CN112782055B - 一种渗透试验装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种渗透试验装置，包括：试验桶(1)、过滤组件(6)以及试验组件，其中试验桶(1)用于容纳进行渗透试验的试验土样；过滤组件(6)设置于试验桶(1)内，并且过滤组件(6)的周缘与试验桶(1)的侧壁的内表面抵接，用于过滤试验土样中的水分；以及试验组件与试验桶(1)连接，用于对试验土样进行渗透试验，其特征在于，试验桶(1)内还设置有位于过滤组件(6)上方的气压帷幕组件(5)，气压帷幕组件(5)的周缘与试验桶(1)的侧壁的内表面抵接，用于在试验土样中形成气压帷幕层。

Description

一种渗透试验装置

技术领域

本申请涉及土样渗透试验领域，特别是涉及一种渗透试验装置。

背景技术

富水软弱地层具有高水压、低承载力、弱稳定性、渗流路径复杂以及分布构成形式多样等特点，因此在富水软弱地层的隧道工程的工法要求相较于其他土质更加严格，施工过程常伴随着结构或地质灾害，重大事故也时有发生。

因此为了实现在富水软弱地层进行隧道工程的施工工艺研发，需要明确有压气体在富水地层和注浆帷幕中的渗透规律，以及有压气体的隔水机理。依据《土工试验标准》(GBT 50123-2019)中第16款相关规定可知，对于气压帷幕隔水条件的试验目，现阶段可应用的试验设备一般为常水头试验设备和变水头实验设备，然而，以上两种试验设备在试验土样、空间尺寸和试验方法存在着巨大的差别以及新技术研究的局限性，具体体现在以下方面：

1.常规试验设备无法满足气压帷幕的试验条件，试验设计之初就没有考虑气压载荷的施加，试验仅仅局限于液-固耦合维度，没办法扩展为固-液-气三相耦合维度；

2.常水头试验设备适用于粗粒土以及变水头试验适用于细粒土，而富水软土层结构复杂，常伴有夹层的出现，单一设备无法对富水软土层的土样进行准确试验；

3.无法观测气体在试验土样中的渗透路径，缺少微观观测方法；

4.常规试验设备尺寸非常小，尺寸效应和边壁效应明显，土样重制破坏了原装土结构，无法准确测量土体渗透性能的真实情况；

5.对大体积试验土样的装卸欠缺考虑，改换工况操作困难；以及

6.试验装置不透明，信息化和可视化程度不高。

针对上述技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本公开提供了一种渗透试验装置，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

根据本申请的实施例，提供了一种渗透试验装置，包括：试验桶、过滤组件以及试验组件。其中，试验桶用于容纳进行渗透试验的试验土样；过滤组件设置于试验桶内，并且过滤组件的周缘与试验桶侧壁的内表面抵接，用于过滤试验土样中的水分；以及试验组件与试验桶连接，用于对试验土样进行渗透试验。试验桶内还设置有位于过滤组件上方的气压帷幕组件，气压帷幕组件的周缘与试验桶侧壁的内表面抵接，用于在试验土样中形成气压帷幕层。

从而通过本实施例的技术方案，解决了现有技术中存在的上述技术问题，并且本实施例适用于气压帷幕作用下全类型土样下渗透试验，具有如下优点：

1.装置可容纳大体积分层土样，适用于不同物理性质土的渗透性试验，同时，测点布置灵活，模块化安装；

2.本装置可实现大体积土样的便捷装卸，节省试验时间；

3.能够进行气幕的加载，研究气压隔水机理；

4..可以实现渗透程度的物理观测，容易定性表述气体在土体内的扩散程度；

5.气压帷幕组件通过“注浆帷幕+气压帷幕+注浆帷幕”的结构，可以实现自身参考，无需对比试验；以及

6.数据化采集，减少人工测量的误差。

根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本申请实施例所述的渗透试验装置的示意性透视图；

图2是根据申请实施例所述的渗透试验装置的试验桶的外观示意图；

图3是根据本申请实施例所述的气压帷幕组件的气压输出部件的示意图；

图4是根据本申请实施例所述的气压帷幕组件的试验桶上试验点位的示意图；

图5和图6是利用本实施例所述的渗透试验装置进行粗粒土试验时的装配示意图；以及

图7和图8是利用本实施例所述的渗透试验装置进行细粒土试验时的装配示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

为了使本技术领域的人员更好地理解本公开方案，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都应当属于本公开保护的范围。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图1是根据本申请一个实施例的渗透试验装置的示意性透视图。参考图1所示，本实施例提供了一种渗透试验装置，包括：试验桶1、过滤组件6以及试验组件。其中，试验桶1用于容纳进行渗透试验的试验土样；过滤组件6设置于试验桶1内，并且过滤组件6的周缘与试验桶1的侧壁的内表面抵接；以及试验组件与试验桶1连接，用于对试验土样进行渗透试验。并且其中，试验桶1内还设置有位于过滤组件6上方的气压帷幕组件5，气压帷幕组件5的周缘与试验桶1的侧壁的内表面抵接，用于在试验土样中形成气压帷幕层。

正如背景技术中所述，富水软弱地层具有高水压、低承载力、弱稳定性、渗流路径复杂以及分布构成形式多样等特点，因此在富水软弱地层的隧道工程的工法要求相较于其他土质更加严格，施工过程常伴随着结构或地质灾害，重大事故也时有发生。因此为了实现在富水软弱地层进行隧道工程的施工工艺研发，需要明确有压气体在富水地层和注浆帷幕中的渗透规律，以及有压气体的隔水机理。但是现有的试验设备无法满足气压帷幕的试验条件，试验设计之初就没有考虑气压载荷的施加，试验仅仅局限于液-固耦合维度，没办法扩展为固-液-气三相耦合维度。

针对该技术问题，本实施例的渗透试验设备在容纳试验土样的试验桶1中设置有气压帷幕组件5，该气压帷幕组件5的周缘与试验桶1的侧壁的内表面抵接，从而达到密封的效果。并且该气压帷幕组件5用于在试验土样中形成气压帷幕层。

因此在利用本实施例所述的渗透试验设备进行土样的渗透试验时，可以满足气压帷幕的试验条件，在试验过程中施加气压载荷，并将试验扩展至固-液-气三相耦合维度，从而解决了现有的试验设备仅仅局限于液-固耦合维度的试验，没办法扩展称为固-液-气三相耦合维度的技术问题。

此外，试验桶1例如可以使用无色透明的亚克力材料制成，从而试验桶1可以以可视化的方式向用户展示试验的过程。从而，解决了现有的试验设备不透明，信息化和可视化程度不高的技术问题。

可选地，参考图1所示，气压帷幕组件5包括：第一注浆帷幕部件510、气压输出部件520以及第二注浆帷幕部件530。其中气压输出部件520用于向气压帷幕组件5两侧的试验土样施加预定气压；并且第一注浆帷幕部件510和第二注浆帷幕部件530分别设置于气压输出部件520的上下两侧，用于模拟地层注浆固结效果。

具体地，参考图1和图2所示，气压输出部件520例如可以通过图2所示的进气管523与气源连接，从而向气压帷幕组件5两侧的试验土样施加预定气压。并且第一注浆帷幕部件520和第二注浆帷幕部件530能够模拟地层注浆固结效果，从而在第一注浆帷幕部件520和第二注浆帷幕部件530之间形成气压帷幕舱，并向所述气压帷幕组件5两侧的试验土样模拟气压帷幕的效果。

并且优选地，气压输出部件520内设置有有色液体。即，在初始条件下，气压输出部件520内预先保存有不易扩散的有色液体。在试验过程中，可以先通过气压输出部件520向试验土样中注入有色液体，之后再切换气泵压注空气，从而实现气体在土样中渗透高度的可视化观测。

可选地，参考图1所示，第一注浆帷幕部件510和第二注浆帷幕部件530包括：注浆帷幕511和531以及注浆帷幕框架512和532，其中注浆帷幕框架512和532用于将注浆帷幕511和531与试验桶1的侧壁的内表面密封。从而，通过这种方式，可以保持注浆帷幕部件510和530与试验桶1的侧壁之间的气密性，从而更好地在气压输出部件520的两侧模拟注浆帷幕的效果。

进一步可选地，注浆帷幕框架512和532包括：外夹圈5121和5321，与试验桶1的侧壁的内表面抵接；以及内夹圈5122和5322，用于与外夹圈5121和5321配合，夹紧注浆帷幕511和531。并且其中外夹圈5121和5321的外周缘包裹有密封圈5123、5323。从而，通过这种方式，可以更好地实现注浆帷幕部件510和530与试验桶1的侧壁之间的气密性，从而更好地在气压输出部件520的两侧模拟注浆帷幕的效果。并且优选地，所述密封圈5123和5323为硅胶密封圈。

可选地，注浆帷幕511和531包括：土工织物5111和5311；以及设置于土工织物5111和5311上的固结浆液，其中固结浆液上形成有缝隙。

具体地，所述注浆帷幕511和531通过以下方式形成：在常用注浆浆液(例如水泥浆液或双液浆)中浸入土工织物5111或5311，并且在浆液固结后对固结浆液进行破碎处理从而在固结浆液上形成缝隙。从而通过这种方式，可以真实地模拟浆液扩散后的不搭接以及不咬合的缺陷。优选地，土工织物5111和5311为土工无纺布

可选地，参考图3所示，气压输出部件520包括环绕成盘状的管盘521以及进气管523，并且管盘521的侧壁上形成有气孔522。其中管盘521位于内侧的一端被封堵，管盘521的另一端与进气管523连接。进气管523配置为能够经由所述试验桶1的试验点位301a～308a和301b～308b的通孔伸出试验桶1。从而通过这种方式，实现在水平面内向试验土样注入气体。并且优选地，气孔522的孔径按照从管盘521外侧到管盘521内侧的方向逐渐增加。从而，可以保证气体的注入均匀。

此外优选地，所述进气管523通过填料函接头541与设置气压帷幕组件5的试验点位304a的通孔连接。从而保持进气管523与试验点位304a的通孔之间的密封性。并且在试验后通过松弛填料函接头541抽离气压帷幕组件5，便于土样的快速卸载。优选地，试验桶1和试验土样之间设置有凡士林，从而在增加试验桶1的侧壁内表面的光滑性的同时，消除了边壁效应对渗透性的影响。

可选地，参考图4所示，试验桶1的侧壁上设置有不同高度的多个试验点位301a～308a以及301b～308b，并且试验点位301a～308a和301b～308b设置有贯穿试验桶1的侧壁的通孔，通孔上设置有连接部件311a～318a和311b～318b，用于连接试验组件。并且，试验组件包括用于不同试验项目的试验组件，其中用于不同试验项目的试验组件所对应的试验点位不同。

正如背景技术中所述的，富水软土层结构复杂，常伴有夹层的出现，单一设备无法对富水软土层的土样进行准确试验。有鉴于此，参考图2和图4所示，本实施例的渗透试验装置在试验桶1的侧壁上设置有不同高度的多个试验点位301a～308a以及301b～308b，并且试验点位301a～308a和301b～308b设置有贯穿试验桶1的侧壁的通孔。从而通过在不同高度的试验点位安装不同的试验组件，因此可以进行不同项目的试验。例如可以对试验土样进行粗粒土的渗透试验和细粒土的渗透试验。

优选地，连接部件311a～318a和311b～318b为外螺纹接头。

并且优选地，渗透试验装置还包括密封部件320，用于与连接部件311a～318a、311b～318b连接，并对通孔进行密封。从而在渗透实验中，对于不设置组件的试验点位，可以利用密封部件320进行密封。具体地，密封部件320例如可以是密封帽盖。

可选地，多个试验点位301a～308a、301b～308b包括设置于不同高度的多对试验点位，其中每对试验点位设置于试验桶1的相同高度处。优选地，相邻高度的试验点位之间具有预定的高度差，并且相对于试验桶的轴心具有预定角度的角度偏差。并且优选地，每对试验点位相对于试验桶1的轴心相对设置。

具体地参考图2和图4所示，多个试验点位301a～308a和301b～308b成对设置于试验桶1的侧壁的不同高度上。从而，通过成对设置试验点位，能够在同一层实现气压输出部件520的气压注入以及气压帷幕组件5的渗流流量(参考图5，通过流量传感器11a检测)和水压(参考图7，通过水压变送器9a检测)的同层测量。

并且优选地，相互临近的试验点位之间高差为100mm，并且水平依次同方向错位15°，从而保证试验过程中安装在不同试验点位的试验组件之间不相互干扰。

可选地，试验组件包括用于进行粗粒土试验的试验组件和/或用于进行细粒土试验的试验组件。从而可以对相同的试验土样进行粗粒土渗透试验和/或细粒土渗透试验。

优选地，参考图5和图6所示，用于进行粗粒土试验的组件包括：水压传感器9a～9c、排水管10a和10b以及流量传感器11a和11b。水压传感器9a～9c包括：第一水压传感器9a和第二水压传感器9b，分别与气压帷幕组件5上方的两个不同试验点位307a和305a的通孔连接；以及第三水压传感器9c，与气压帷幕组件5和过滤组件6之间的试验点位302a的通孔连接。排水管10a和10b包括：第一排水管10a，与设置气压帷幕组件5的试验点位304a高度相同的试验点位304b的通孔连接；以及第二排水管10b，与设置于过滤组件6下方的试验点位301a的通孔连接。流量传感器11a和11b包括：设置于第一排水管10a的第一流量传感器11a；以及设置于第二排水管10b的第二流量传感器11b。

优选地，水压传感器9a～9c可以为水压变送器。流量传感器11a和11b可以为夹钳式流量传感器10。进一步优选地，水压传感器9a～9c分别通过三通管件12a～12c与相应的试验点位307a、305a和302a的连接部件317a、315a和312a连接。并且参考图5所示，三通管12a～12c与水压传感器9a～9c连接的一端1202以及与通孔连接的一端导通，不与水压传感器9a～9c和通孔连接的一端1201关闭。

优选地，在进行粗粒土试验时，在气压帷幕组件5的上方的试验点位的对数≥3对，并且在气压帷幕组件5的下方的试验点位的对数≥1对。并且第一水压传感器9a和第二水压传感器9b所对应的试验点位不是距离试验桶1的上边缘最近的试验点位308a或308b。此外，在进行粗粒土试验时，在试验桶1的侧壁设置有溢流管2，该溢流管2设置于高于试验点位301a～308a和301b～308b的位置处。从而通过溢流管2能够调节试验桶1内的水头高度，维持水头高度恒定。

从而通过以上设置，在进行粗粒土试验时，气压帷幕组件5上方的试验点位的对数≥3对。然后选取2个非距离试验桶1上边缘最近的试验点位(试验点位305a～307a、305b～307b范围内选择)，连接三通管件12a和12b与水压传感器9a和9b。每个三通管件12a和12b设置有阀门。粗粒土试验的时候，三通管件12a和12b未连接水压传感器9a和9b的一端的阀门为关闭状态。气压帷幕组件5依据下方土层设置高度设置在相应的试验点位304a和304b，并且试验点位304a和304b分别连接填料函接头541和出水管10a。其中，填料函接头541用于气压输出部件520的进气管523穿越试验桶1时实现气密性的要求，出水管10a上设置夹钳式流量传感器11a用于监测渗水流量。气压帷幕组件5下方土层试验点位的对数≥1对，并且例如在试验点位302a通过三通管件12c连接水压变送器9c，监测试验点位302a位置的水压情况。透水卵石层设置在最下边的试验点位301a和301b，试验点位301a连接出水管10b，其中出水管10b设置夹钳式流量传感器11b用于监测气压帷幕隔水状态下的渗水流量情况。

从而通过以上设置，进行粗粒土的渗透试验。

可选地，参考图7和图8所示，用于进行细粒土试验的试验组件包括：溢流管2、第一三通管件12a、第二三通管件12b、第一压力管13a、第二压力管13b、第一水压传感器9a以及第二水压传感器9b。其中溢流管2设置于试验桶1的侧壁上且高于试验点位301a～308a和301b～308b的位置处；第一压力管13a和第一水压传感器9a通过第一三通管件12a与设置气压帷幕组件5的试验点位304a高度相同的试验点位304b的连接部件314b连接；以及第二压力管13b和第二水压传感器9b通过第二三通管件12b与过滤组件下方的试验点位301a的连接部件311a连接。

并且优选地，在连接到试验点位304b和301a的情况下，第一压力管13a和第二压力管13b的顶端的高度高于所述溢流管2的高度。

从而在细粒土试验的时候，气压帷幕组件5上方试验点位的对数≥2对，气压帷幕组件5根据下方土层设置高度设置在相应的试验点位304a和304b的位置处。试验点位304a连接填料函接头541并且试验点位304b通过三通管件12a连接水压变送器9a以及压力管13a。其中，填料函接头541用于在气压输出部件520的进气管523穿越试验桶1时实现气密性的要求。试验点位304b处的三通管件12a上接水压变送器9a和压力管13a，其中压力管13a中的预设水头高度大于溢流管2中心水平面位置。气压帷幕组件下方土层保留试验点位的对数≥1对。其中透水卵石层设置在最下边的试验点位301a和301b的位置处。试验点位301a连接三通管件12b，水压变送器9b以及压力管13b的水头高度设置均与试验点位304b相同。

从而通过以上设置，实现细粒土的渗透试验。

此外可选地，参考图1所示，过滤组件6包括：土工织物610；以及土工织物框架620，用于将土工织物610与试验桶1的侧壁的内表面密封。并且进一步地，土工织物框架620包括：外夹圈621，与试验桶1的侧壁的内表面抵接；以及内夹圈622，用于与外夹圈621配合，夹紧土工织物610。并且外夹圈621的外周缘包裹有密封圈623。并且进一步优选地，密封圈623可以为硅胶密封圈。从而通过以上结构，可以使得过滤组件6与试验桶1的侧壁的内表面形成密封结构，从而能够进一步保证试验的准确性。优选地，土工织物610为土工无纺布。

可选地，试验桶1的桶径大于600mm，高度大于1m。从而该试验桶1可以容纳大体积的试验土样，从而可以尽可能地保持原装土结构，从而能够准确测量土体渗透性能的真实情况。

可选地，参考图1所示，渗透试验装置还包括设置于试验桶1底部的底板组件7，其中底板组件7包括：底板701，其中底板701的周缘与试验桶1的侧壁的内表面抵接；以及设置于底板701周缘的密封包边702。并且优选地，底板701由亚克力材料制成。并且可选地，在底板组件7和过滤组件6之间设置有透水卵石。

可选地，参考图1所示，渗透试验装置还包括支撑环4，其中支撑环4与试验桶1的侧壁的内表面抵接，并设置于底板组件7的下方，用于支撑底板组件7。

可选地，参考图1和图2所示，渗透试验装置还包括绑带8，其中绑带8设置于试验桶1的侧壁的外表面，并且与支撑环4的位置对应。从而可以通过绑带8绑紧试验桶1的侧壁，向支撑环4施加向内的压力从而将支撑环4压紧，使得支撑环4能够固定在试验桶1内并支撑底板组件7。

并且通过这种方式，可以从试验桶1的底部卸下底板组件7，从而在完成试验后需要卸下试验土样时，可以在卸下底板组件7后，从试验桶1的底部依次卸下试验土样、过滤组件6以及气压帷幕组件5。从而可以便捷地实现大体积土样的装卸，使得试验操作更加简便。并且优选地，在试验过程中，可以在试验桶1的侧壁的内表面涂抹润滑油，使得气压帷幕组件5、过滤组件6以及底板组件7与试验桶1的侧壁形成活动密封。并且试验桶1的侧壁的内表面光滑设置，从而确保气压帷幕组件5、过滤组件6以及底板组件7的滑动。

可选地，参考图1和图2所示，渗透试验装置还包括设置于绑带8的绑紧机构801，用于绑紧绑带8。

从而通过本实施例的技术方案，解决了现有技术中存在的上述技术问题，并且本实施例适用于气压帷幕作用下全类型土样下渗透试验，具有如下优点：

1.装置可容纳大体积分层土样，适用于不同物理性质土的渗透性试验，同时，测点布置灵活，模块化安装；

2.本装置可实现大体积土样的便捷装卸，节省试验时间；

3.能够进行气幕的加载，研究气压隔水机理；

4..可以实现渗透程度的物理观测，容易定性表述气体在土体内的扩散程度；

5.气压帷幕组件通过“注浆帷幕+气压帷幕+注浆帷幕”结构，可以实现自身参考，无需对比试验；

6.数据化采集，减少人工测量的误差。

下面说明采用本实施例所述的试验装置进行试验的方法如下：

一、试验设备安装步骤：

S102：采集原状土，制备试验土样；

S104：制备拼装气压帷幕组件5、过滤组件6和底板组件7；

S106：在试验点位301a～308a和301b～308b安装密封帽盖320，在试验桶1内壁涂抹一层润滑油，安装底板组件7后使用支撑环4进行支撑，拉紧绑带8增加试验桶1内壁和支撑环4外壁之间的接触压力，然后检测试验装置是否漏水；

S108：制备饱和透水卵石层后安装过滤组件6；

S110：填筑气压帷幕下层试验土样，在填筑之前在试验桶1相应内壁位置涂抹好凡士林，分层填筑试验土样，保证试验土样的饱和状态；

S112：安装气压帷幕组件5(即注浆帷幕部件510和530以及气压输出部件520)，气压输出部件520的进气管523穿越对应的试验点位304a(即第一试验点位)后利用填料函接头541拧紧，气压帷幕层(对应于气压帷幕组件5)内充填透水细砂，同时保证上层注浆帷幕(即第一注浆帷幕部件510的注浆帷幕511)以下完全浸在水中；

S114：在填筑气压帷幕上层试验土样之前在试验桶1相应内壁位置涂抹好凡士林，然后分层填筑试验土样，保证土样饱和状态，直到预设高度，在土样的顶面设置一层砾石。

二、粗粒土试验步骤S202：在持续注水条件下，在预设试验点位307a(即第二试验点位)、305a(即第三试验点位)以及302a(即第四试验点位)将密封帽盖320替换为通过三通管件12a～12c(即第一三通管件至第三三通管件)连接的水压变送器9a～9c(即第一至第三水压传感器)，其中三通管件12a～12c的阀门完全打开，直到三通管件12a～12c内气体完全排出并且有水溢出后关闭三通管件12a～12c未连接水压变送器的一端的阀门；

S204：在持续注水条件下，在预设排水位置304b(即第五试验点位)和301a(即第六试验点位)将密封帽320盖替换为排水管10a(即第一排水管)和10b(即第二排水管)并在排水管10a和10b上设置流量传感器11a和11b；

S206：检测水压变送器数据是否为相应试验点位位置的真实水压高度，无误后进行试验；

S208：关闭透水卵石层位置的排水管10b，通过水压变送器9a和9b检测气压帷幕上层试验土样的试验点位307a和305a的水压以及通过流量传感器11a检测试验点位304b的流量。并且根据水压变送器9a和9b所检测的水压以及流量传感器11a所检测的流量，计算得到试验土样的渗透系数(即第一渗透系数)；

其中可以根据以下公式计算渗透系数：

公式中：k_T1为水温T℃时试验原土样的渗透系数(cm/s)；

Q为时间t秒内的渗透水量(cm³)，由流量传感器11a检测；

L₁为渗径(cm)，等于试验点位307a、305a的测压孔中心间的试验土样高度；

A为试验土样的断面积(cm²)；

t为时间(s)；

H₁为水压变送器9a与9b之间的水头高差(cm)，可以根据水压变送器9a和9b所测量的水压差换算得到；

k₂₀为标准温度(20℃)时土样的渗透系数(cm/s)；

η_T为T℃时水的动力黏滞系数(1×10^-6kPa·s)；

η₂₀为20℃时水的动力黏滞系数(1×10^-6kPa·s)。

S210：关闭气压帷幕层位置304b的排水管10a，同时开启透水卵石层的排水管10b，通过水压变送器9a和9b检测气压帷幕上层土样的试验点位307a和305a的水压，通过水压变送器9c检测气压帷幕下层土样试验点位302a的水压，以及通过流量传感器11b测量气压帷幕下层土样试验点位301a的排水流量。根据水压变送器9a～9c检测的水压以及流量传感器11b检测的流量，通过计算得到“试验土样+初始注浆帷幕+初始气压帷幕层”的渗透系数(及第二渗透系数)，其中可以根据以上所述的公式(3)～(5)计算该渗透系数：

k_T2为水温T℃时试验气压帷幕的渗透系数(cm/s)；

k_T3为水温T℃时试验土层和注浆、气压帷幕的综合渗透系数(cm/s)，也就是第二渗透系数；

L₂为渗径(cm)，等于试验点位305a和302a的测压孔中心间的试验土样高度；

H₂为水压变送器9a与9c之间的水头高差(cm)，可以根据水压变送器9a和9c所测量的水压差换算得到；

S212：缓慢向气压输出部件520内部压注有色液体，有色液体的体积为气压帷幕层体积减去气压输出部件520体积，之后切换气压；

S214：监测气压帷幕层压注气压、有色液体渗透高度和试验点位307a、305a以及302a的水压、设备底部排水流量(即试验点位301a处的排水流量)随时间变化的数据，最终得到“有色液体渗透高度—气压帷幕压强”、“渗透系数—气压帷幕压强”数据，其中渗透系数可以通过步骤S210所述的公式进行计算；

S216：通过渗透串联理论，消除初始注浆帷幕、初始气压帷幕和边壁效应的影响(例如可以参考步骤S214所计算的渗透系数与步骤S210所计算的渗透系数求差值，该差值即可消除初始注浆帷幕、初始气压帷幕和边壁效应的影响)；

S218：试验完毕后，关闭水源，松弛填料函接头541，抽离出气压输出部件520，松弛试验桶1底部绑带，将试验桶1内土样和各种给组件整体脱出卸载，最后进行试验点位的拆除，清理设备构件，进行下一组试验。

三、细粒土试验步骤S302：压力管13a和13b为软管，因此在初始状态下整体高度低于溢流管，在持续注水条件下，将预设试验点位(304b和301a)的密封帽盖320替换为通过三通管件12a和12b连接的水压变送器9a和9b以及压力管13a和13b，并且安装的三通管件12a和12b的阀门完全打开，直到压力管13a和13b内水溢出后关闭三通管件12a和12b的阀门，压力管恢复竖直原始长度；

S304：关闭水源，开启气压帷幕层位置(试验点位304b)的三通管件12a的阀门，通过水压变送器9a检测试验点位30b处水压随时间的变化数据，并计算得到试验土样的第三渗透系数，其中可以根据以下公式计算第三渗透系数：

a为压力管13a、13b的截面积(cm²)；

L为渗径(cm)，等于试验土样高度；

H_b1为溢流管2的开始时水头(cm)；

H_b2为压力管13a终止时水头(cm)；

S306：关闭气压帷幕层位置的三通管件12a的阀门，开启透水卵石层位置(试验点位301a)的三通管件12b的阀门，通过水压变送器9b检测试验点位301a处水压随时间的变化数据，通过计算得到“试验土样+初始注浆帷幕+初始气压帷幕层”的渗透系数(即第四渗透系数)，其中例如可以根据下面所述的公式(8)计算该渗透系数：

H_b3为压力管13b终止时水头(cm)；

S308：分别补充压力管内的水位，恢复到预设高度；

S310：缓慢向气压输出部件520内部压注有色液体，有色液体的体积为气压帷幕层体积减去气压输出部件520体积，之后切换气压；

S312：开启气压帷幕层位置(即试验点位304b)的三通管件12a的阀门，检测气压帷幕层压注气压、有色液体渗透高度和透水卵石试验点位301a水压随时间变化的数据，最终得到“有色液体渗透高度—气压帷幕压强”、“渗透系数—气压帷幕压强”数据，其中渗透系数可以参考步骤S306所述的公式进行计算；

S314：通过渗透串联理论，消除初始注浆帷幕、初始气压帷幕和边壁效应的影响(例如，将步骤S312和S306计算的渗透系数求差值，即可消除初始注浆帷幕、初始气压帷幕和边壁效应的影响)；

S316：与粗粒土相同步骤拆卸清洗试验装置，进行下一组试验。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种渗透试验装置，包括：试验桶（1）、过滤组件（6）以及试验组件，其中

所述试验桶（1）用于容纳进行渗透试验的试验土样；

所述过滤组件（6）设置于所述试验桶（1）内，并且所述过滤组件（6）的周缘与所述试验桶（1）的侧壁的内表面抵接；

所述试验组件与所述试验桶（1）连接，用于对所述试验土样进行渗透试验，其特征在于，

所述试验桶（1）内还设置有位于所述过滤组件（6）上方的气压帷幕组件（5），所述气压帷幕组件（5）的周缘与所述试验桶（1）的侧壁的内表面抵接，用于在所述试验土样中形成气压帷幕层；

所述气压帷幕组件（5）包括：第一注浆帷幕部件（510）、气压输出部件（520）以及第二注浆帷幕部件（530），

其中所述气压输出部件（520）用于向所述气压帷幕组件（5）两侧的试验土样施加预定气压；并且

所述第一注浆帷幕部件（510）和所述第二注浆帷幕部件（530）分别设置于所述气压输出部件（520）的上下两侧，用于模拟地层注浆固结效果。

2.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征在于，所述第一注浆帷幕部件（510）和所述第二注浆帷幕部件（530）包括：注浆帷幕（511、531）以及注浆帷幕框架（512、532），其中所述注浆帷幕框架（512、532）用于将所述注浆帷幕（511、531）与所述试验桶（1）的侧壁的内表面密封，并且其中

所述注浆帷幕框架（512、532）包括：外夹圈（5121、5321），与所述试验桶（1）的侧壁的内表面抵接；以及内夹圈（5122、5322），用于与所述外夹圈（5121、5321）配合，夹紧所述注浆帷幕（511、531），并且其中

所述外夹圈（5121、5321）的外周缘包裹有密封圈（5123、5323），并且其中，

所述注浆帷幕（511、531）包括：土工织物（5111、5311）；以及设置于所述土工织物（5111、5311）上的固结浆液，其中所述固结浆液上形成有缝隙。

3.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征在于，所述气压输出部件（520）包括环绕成盘状的管盘（521）以及进气管（523），并且所述管盘（521）的侧壁上形成有气孔（522），其中

所述管盘（521）位于内侧的一端被封堵，所述管盘（521）的另一端与所述进气管（523）连接，并且其中

所述气孔（522）的孔径按照从所述管盘（521）外侧到所述管盘（521）内侧的方向逐渐增加。

4.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征在于，所述试验桶（1）的侧壁上设置有不同高度的多个试验点位（301a~308a、301b~308b），并且

所述试验点位（301a~308a、301b~308b）设置有贯穿所述试验桶（1）的侧壁的通孔，所述通孔上设置有连接部件（311a~318a、311b~318b），用于连接所述试验组件，并且其中

所述试验组件包括用于不同试验项目的试验组件，其中用于不同试验项目的试验组件所对应的试验点位不同，并且其中

所述多个试验点位（301a~308a、301b~308b）包括设置于不同高度的多对试验点位，其中每对试验点位设置于所述试验桶（1）的相同高度处，并且其中

相邻高度的试验点位之间具有预定的高度差，并且相对于所述试验桶的轴心具有预定角度的角度偏差。

5.根据权利要求4所述的渗透试验装置，其特征在于，所述试验组件包括用于进行粗粒土试验的试验组件和/或用于进行细粒土试验的试验组件。

6.根据权利要求5所述的渗透试验装置，其特征在于，所述用于进行粗粒土试验的组件包括：水压传感器（9a~9c）、排水管（10b、10b）以及流量传感器（11a、11b），其中：

所述水压传感器（9a~9c）包括：第一水压传感器（9a）和第二水压传感器（9b），分别与所述气压帷幕组件（5）上方的两个不同试验点位（307a、305a）的通孔连接；以及第三水压传感器（9c），与所述气压帷幕组件（5）和所述过滤组件（6）之间的试验点位（302a）的通孔连接，

所述排水管（10a、10b）包括：第一排水管（10a），与设置所述气压帷幕组件（5）的试验点位（304a）高度相同的试验点位（304b）的通孔连接；以及第二排水管（10b），与设置于所述过滤组件（6）下方的试验点位（301a）的通孔连接，并且

所述流量传感器（11a、11b）包括：设置于所述第一排水管（10a）的第一流量传感器（11a）；以及设置于所述第二排水管（10b）的第二流量传感器（11b），并且其中

所述水压传感器（9a~9c）分别通过三通管件（12a~12c）与相应的试验点位（307a、305a、302a）的连接部件（317a、315a、312a）连接。

7.根据权利要求5所述的渗透试验装置，其特征在于，所述用于进行细粒土试验的试验组件包括：溢流管（2）、第一三通管件（12a）、第二三通管件（12b）、第一压力管（13a）、第二压力管（13b）、第一水压传感器（9a）以及第二水压传感器（9b），其中

所述溢流管（2）设置于所述试验桶（1）的侧壁上高于所述试验点位（301a~308a、301b~308b）的位置处；

所述第一压力管（13a）和所述第一水压传感器（9a）通过所述第一三通管件（12a）与设置所述气压帷幕组件（5）的试验点位（304a）高度相同的试验点位（304b）的连接部件（314b）连接；以及

所述第二压力管（13b）和所述第二水压传感器（9b）通过所述第二三通管件（12b）与所述过滤组件下方的试验点位（301a）的连接部件（311a）连接。

8.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征在于，所述过滤组件（6）包括：土工织物（610）；以及土工织物框架（620），用于将所述土工织物（610）与所述试验桶（1）的侧壁的内表面密封，并且其中

所述土工织物框架（620）包括：外夹圈（621），与所述试验桶（1）的侧壁的内表面抵接；以及内夹圈（622），用于与所述外夹圈（621）配合，夹紧所述土工织物（610），并且所述外夹圈（621）的外周缘包裹有密封圈（623）。

9.根据权利要求1所述的渗透试验装置，其特征在于，还包括设置于所述试验桶（1）底部的底板组件（7），其中所述底板组件（7）包括：底板（701），其中所述底板（701）的周缘与所述试验桶（1）的侧壁的内表面抵接；以及设置于所述底板（701）周缘的密封包边（702），并且其中

渗透试验装置还包括支撑环（4），所述支撑环（4）与所述试验桶（1）的侧壁的内表面抵接，并设置于所述底板组件（7）的下方，用于支撑所述底板组件（7），并且其中

渗透试验装置还包括绑带（8），所述绑带（8）设置于所述试验桶（1）的侧壁的外表面，并且与所述支撑环（4）的位置对应，并且其中

渗透试验装置还包括设置于所述绑带（8）的绑紧机构（801），并且其中，

所述试验桶的桶径大于600mm，高度大于1m。

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