CN111896449A - 一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法 - Google Patents

一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111896449A
CN111896449A CN202010673399.5A CN202010673399A CN111896449A CN 111896449 A CN111896449 A CN 111896449A CN 202010673399 A CN202010673399 A CN 202010673399A CN 111896449 A CN111896449 A CN 111896449A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circulating load
water
supporting
load motor
pipe
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.)
Granted
Application number
CN202010673399.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111896449B (zh
Inventor
刘晓磊
陆杨
余和雨
李亚沙
张淑玉
郑晓泉
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.)
Ocean University of China
Original Assignee
Ocean University of China
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 Ocean University of China filed Critical Ocean University of China
Priority to CN202010673399.5A priority Critical patent/CN111896449B/zh
Publication of CN111896449A publication Critical patent/CN111896449A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111896449B publication Critical patent/CN111896449B/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
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N2015/0846Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials by use of radiation, e.g. transmitted or reflected light

Abstract

本发明涉及一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法。该渗透仪包括:循环载荷系统、渗透系统和抽滤系统。循环载荷系统的循环荷载电机通过传动杆连接循环荷载槽中的活塞,循环荷载槽与循环荷载槽水阀连接;排气管连接至活塞的排气孔;渗透系统的变水头管通过变水头管水阀与样品柱水阀连接,供水槽通过供水槽水阀与样品柱水阀连接,样品柱水阀与下端的第一连接环的第一端连接;第一连接环的第二端与下端的样品柱的第一端连接,样品柱的第二端连接至下端的第二连接环的第一端;抽滤系统的真空抽滤管的第一端嵌入循环荷载槽连接至活塞的第二排气孔处,真空抽滤管的第二端与真空泵连接。本发明可以实现对饱和粉土渗透系数的动态测量。

Description

一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法
技术领域
本发明涉及海床渗透性测定领域,特别是涉及一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法。
背景技术
海床的渗透性作为海洋工程设计与海床稳定性评价的重要参数之一,其大小决定了海床土体的排水条件,影响着海床稳定性、土体孔压消散、固结速率等,但海床土体渗透性并非一成不变,特别是我国黄河口附近的饱和粉土海床在极端风暴条件下,会伴随土体内部超孔压积累,有效应力发生变化,从而使土颗粒在水头差的作用下发生粉土分层,使海床非均匀质化,进而引发海床土体渗透性或渗透系数发生变化。
目前关于饱和粉土渗透系数测定装置及方法中,大多将渗透系数视为常量,进而采用相关的实验方法测定饱和粉土渗透系数。例如,常规变水头实验,其实验装置结构简单,操作方便,但测定时渗透系数会发生变化,而采用常量的计算方式会存在误差;太沙基固结试验,其测得的数据相对准确,但固结系数会在固结试验中发生变化,因此渗透系数也为变量,同样的采用常量的计算方式会存在误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法,通过循环荷载电机模拟波浪的循环荷载作用,实现对饱和粉土渗透系数的动态测量。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,包括:循环载荷系统、渗透系统和抽滤系统;
所述循环载荷系统包括:循环荷载电机(2)、排气管(4)、循环荷载槽(5)、活塞(9)和循环荷载槽水阀(13);所述循环荷载槽(5)固定于所述循环荷载电机(2)下方,所述循环荷载电机(2)的输出端通过传动杆连接所述活塞(9),所述活塞(9)置于密封的所述循环荷载槽(5)中,所述循环荷载槽(5)与下方的所述循环荷载槽水阀(13)连接;所述活塞(9)上包括第一排气孔和第二排气孔,所述第一排气孔与所述排气管(4)直径相同,所述排气管(4)的第一端连接至所述活塞(9)的第一排气孔位置,所述排气管(4)嵌入所述循环荷载槽(5)的第一侧壁,且所述排气管(4)的第二端置于所述循环荷载槽(5)外部;
所述渗透系统包括:变水头管(1)、供水槽(6)、排水管(20)、供水槽水阀(14)、变水头管水阀(15)、样品柱(17)、2个透水石(18)、2个连接环(19)和样品柱水阀(35);2个透水石(18)分别位于2个连接环(19)内,2个连接环(19)分别为第一连接环和第二连接环;所述变水头管(1)通过所述变水头管水阀(15)与所述样品柱水阀(35)连接,所述供水槽(6)通过所述供水槽水阀(14)与所述样品柱水阀(35)连接,所述样品柱水阀(35)与下端的所述第一连接环的第一端连接;所述第一连接环的第二端与下端的所述样品柱(17)的第一端连接,所述样品柱(17)的第二端连接至下端的所述第二连接环的第一端;
所述抽滤系统包括:真空泵(8)和真空抽滤管(30);所述真空抽滤管(30)的第一端嵌入所述循环荷载槽(5)连接至所述活塞(9)的第二排气孔处,所述第二排气孔与所述真空抽滤管(30)的直径相同,所述真空抽滤管(30)的第二端与所述真空泵(8)连接。
可选的,还包括支撑系统;所述支撑系统包括:循环荷载电机支撑板(3)、6个循环荷载电机支撑杆(10)、支撑板(11)、2个支撑卡槽(12)、高度均可调节的2个垂直支撑杆(23)、2个水平支撑杆(26)、支撑底板(29)、2个支撑柱(33)和2个支撑底座(34);
6个循环荷载电机支撑杆(10)分别为第一循环荷载电机支撑杆、第二循环荷载电机支撑杆、第三循环荷载电机支撑杆、第四循环荷载电机支撑杆、第五循环荷载电机支撑杆和第六循环荷载电机支撑杆,所述第一循环荷载电机支撑杆和所述第二循环荷载电机支撑杆的长度相同,所述第三循环荷载电机支撑杆和所述第四循环荷载电机支撑杆的长度相同,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的长度相同,且所述第一循环荷载电机支撑杆的长度等于所述第三循环荷载电机支撑杆与所述第五循环荷载电机支撑杆的长度之和;2个支撑卡槽(12)分别为第一支撑卡槽和第二支撑卡槽;2个垂直支撑杆(23)分别为第一垂直支撑杆和第二垂直支撑杆;2个水平支撑杆(26)分别为第一水平支撑杆和第二水平支撑杆;2个支撑柱(33)分别为第一支撑柱和第二支撑柱;2个支撑底座(34)分别为第一支撑底座和第二支撑底座;
所述第一支撑柱焊接于所述第一支撑底座上,所述第二支撑柱焊接于所述第二支撑底座上;所述支撑底板(29)固定于所述第一支撑柱和所述第二支撑柱上;所述第一水平支撑杆焊接于所述第一支撑底座的外侧,所述第二水平支撑杆焊接于所述第二支撑底座的外侧;所述第一垂直支撑杆焊接于所述第一水平支撑杆上,所述第二垂直支撑杆焊接于所述第二水平支撑杆上;所述第一支撑卡槽水平焊接于所述第一垂直支撑杆顶部,所述第二支撑卡槽水平焊接于所述第二垂直支撑杆顶部;所述第一支撑卡槽和所述第二支撑卡槽以卡子的方式分别固定所述支撑板(11)的两端;
所述第一循环荷载电机支撑杆和所述第二循环荷载电机支撑杆穿过所述支撑板(11)的第一端固定于所述支撑底板(29)的第一侧,所述第三循环荷载电机支撑杆和所述第四循环荷载电机支撑杆固定于所述支撑板(11)上,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的第一端固定于所述支撑板(11)的第二端,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的第二端固定于所述支撑底板(29)的第二侧;
所述循环荷载电机支撑板(3)焊接于4个循环荷载电机支撑杆(10)的顶端;所述循环荷载电机(2)固定于所述循环荷载电机支撑板(3)上。
可选的,还包括:角度转换系统;所述角度转换系统包括侧压槽(7)、排水管(20)、弯管水阀(21)、弯管(22)、排水阀(24)、弧形轨道(25)、水平轨道(27)、角度转换器(28)、排水口(31)和角度转换把手(32);
所述第一支撑底座置所述于弧形轨道(25)内,所述第二支撑底座置于所述水平轨道(27)内;所述角度转换器(28)套接于所述第二支撑座外部,所述角度转换把手(32)焊接于所述角度转换器(28)上;所述弯管(22)固定于所述支撑底板(29)上,所述第二连接环的第二端与所述弯管(22)的第一端连接,所述排水口(31)置于所述弯管(22)底部,所述排水阀(24)镶嵌于所述排水口(31)上方,所述弯管水阀(21)嵌于所述弯管(22)第一端曲率为零的位置,所述弯管(22)的第二端通过第三连接环与所述侧压槽(7)连接。
可选的,还包括:2个螺栓(16);2个螺栓(16)分别镶嵌于2个垂直支撑杆(23)中间,所述螺栓(16)用于调节对应的垂直支撑杆(23)的高度。
本发明还提供一种用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法,所述用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法应用于前述的用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,所述用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法包括:
采用所述测定饱和粉土渗透系数的渗透仪对粉土样品进行抽滤饱和和固结;并关闭所有开关阀门,使循环荷载槽(5)、供水槽(6)和侧压槽(7)内水位一致;
在CT扫描仪的样品舱内,打开循环荷载槽水阀(13)、供水槽水阀(14)、弯管水阀(21)和样品柱水阀(35);
采用所述CT扫描仪,对饱和粉土样品进行初始结构的扫描;
打开循环荷载电机,采用所述CT扫描仪对模拟波浪的循环荷载作用下的粉土样品进行扫描;
当所述饱和粉土样品液化后停止扫描;
根据所述CT扫描仪的所有扫描数据确定不同状态下的饱和粉土渗透系数。
可选的,所述采用所述测定饱和粉土渗透系数的渗透仪对粉土样品进行抽滤饱和和固结,具体包括:
添加粉土样品;
向供水槽(5)、侧压槽(7)中添加海水,打开除变水头管水阀(15)、排水阀(24)以外的水阀,并将排气管(4)的阀门打开,使供水槽(6)内海水流入循环荷载槽(9)中;
当供水槽(5)、循环荷载槽(5)、侧压槽(7)的水位相同且水位到达设定位置时停止添加海水;
关闭供水槽水阀(14)、弯管水阀(21),排气管(4)的阀门,打开真空抽滤泵(8)对所述粉土样品进行抽滤;
当粉土样品达到饱和时,关闭所有阀门开关,使饱和粉土样品固结。
可选的,所述添加粉土样品,之前还包括:
将所有水阀关闭;
将固定于支撑底板(29)的第一循环荷载电机支撑杆、第二循环荷载电机支撑杆、第五循环荷载电机支撑杆和第六循环荷载电机支撑杆拧松,同时将连接于样品柱(17)上部的第一连接环拧松;
将垂直支撑杆(6)上调至设定位置;
旋转角度转换把手(32)带动角度转换器(28)、弯管(22)、样品柱(17)、支撑底板(29)、支撑柱(33)沿弧形轨道(25)转动到设定位置,以添加粉土样品。
可选的,所述采用所述测定饱和粉土渗透系数的渗透仪对粉土样品进行抽滤饱和和固结,之后还包括:
在变水头管(1)内加入海水,使所述变水头管(1)内的水位超过循环荷载槽(5)、供水槽(6)和侧压槽(7)的水位;
依次打开变水头管水阀(15)和样品柱水阀(35);
水头作用在饱和粉土上一定时间后打开排水管(31)的止水夹;
变水头管(1)内液面下降至设定高度,且排水管(20)有稳定水流流出时,开始记录时间及变水头管(1)的液面高度;
当变水头管液面与其它水槽内液面相同时,记录终止时刻及终止液面高度;
根据记录的时间及对应的液面高度,采用达西定律计算渗透系数,完成饱和粉土常规变水头实验。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明通过循环荷载电机模拟波浪的循环荷载作用,可以实现模拟波浪下的饱和粉土的状态变化,进而可以实现对饱和粉土渗透系数的动态测量。同时,为了减少粉土在饱和后发生扰动,本发明通过渗透系统和抽滤系统实现粉土的抽滤饱和,进而减小饱和粉土渗透系数的动态测量的误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪的主视图;
图2为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪的侧视图;
图3为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪的俯视图;
图4为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪抬升后的示意图;
图5为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪旋转后的示意图;
图6为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪进行CT扫描的示意图。
图中标号:1、变水头管,2、循环荷载电机,3、循环荷载电机支撑板,4、排气管,5、循环荷载槽,6、供水槽,7、侧压槽,8、真空泵,9、活塞,10、循环荷载电机支撑杆,11、支撑板,12、支撑卡槽,13、循环荷载槽水阀、14、供水槽水阀,15、变水头管水阀,16、螺栓,17、样品柱,18、透水石,19、连接环,20、排水管,21、弯管水阀,22、弯管,23、垂直支撑杆,24、排水阀,25、弧形轨道,26、水平支撑杆,27、水平轨道,28、角度转换器,29、支撑底板,30、真空抽滤管、31、排水口、32、角度转换把手,33、支撑杆,34、支撑底座,35、样品柱水阀,36、CT扫描仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪的主视图,图2为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪的侧视图,图3为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪的俯视图。如图1-图3所示,本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪包括:循环载荷系统、渗透系统和抽滤系统。
所述循环载荷系统包括:循环荷载电机2、排气管4、循环荷载槽5、活塞9和循环荷载槽水阀13。所述循环荷载槽5固定于所述循环荷载电机2下方,所述循环荷载槽5保持密封状态。所述循环荷载电机2的输出端通过传动杆连接所述活塞9,所述活塞9置于密封的所述循环荷载槽5中,所述循环荷载槽5与下方的所述循环荷载槽水阀13连接;所述活塞9上包括第一排气孔和第二排气孔。所述第一排气孔与所述排气管4直径相同,所述排气管4的第一端连接至所述活塞9的第一排气孔位置,所述排气管4嵌入所述循环荷载槽5的第一侧壁,且所述排气管4的第二端置于所述循环荷载槽5外部,用于将循环荷载槽5内部多余的空气排出。
所述渗透系统包括:变水头管1、供水槽6、排水管20、供水槽水阀14、变水头管水阀15、样品柱17、2个透水石18、2个连接环19和样品柱水阀35。每个连接环19内对应设有透水石18,用于防止粉土样品流失。2个连接环19分别为第一连接环和第二连接环;所述变水头管1通过所述变水头管水阀15与所述样品柱水阀35连接,所述供水槽6通过所述供水槽水阀14与所述样品柱水阀35连接,所述样品柱水阀35与下端的所述第一连接环的第一端通过螺栓连接;所述第一连接环的第二端与下端的所述样品柱17的第一端通过嵌套的方式连接,所述样品柱17的第二端通过嵌套的方式连接至下端的所述第二连接环的第一端。
所述抽滤系统包括:真空泵8和真空抽滤管30。所述真空抽滤管30的第一端嵌入所述循环荷载槽5连接至所述活塞9的第二排气孔处,用于抽滤饱和。所述第二排气孔与所述真空抽滤管30的直径相同,所述真空抽滤管30的第二端与所述真空泵8连接。
作为另一实施例,本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,还包括:支撑系统。所述支撑系统包括:循环荷载电机支撑板3、6个循环荷载电机支撑杆10、支撑板11、2个支撑卡槽12、高度均可调节的2个垂直支撑杆23、2个水平支撑杆26、支撑底板29、2个支撑柱33和2个支撑底座34。
6个循环荷载电机支撑杆10分别为第一循环荷载电机支撑杆、第二循环荷载电机支撑杆、第三循环荷载电机支撑杆、第四循环荷载电机支撑杆、第五循环荷载电机支撑杆和第六循环荷载电机支撑杆,所述第一循环荷载电机支撑杆和所述第二循环荷载电机支撑杆的长度相同,所述第三循环荷载电机支撑杆和所述第四循环荷载电机支撑杆的长度相同,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的长度相同,且所述第一循环荷载电机支撑杆的长度等于所述第三循环荷载电机支撑杆与所述第五循环荷载电机支撑杆的长度之和;2个支撑卡槽12分别为第一支撑卡槽和第二支撑卡槽;2个垂直支撑杆23分别为第一垂直支撑杆和第二垂直支撑杆;2个水平支撑杆26分别为第一水平支撑杆和第二水平支撑杆;2个支撑柱33分别为第一支撑柱和第二支撑柱;2个支撑底座34分别为第一支撑底座和第二支撑底座。
所述第一支撑柱焊接于所述第一支撑底座上,所述第二支撑柱焊接于所述第二支撑底座上;所述支撑底板29固定于所述第一支撑柱和所述第二支撑柱上;所述第一水平支撑杆焊接于所述第一支撑底座的外侧,所述第二水平支撑杆焊接于所述第二支撑底座的外侧;所述第一垂直支撑杆焊接于所述第一水平支撑杆上,所述第二垂直支撑杆焊接于所述第二水平支撑杆上。所述第一支撑卡槽水平焊接于所述第一垂直支撑杆顶部,所述第二支撑卡槽水平焊接于所述第二垂直支撑杆顶部;所述第一支撑卡槽和所述第二支撑卡槽以卡子的方式分别固定所述支撑板11的两端,以实现支撑板11随高度调节的垂直支撑杆23在竖直方向移动。2个垂直支撑杆23高度均可调节,例如,可以将2个螺栓16分别镶嵌于2个垂直支撑杆23中间,进而通过螺栓16调节对应的垂直支撑杆23的高度。
所述第一循环荷载电机支撑杆和所述第二循环荷载电机支撑杆穿过所述支撑板11的第一端以螺栓固定的方式固定于所述支撑底板29的第一侧,所述第三循环荷载电机支撑杆和所述第四循环荷载电机支撑杆以螺栓固定的方式固定于所述支撑板11上,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的第一端以螺栓固定的方式固定于所述支撑板11的第二端,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的第二端以螺栓固定的方式固定于所述支撑底板29的第二侧。
所述循环荷载电机支撑板3焊接于4个循环荷载电机支撑杆10的顶端;所述循环荷载电机2固定于所述循环荷载电机支撑板3上。
作为另一实施例,本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,还包括:角度转换系统;所述角度转换系统包括侧压槽7、排水管20、弯管水阀21、弯管22、排水阀24、弧形轨道25、水平轨道27、角度转换器28、排水口31和角度转换把手32。
所述第一支撑底座置所述于弧形轨道25内,所述第二支撑底座置于所述水平轨道27内;所述角度转换器28套接于所述第二支撑座外部,所述角度转换把手32焊接于所述角度转换器28上;所述弯管22固定于所述支撑底板29上,所述第二连接环的第二端与所述弯管22的第一端连接,所述排水口31置于所述弯管22底部,所述排水阀24镶嵌于所述排水口31上方,所述弯管水阀21嵌于所述弯管22第一端曲率为零的位置,所述弯管22的第二端通过第三连接环与所述侧压槽7连接,侧压槽7的端面圆心与角度转换器28的端面圆心在竖直方向重合。
基于上述的用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,本发明还提供用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法,具体包括以下过程:
1、对粉土样品进行抽滤饱和。具体操作如下:
(1)实验开始前将所有水阀关闭,然后将固定于支撑底板29的四根循环荷载电机支撑杆10即第一循环荷载电机支撑杆、第二循环荷载电机支撑杆、第五循环荷载电机支撑杆和第六循环荷载电机支撑杆拧松,同时将连接于样品柱上部的连接环19拧松,然后调节螺栓16使变水头管1、循环荷载电机2及循环荷载电机支撑板3、供水槽6、侧压槽7等与垂直支撑杆23同步上调至合适位置。如图4所示,图4为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪抬升后的示意图。
(2)旋转角度转换把手32带动角度转换器28、弯管22、样品柱17、支撑底板29、支撑柱33沿弧形轨道25转动到合适位置,以便于添加制备好的粉土样品。如图5所示,图5为本发明用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪旋转后的示意图。
(3)添加好粉土样品后将所有装置归回原位,然后缓慢向供水槽6、侧压槽7中添加海水,打开除变水头管水阀15、排水阀24以外的水阀,同时将排气管4的阀门打开,便于供水槽6内海水流入循环荷载槽9中,待供水槽6、循环荷载槽5、侧压槽7水位至合适位置且水位相同时停止添加海水。
(4)关闭供水槽水阀14、弯管水阀21,排气管4的阀门,打开真空抽滤泵8,使样品柱17中粉土内部的空气沿样品柱17上段的连接环19、循环荷载水槽5、活塞9上的第二排气孔及真空抽滤管30抽除,使土体达到饱和,关闭所有阀门开关。抽滤饱和后根据需要让饱和粉土固结一定时间。
2、基于CT扫描技术的饱和粉土渗透系数测定实验。具体操作如下:
(1)对粉土样品进行抽滤饱和和固结后,关闭所有开关阀门,并保证各水槽内水位一致。再将渗透仪放入CT扫描仪样品舱内,如图6所示。打开循环荷载槽水阀13、供水槽水阀14、弯管水阀21和样品柱水阀35,并将控制循环荷载电机的电源开关从样品舱内引出,关闭CT扫描仪样品舱舱门。
(2)完成上述过程后,打开CT扫描仪,对样品进行初始结构的扫描,扫描方式由样品柱底部向上以一定高度间隔扫描五组数据。
(3)完成初始结构扫描后,打开循环荷载电机2开始模拟波浪的循环荷载作用,并同步开启扫描。扫描以一定时间间隔开展,扫描方式与样品初始结构扫描时相同,至饱和粉土液化后停止扫描。
(4)根据CT扫描仪的所有扫描数据确定不同状态下的饱和粉土渗透系数。此步骤采用现有的饱和粉土渗透系数分析方法进行分析。
此外,作为另一实施例,本发明用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法,还可以实现饱和粉土常规变水头试验。饱和粉土固结完成后,在变水头管内加入一定海水,使变水头管内水位超过循环荷载槽5、供水槽6、侧压槽7,依次打开变水头管水阀15、样品柱水阀35。待水头作用在饱和粉土上一定时间后打开排水口31的止水夹,待变水头管1内液面有明显下降,排水管20有稳定水流流出时开始记录时间及变水头管1的初始液面高度,以变水头管液面与其它水槽内液面相同时为实验终止时刻。然后根据所得数据采用达西定律可以计算渗透系数。
因此,本发明不仅能够实现基于CT扫描技术测定饱和粉土在循环荷载作用下渗透系数动态变化数据,还能够实现粉土饱和抽滤以及常规变水头实验。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,其特征在于,包括:循环载荷系统、渗透系统和抽滤系统;
所述循环载荷系统包括:循环荷载电机(2)、排气管(4)、循环荷载槽(5)、活塞(9)和循环荷载槽水阀(13);所述循环荷载槽(5)固定于所述循环荷载电机(2)下方,所述循环荷载电机(2)的输出端通过传动杆连接所述活塞(9),所述活塞(9)置于密封的所述循环荷载槽(5)中,所述循环荷载槽(5)与下方的所述循环荷载槽水阀(13)连接;所述活塞(9)上包括第一排气孔和第二排气孔,所述第一排气孔与所述排气管(4)直径相同,所述排气管(4)的第一端连接至所述活塞(9)的第一排气孔位置,所述排气管(4)嵌入所述循环荷载槽(5)的第一侧壁,且所述排气管(4)的第二端置于所述循环荷载槽(5)外部;
所述渗透系统包括:变水头管(1)、供水槽(6)、排水管(20)、供水槽水阀(14)、变水头管水阀(15)、样品柱(17)、2个透水石(18)、2个连接环(19)和样品柱水阀(35);2个透水石(18)分别位于2个连接环(19)内,2个连接环(19)分别为第一连接环和第二连接环;所述变水头管(1)通过所述变水头管水阀(15)与所述样品柱水阀(35)连接,所述供水槽(6)通过所述供水槽水阀(14)与所述样品柱水阀(35)连接,所述样品柱水阀(35)与下端的所述第一连接环的第一端连接;所述第一连接环的第二端与下端的所述样品柱(17)的第一端连接,所述样品柱(17)的第二端连接至下端的所述第二连接环的第一端;
所述抽滤系统包括:真空泵(8)和真空抽滤管(30);所述真空抽滤管(30)的第一端嵌入所述循环荷载槽(5)连接至所述活塞(9)的第二排气孔处,所述第二排气孔与所述真空抽滤管(30)的直径相同,所述真空抽滤管(30)的第二端与所述真空泵(8)连接。
2.根据权利要求1所述的用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,其特征在于,还包括支撑系统;所述支撑系统包括:循环荷载电机支撑板(3)、6个循环荷载电机支撑杆(10)、支撑板(11)、2个支撑卡槽(12)、高度均可调节的2个垂直支撑杆(23)、2个水平支撑杆(26)、支撑底板(29)、2个支撑柱(33)和2个支撑底座(34);
6个循环荷载电机支撑杆(10)分别为第一循环荷载电机支撑杆、第二循环荷载电机支撑杆、第三循环荷载电机支撑杆、第四循环荷载电机支撑杆、第五循环荷载电机支撑杆和第六循环荷载电机支撑杆,所述第一循环荷载电机支撑杆和所述第二循环荷载电机支撑杆的长度相同,所述第三循环荷载电机支撑杆和所述第四循环荷载电机支撑杆的长度相同,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的长度相同,且所述第一循环荷载电机支撑杆的长度等于所述第三循环荷载电机支撑杆与所述第五循环荷载电机支撑杆的长度之和;2个支撑卡槽(12)分别为第一支撑卡槽和第二支撑卡槽;2个垂直支撑杆(23)分别为第一垂直支撑杆和第二垂直支撑杆;2个水平支撑杆(26)分别为第一水平支撑杆和第二水平支撑杆;2个支撑柱(33)分别为第一支撑柱和第二支撑柱;2个支撑底座(34)分别为第一支撑底座和第二支撑底座;
所述第一支撑柱焊接于所述第一支撑底座上,所述第二支撑柱焊接于所述第二支撑底座上;所述支撑底板(29)固定于所述第一支撑柱和所述第二支撑柱上;所述第一水平支撑杆焊接于所述第一支撑底座的外侧,所述第二水平支撑杆焊接于所述第二支撑底座的外侧;所述第一垂直支撑杆焊接于所述第一水平支撑杆上,所述第二垂直支撑杆焊接于所述第二水平支撑杆上;所述第一支撑卡槽水平焊接于所述第一垂直支撑杆顶部,所述第二支撑卡槽水平焊接于所述第二垂直支撑杆顶部;所述第一支撑卡槽和所述第二支撑卡槽以卡子的方式分别固定所述支撑板(11)的两端;
所述第一循环荷载电机支撑杆和所述第二循环荷载电机支撑杆穿过所述支撑板(11)的第一端固定于所述支撑底板(29)的第一侧,所述第三循环荷载电机支撑杆和所述第四循环荷载电机支撑杆固定于所述支撑板(11)上,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的第一端固定于所述支撑板(11)的第二端,所述第五循环荷载电机支撑杆和所述第六循环荷载电机支撑杆的第二端固定于所述支撑底板(29)的第二侧;
所述循环荷载电机支撑板(3)焊接于4个循环荷载电机支撑杆(10)的顶端;所述循环荷载电机(2)固定于所述循环荷载电机支撑板(3)上。
3.根据权利要求2所述的用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,其特征在于,还包括:角度转换系统;所述角度转换系统包括侧压槽(7)、排水管(20)、弯管水阀(21)、弯管(22)、排水阀(24)、弧形轨道(25)、水平轨道(27)、角度转换器(28)、排水口(31)和角度转换把手(32);
所述第一支撑底座置所述于弧形轨道(25)内,所述第二支撑底座置于所述水平轨道(27)内;所述角度转换器(28)套接于所述第二支撑座外部,所述角度转换把手(32)焊接于所述角度转换器(28)上;所述弯管(22)固定于所述支撑底板(29)上,所述第二连接环的第二端与所述弯管(22)的第一端连接,所述排水口(31)置于所述弯管(22)底部,所述排水阀(24)镶嵌于所述排水口(31)上方,所述弯管水阀(21)嵌于所述弯管(22)第一端曲率为零的位置,所述弯管(22)的第二端通过第三连接环与所述侧压槽(7)连接。
4.根据权利要求2所述的用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,其特征在于,还包括:2个螺栓(16);2个螺栓(16)分别镶嵌于2个垂直支撑杆(23)中间,所述螺栓(16)用于调节对应的垂直支撑杆(23)的高度。
5.一种用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法,其特征在于,所述用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法用于权利要求1-4任一项所述的用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪,所述用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法包括:
采用所述测定饱和粉土渗透系数的渗透仪对粉土样品进行抽滤饱和和固结;并关闭所有开关阀门,使循环荷载槽(5)、供水槽(6)和侧压槽(7)内水位一致;
在CT扫描仪的样品舱内,打开循环荷载槽水阀(13)、供水槽水阀(14)、弯管水阀(21)和样品柱水阀(35);
采用所述CT扫描仪,对饱和粉土样品进行初始结构的扫描;
打开循环荷载电机,采用所述CT扫描仪对模拟波浪的循环荷载作用下的粉土样品进行扫描;
当所述饱和粉土样品液化后停止扫描;
根据所述CT扫描仪的所有扫描数据确定不同状态下的饱和粉土渗透系数。
6.根据权利要求5所述的用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法,其特征在于,所述采用所述测定饱和粉土渗透系数的渗透仪对粉土样品进行抽滤饱和和固结,具体包括:
添加粉土样品;
向供水槽(5)、侧压槽(7)中添加海水,打开除变水头管水阀(15)、排水阀(24)以外的水阀,并将排气管(4)的阀门打开,使供水槽(6)内海水流入循环荷载槽(9)中;
当供水槽(5)、循环荷载槽(5)、侧压槽(7)的水位相同且水位到达设定位置时停止添加海水;
关闭供水槽水阀(14)、弯管水阀(21),排气管(4)的阀门,打开真空抽滤泵(8)对所述粉土样品进行抽滤;
当粉土样品达到饱和时,关闭所有阀门开关,使饱和粉土样品固结。
7.根据权利要求6所述的用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法,其特征在于,所述添加粉土样品,之前还包括:
将所有水阀关闭;
将固定于支撑底板(29)的第一循环荷载电机支撑杆、第二循环荷载电机支撑杆、第五循环荷载电机支撑杆和第六循环荷载电机支撑杆拧松,同时将连接于样品柱(17)上部的第一连接环拧松;
将垂直支撑杆(23)上调至设定位置;
旋转角度转换把手(32)带动角度转换器(28)、弯管(22)、样品柱(17)、支撑底板(29)、支撑柱(33)沿弧形轨道(25)转动到设定位置,以添加粉土样品。
8.根据权利要求5所述的用于测定饱和粉土渗透系数的测定方法,其特征在于,所述采用所述测定饱和粉土渗透系数的渗透仪对粉土样品进行抽滤饱和和固结,之后还包括:
在变水头管(1)内加入海水,使所述变水头管(1)内的水位超过循环荷载槽(5)、供水槽(6)和侧压槽(7)的水位;
依次打开变水头管水阀(15)和样品柱水阀(35);
水头作用在饱和粉土上一定时间后打开排水管(31)的止水夹;
变水头管(1)内液面下降至设定高度,且排水管(20)有稳定水流流出时,开始记录时间及变水头管(1)的液面高度;
当变水头管液面与其它水槽内液面相同时,记录终止时刻及终止液面高度;
根据记录的时间及对应的液面高度,采用达西定律计算渗透系数,完成饱和粉土常规变水头实验。
CN202010673399.5A 2020-07-14 2020-07-14 一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法 Active CN111896449B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010673399.5A CN111896449B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010673399.5A CN111896449B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111896449A true CN111896449A (zh) 2020-11-06
CN111896449B CN111896449B (zh) 2021-06-01

Family

ID=73192591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010673399.5A Active CN111896449B (zh) 2020-07-14 2020-07-14 一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111896449B (zh)

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1831514A (zh) * 2005-03-10 2006-09-13 中南大学 渗透系数测定方法及测定仪
CN1841042A (zh) * 2005-03-28 2006-10-04 同济大学 土壤渗透仪
CN101788451A (zh) * 2010-02-09 2010-07-28 浙江树人大学 粉土抗渗强度测定设备和方法
CN103808643A (zh) * 2014-03-03 2014-05-21 中国科学院地质与地球物理研究所 土体一维固结条件下垂直渗流试验方法
CN105424466A (zh) * 2015-11-19 2016-03-23 中国石油天然气集团公司 一种评价波浪作用下砂土对埋置海底管线抗力的方法
CN105588796A (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 扬州大学 一种精确快速测定土壤渗透系数的装置
CN106404628A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 上海大学 一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置
CN107063972A (zh) * 2017-05-23 2017-08-18 山东大学 一种常‑变水头一体化渗透系数测定装置及其试验方法
CN206756653U (zh) * 2017-04-13 2017-12-15 石河子大学 定水头和变水头土壤渗透系数测定组合装置
CN108181220A (zh) * 2017-12-13 2018-06-19 浙江大学 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
CN108226008A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 西安理工大学 自循环变水头达西渗透实验仪
CN108801881A (zh) * 2018-09-07 2018-11-13 福州大学 粉土、黏性土水平和竖向渗透系数联合测定装置及其试验方法
US20190128792A1 (en) * 2017-11-01 2019-05-02 Lafayette College Horizontal soil permeability testing device
CN110849793A (zh) * 2019-12-20 2020-02-28 绍兴市容纳测控技术有限公司 一种变水头渗透系数测量装置及其测量方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1831514A (zh) * 2005-03-10 2006-09-13 中南大学 渗透系数测定方法及测定仪
CN1841042A (zh) * 2005-03-28 2006-10-04 同济大学 土壤渗透仪
CN101788451A (zh) * 2010-02-09 2010-07-28 浙江树人大学 粉土抗渗强度测定设备和方法
CN103808643A (zh) * 2014-03-03 2014-05-21 中国科学院地质与地球物理研究所 土体一维固结条件下垂直渗流试验方法
CN105424466A (zh) * 2015-11-19 2016-03-23 中国石油天然气集团公司 一种评价波浪作用下砂土对埋置海底管线抗力的方法
CN105588796A (zh) * 2015-12-17 2016-05-18 扬州大学 一种精确快速测定土壤渗透系数的装置
CN106404628A (zh) * 2016-08-30 2017-02-15 上海大学 一种加压式低渗透性土快速饱和及渗透量测装置
CN206756653U (zh) * 2017-04-13 2017-12-15 石河子大学 定水头和变水头土壤渗透系数测定组合装置
CN107063972A (zh) * 2017-05-23 2017-08-18 山东大学 一种常‑变水头一体化渗透系数测定装置及其试验方法
US20190128792A1 (en) * 2017-11-01 2019-05-02 Lafayette College Horizontal soil permeability testing device
CN108181220A (zh) * 2017-12-13 2018-06-19 浙江大学 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
CN108226008A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 西安理工大学 自循环变水头达西渗透实验仪
CN108801881A (zh) * 2018-09-07 2018-11-13 福州大学 粉土、黏性土水平和竖向渗透系数联合测定装置及其试验方法
CN110849793A (zh) * 2019-12-20 2020-02-28 绍兴市容纳测控技术有限公司 一种变水头渗透系数测量装置及其测量方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
务新超 等: "《土力学(第二版)》", 31 July 2009, 黄河水利出版社 *
童志俊: "长期循环荷载下不同细粒含量饱和粉土动力特性试验研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111896449B (zh) 2021-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Leak-free pressure plate extractor for measuring the soil water characteristic curve
CN206756653U (zh) 定水头和变水头土壤渗透系数测定组合装置
CN102809642B (zh) 一种确定弱透水层水文地质参数的方法
CN110658043B (zh) 一种制备承压渗流特征状态砂土体的试验装置及操作方法
CN1737530B (zh) 一种测试渗透系数及抗渗比降的方法
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
CN203758882U (zh) 一种消除边壁效应的粗颗粒土渗透试验装置
CN111982699A (zh) 非饱和土压缩特性及渗透特性试验装置
CN203821294U (zh) 一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置
CN111896449B (zh) 一种用于测定饱和粉土渗透系数的渗透仪及测定方法
CN111337415A (zh) 一种全自动的水力渗透固结装置
CN103900906A (zh) 一种土工膜下积气模型试验装置及其试验方法
CN109001098B (zh) 一种土壤瞬时渗透特性测试仪及土壤渗透特性计算方法
CN107436140A (zh) 真空预压和堆载预压相结合的沉降柱试验仪及试验方法
CN103033459A (zh) 室内测试水泥土搅拌桩水平方向渗透性的装置及测试方法
CN109682744A (zh) 一种评价透水沥青路面空隙演化规律的试验装置及方法
CN102324202B (zh) 自循环轴向、径向渗流达西定律实验仪
KR20060108414A (ko) 통수능측정 시험장치
CN113295597B (zh) 模拟循环荷载作用下底砟颗粒特性试验装置及试验方法
CN206410977U (zh) 一种防侧渗的恒压变水头的沥青路面渗水检测装置
KR102225911B1 (ko) 토양의 포화 수리전도도 측정을 위한 변수두 투수시험 방법 및 장치
CN110409400B (zh) 一种测量泥浆浊度时空演变特性试验装置和试验方法
CN207779825U (zh) 一种公路路面抗压能力检测装置
Hird et al. The development of centrifugal models to study the influence of uplift pressures on the stability of a flood bank
CN209802929U (zh) 一种常水头土壤渗透系数测定装置

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