试方法，其特征在于：步骤S1包括：
1)对土石混合体进行筛分，绘制土石混合体级配曲线，根据土石混合体颗粒粒径大小选取对应的测试箱；
2)制作泥浆，并将其刷在填筑区的壁上；
3)在填筑之前，在土石混合体填筑区两端各插入一张钢丝网，形成填筑区，防止土石颗粒被带走，造成管路堵塞；
4)将筛分好的土石混合体均匀地铺在填筑区内，且由低向高分层夯实，各层夯实过程中，用环刀取样，检验该层压实质量，压实度合格后，对其表面进行刨毛，再进行下一层填筑；
5)当填筑至设定深度时，布置电极、渗流压力计，在之后的夯实过程中，先用PVC管对电极、渗流压力计进行保护，待夯实结束后，拔出PVC管，对PVC管拔出后的间隙进行填充，保证银-氯化银非极化电极与渗流压力计与土石混合体接触。
9.根据权利要求7所述的一种土石混合体流动电位测试方法，其特征在于：步骤S2包括：
1)打开排气阀，关闭排水阀，将上游水箱充满水，打开进水阀调节水泵控制水流速度，使水流缓慢进入测试箱，并渗入土石混合体，防止水流冲散土石混合体；
2)待水流充满整个测试箱后，关闭进水阀。
10.根据权利要求9所述的一种土石混合体流动电位测试方法，其特征在于：步骤S3包括：
1)待土石混合体饱和后，关闭排气阀，调整万用表测量频率；
2)将电极接入万用表，测量土石混合体饱和静止时电位，得到土石混合体背景中的电位噪音；
3)打开排水阀和进水阀，调节水泵将水按设定压力输入测试箱，测量土石混合体饱和流动时的电位，得到土石混合体的流动电位。
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