CN113092718B - 一种防止化学浸出的室内土工饱和装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种防止化学浸出的室内土工饱和装置，包括由上至下装配在一起的储液箱、饱和箱、气压调节箱；所述储液箱内设置有储液室，所述储液室中安装有螺旋升降机，所述储液室上部开有贯穿储液箱的进液孔，下部开有贯穿储液箱的出液孔，所述升降机的升降杆底端安装有与出液孔适配的防水塞；所述饱和箱内设置有土工室用以放置试验土样，所述土工室上部和下部均贯穿饱和箱且其上部和下部均设置有透水石；所述气压调节箱内部设置有贯穿其左右两侧的大气管道和抽气管道，还设置有与土工室连通的气压调节管道，所述气压调节管道与所述大气管道和抽气管道相连通。本发明还包括利用所述土工饱和装置试验方法。本发明采用了模块化组合式设计，操作简单，容易上手。
Description
技术领域
本发明属于环境岩土工程土工试验技术领域，尤其涉及一种防止化学浸出的室内土工饱和装置及试验方法
背景技术
随着我国工业化不断发展所带来的土壤污染问题，环境岩土工程作为一种新兴交叉学科已经得到了学界的广泛关注。在环境岩土工程领域中，相较于普通土，污染土是一个难以清除的污染源，会对人们的健康造成巨大的威胁。除此之外，污染土的力学、渗透、压缩等工程性能展现了较大的差异。因此，学者们如今致力于以岩土工程的视角来探究当土壤经化学入渗后，土的性质变化及其变化规律。为了掌握这种规律，在设计各种土工试验的过程中应统一变量，减少试验误差。土作为一种三相性材料，在进行土工试验时，往往采用饱和土作为试验研究的样本，以避免气相的存在而导致试验误差的出现。因此，被试验土体的土工试验的结果参数往往是以饱和土的试验参数来定义的。在进行土工试验时，需要先进行饱和处理。
为了研究环境岩土工程领域中，因化学入渗所导致的土壤性质变化，不少学者相继开始推进研究。但是，按现有的土工试验饱和方法在试验时，都需要浸水至少半个小时以上，会不可避免的导致研究土样发生解吸附、扩散，导致土样的污染状态发生改变。设计一种防止化学浸出的室内土工饱和装置，避免制样过程对土样污染状态的影响，尽量准确控制试样的精度、减少制样误差，具有重要意义。
发明内容
本发明旨在提供一种防止化学浸出的室内土工饱和装置，以实现控制试验样品中化学浓度的条件下，既能防止化学溶液浸出，又能达到饱和的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种防止化学浸出的室内土工饱和装置，包括由上至下装配在一起的储液箱、饱和箱、气压调节箱；其中，
所述储液箱内设置有储液室，所述储液室中安装有螺旋升降机，所述储液室上部开有贯穿储液箱的进液孔，下部开有贯穿储液箱的出液孔，所述升降机的升降杆底端安装有与出液孔适配的防水塞；
所述饱和箱内设置有土工室用以放置试验土样，所述土工室上部和下部均贯穿饱和箱且其上部和下部均设置有透水石；
所述气压调节箱内部设置有贯穿其左右两侧的大气管道和抽气管道，还设置有与土工室连通的气压调节管道，所述气压调节管道与所述大气管道和抽气管道相连通。
优选地，所述储液室为漏斗型结构。
进一步地，所述加液孔配备有密封塞。
进一步地，所述储液箱、饱和箱、气压调节箱对应四角上开有上下贯通的螺栓孔，所述储液箱、饱和箱、气压调节箱通过螺栓装配在一起。
进一步地，所述储液箱、饱和箱、气压调节箱之间设置有中间开孔的密封垫层。
进一步地，所述大气管道、抽气管道外部设置有开关阀。
优选地，所述储液箱、饱和箱、气压调节箱为铸铁材质。
进一步地，所述储液箱上设置有用以观察储液室液位的液位孔。
进一步地，所述气压调节箱上安装有与气压调节管道连通的气压表。
本发明还包括利用上述土工饱和装置的试验方法，包括如下步骤，
步骤1，通过试验，测得土样的饱和度，计算得到饱和土样的含水率；取新土，根据所需含水率均匀喷洒试验需要的化学溶液，密封浸润24h待用，并记录喷洒溶液中水的质量；将透水石浸水饱和待用，并记录透水石浸水前后的质量变化通过试验；
步骤2，在土工室内壁涂上一层凡士林，底部安装透水石并垫一张湿润的滤纸，按试验需求的密实度，称取相应质量的试验土样分层压实在土工室后，将一张湿润的滤纸垫在土样顶部并盖上透水石；
步骤3，在饱和箱两端安装密封垫层后，在饱和箱两端分别对齐气压调节箱和储液箱的螺栓孔，并使用限位螺栓固定旋紧；
步骤4，调节螺旋升降电机，使防水塞堵住储液室出液孔，从进液孔往储液室加入水，水的质量应为饱和土样对应含水率的质量加上两个透水石浸水前后的质量差再扣除喷洒溶液中水的质量；待水注入完毕，在进液孔中安装好密封塞；
步骤5，在抽气管道上连接真空泵，打开抽气管道的开关阀，关闭大气管道的开关阀，然后打开真空泵开始抽气，观察气压表，若气压表无法达到-100kPa，则重新进行步骤3，检查调节密封垫层，直到抽气时能达到-100kPa，然后进行下一步骤；
步骤6，待到土工室内达到-100kPa时，关闭真空泵和抽气管道的开关阀，调节螺旋升降电机，升起防水塞使储液室中的水进入到土工室内的土样中；
步骤7，从液位孔观测储液箱，待到储液室中的水全部进入到土工室内的土样中时，打开大气管道的开关阀，调节螺旋升降电机，使其升降杆向上，直到顶出密封塞；
步骤8，卸下气压调节箱，储液箱，密封垫层和透水石，并将土工室内的土样缓缓推出，此时试验所需的土样已达到饱和状态。
本发明有益效果：
本发明采用了模块化组合式设计，操作简单，容易上手。三个模块之间紧密接触，通过设置密封垫层就可以保证气密效果。将抽气管道设置在土样的下部，使土样中的空气能够顺利抽空；将储水装置设置在土样的上部，使土样进行饱和时，能够最大效率的使水进待饱和的土样中。由于本装置的设计和试验方法，本装置在进行饱和时，能够准确控制饱和时所需的水的质量。因此，待试验土样不会受到浸泡，从而保证了土样在进行饱和之后，土体中所需控制的化学物质的质量分数不变。本发明饱和装具采用铸铁制成，能够使试验从制样到饱和一次成型，减少试验误差。
附图说明
图1为本发明中土工饱和装置剖视图；
图2为本发明中土工饱和装置正视图；
图3为本发明中土工饱和装置俯视图；
图4为本发明中土工饱和装置仰视图；
图中：1饱和箱，2土工室，3透水石，4密封垫层，5气压调节箱，6气压调节管道，6-1大气管道，6-2抽气管道，7储液箱，8储液室，9螺旋升降电机，9-1防水塞，10密封塞，11气压表，12限位螺栓，13液位孔。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例：
请结合参照图1-4，一种防止化学浸出的室内土工饱和装置，包括由上至下装配在一起的储液箱7、饱和箱1、气压调节箱5。
所述储液箱7内设置有储液室8，优选地，所述储液室8为漏斗型结构，所述储液室8上部开有贯穿储液箱7的进液孔，下部开有贯穿储液箱7的出液孔，上部进液孔配装有用以密封进液孔的密封塞10。所述储液室8中安装有螺旋升降机，螺旋升降机通过钢架固定在储液室8中，优选地，所述钢架为钢管结构，钢管焊接在储液室8侧壁上且与储液室8侧壁贯通至外部，钢管中放置用以控制及驱动螺旋升降级的电线。所述螺旋升降机中的升降杆能够在升降机中上下移动，其底端安装有与出液孔适配的防水塞9-1，当螺旋升降机驱动升降杆向下运动时，防水塞9-1可以堵住下部的出液孔，向上运动时能够将密封塞10从进液孔中顶出。
所述饱和箱1内设置有土工室2用以放置试验土样，所述土工室2上部和下部均贯穿饱和箱1，土工室2上部和下部设置有凹槽，用以防止置有透水石3，优选地，透水石3为片状结构，防止在土工室2的凹槽中时其表面与饱和箱1上、下表面平齐。
所述气压调节箱5内部设置有贯穿其左右两侧的水平设置的大气管道6-1和抽气管道6-2，所述大气管道6-1和抽气管道6-2相连通，且而且外部设置有开关阀，所述抽气管道6-2通过管路连接真空泵。所述气压调节箱5中还设置有与土工室2连通的气压调节管道6。所述气压调节管道6竖直设置，其顶部贯穿气压调节箱5顶部与土工室2相连，其底部与大气管道6-1和抽气管道6-2垂直相连通。使用时，关闭大气管道6-1开关阀，打开抽气管道6-2开关阀，由真空泵通过抽气管道6-2、气压调节管道6对土工室2进行抽真空。
所述储液箱7、饱和箱1、气压调节箱5对应四角上开有上下贯通的螺栓孔，所述储液箱7、饱和箱1、气压调节箱5通过螺栓装配在一起，其中所述储液箱7、饱和箱1、气压调节箱5之间设置有中间开孔的密封垫层4，在抽真空时保证整个装置的密封性。
所述储液箱7上设置有用以观察储液室8液位的液位孔13，所述液位孔13设置在储液箱7侧壁上，与储液室8等长，外部封闭透明板。
所述气压调节箱5上安装有与气压调节管道6连通的气压表11，用以测量气压调节管道6以及土工室2内的真空度。
优选地，所述储液箱7、饱和箱1、气压调节箱5为铸铁材质。
一种利用所述防止化学浸出的室内土工饱和装置的试验方法，包括如下步骤，
步骤1，按《GBT 50123-2019土工试验方法标准》进行试验，通过试验，测得土样的饱和度，计算得到饱和土样的含水率；取新土，根据所需含水率均匀喷洒试验需要的化学溶液，密封浸润24h待用，并记录喷洒溶液中水的质量；将透水石3浸水饱和待用，并记录透水石3浸水前后的质量变化通过试验；
步骤2，在土工室2内壁涂上一层凡士林，底部安装透水石3并垫一张湿润的滤纸，按试验需求的密实度，称取相应质量的试验土样分层压实在土工室2后，将一张湿润的滤纸垫在土样顶部并盖上透水石3；
步骤3，在饱和箱1两端安装密封垫层4后，在饱和箱1两端分别对齐气压调节箱5和储液箱7的螺栓孔，并使用限位螺栓12固定旋紧；
步骤4，调节螺旋升降电机9，使防水塞9-1堵住储液室8出液孔，从进液孔往储液室8加入水，水的质量应为饱和土样对应含水率的质量加上两个透水石3浸水前后的质量差再扣除喷洒溶液中水的质量；待水注入完毕，在进液孔中安装好密封塞10；
步骤5，在抽气管道6-2上连接真空泵，打开抽气管道6-2的开关阀，关闭大气管道6-1的开关阀，然后打开真空泵开始抽气，观察气压表11，若气压表11无法达到-100kPa，则重新进行步骤3，检查调节密封垫层4，直到抽气时能达到-100kPa，然后进行下一步骤；
步骤6，待到土工室2内达到-100kPa时，关闭真空泵和抽气管道6-2的开关阀，调节螺旋升降电机9，升起防水塞9-1使储液室8中的水进入到土工室2内的土样中；
步骤7，从液位孔13观测储液箱7，待到储液室8中的水全部进入到土工室2内的土样中时，打开大气管道6-1的开关阀，调节螺旋升降电机9，使其升降杆向上，直到顶出密封塞10；
步骤8，卸下气压调节箱5，储液箱7，密封垫层4和透水石3，并将土工室2内的土样缓缓推出，此时试验所需的土样已达到饱和状态。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种利用防止化学浸出的室内土工饱和装置的试验方法，其特征在于：所述防止化学浸出的室内土工饱和装置包括由上至下装配在一起的储液箱、饱和箱和气压调节箱，所述储液箱、饱和箱和气压调节箱对应四角上开有上下贯通的螺栓孔，所述储液箱、饱和箱和气压调节箱通过螺栓装配在一起，所述储液箱、饱和箱和气压调节箱之间设置有中间开孔的密封垫层；
所述储液箱内设置有储液室，所述储液室中安装有螺旋升降机，所述储液室上部开有贯穿储液箱的进液孔，下部开有贯穿储液箱的出液孔，所述进液孔配备有密封塞，所述升降机的升降杆底端安装有与出液孔适配的防水塞；
所述饱和箱内设置有土工室用以放置试验土样，所述土工室上部和下部均贯穿饱和箱且其上部和下部均设置有透水石；
所述气压调节箱内部设置有贯穿其左右两侧的大气管道和抽气管道，还设置有与土工室连通的气压调节管道，所述气压调节管道与所述大气管道和抽气管道相连通，所述大气管道、抽气管道外部设置有开关阀；
所述储液箱上设置有用以观察储液室液位的液位孔，所述气压调节箱上安装有与气压调节管道连通的气压表；
所述试验方法包括如下步骤，
步骤1，通过试验，测得土样的饱和度，计算得到饱和土样的含水率；取新土，根据所需含水率均匀喷洒试验需要的化学溶液，密封浸润24h待用，并记录喷洒溶液中水的质量；将透水石浸水饱和待用，并记录透水石浸水前后的质量变化通过试验；
步骤2，在土工室内壁涂上一层凡士林，底部安装透水石并垫一张湿润的滤纸，按试验需求的密实度，称取相应质量的试验土样分层压实在土工室后，将一张湿润的滤纸垫在土样顶部并盖上透水石；
步骤3，在饱和箱两端安装密封垫层后，在饱和箱两端分别对齐气压调节箱和储液箱的螺栓孔，并使用限位螺栓固定旋紧；
步骤4，调节螺旋升降电机，使防水塞堵住储液室出液孔，从进液孔往储液室加入水，水的质量应为饱和土样对应含水率的质量加上两个透水石浸水前后的质量差再扣除喷洒溶液中水的质量；待水注入完毕，在进液孔中安装好密封塞；
步骤5，在抽气管道上连接真空泵，打开抽气管道的开关阀，关闭大气管道的开关阀，然后打开真空泵开始抽气，观察气压表，若气压表无法达到-100kPa，则重新进行步骤3，检查调节密封垫层，直到抽气时能达到-100kPa，然后进行下一步骤；
步骤6，待到土工室内达到-100kPa时，关闭真空泵和抽气管道的开关阀，调节螺旋升降电机，升起防水塞使储液室中的水进入到土工室内的土样中；
步骤7，从液位孔观测储液箱，待到储液室中的水全部进入到土工室内的土样中时，打开大气管道的开关阀，调节螺旋升降电机，使其升降杆向上，直到顶出密封塞；
步骤8，卸下气压调节箱，储液箱，密封垫层和透水石，并将土工室内的土样缓缓推出，此时试验所需的土样已达到饱和状态。
2.根据权利要求1所述的一种利用防止化学浸出的室内土工饱和装置的试验方法，其特征在于：所述储液室为漏斗型结构。
3.根据权利要求1所述的一种利用防止化学浸出的室内土工饱和装置的试验方法，其特征在于：所述储液箱、饱和箱、气压调节箱为铸铁材质。
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