CN116499934B - 土体颗粒损失和渗气性能试验装置及试验方法 - Google Patents

土体颗粒损失和渗气性能试验装置及试验方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种土体颗粒损失和渗气性能试验装置及试验方法,属于岩土工程试验技术领域,该试验装置包括试样容器、渗流模拟系统、收集池、渗气模拟系统、图像采集系统、渗气检测系统和控制与存储系统,渗流模拟系统既可以模拟双向的横向渗流和竖向渗流,渗流模拟系统还可以改变液体的类型,收集池收集土体颗粒,图像采集系统采集表面裂隙的图像,渗气模拟系统与渗气检测系统相互配合来检测土体试样的渗气性能。本申请提供的土体颗粒损失和渗气性能试验装置及试验方法综合考量了化学溶蚀和干湿循环耦合作用下对土体的颗粒损失、裂隙发展和渗气性能的影响,对自然环境的模拟更加真实,提高了试验的准确度。

Description

土体颗粒损失和渗气性能试验装置及试验方法
技术领域
本申请涉及岩土工程试验技术领域,特别是涉及一种土体颗粒损失和渗气性能试验装置及试验方法。
背景技术
土体的细小颗粒流失后,其黏粒含量下降会降低土体的塑性和黏度,引起裂隙的滋生和发展。渗流作用下的土体经历了干湿循环,不仅会导致土体微观和宏观裂隙的发育,还会加快土体内部细颗粒的流失和剥离,增大土体的渗透性;且在自然环境中由于降雨和土壤中微生物分解及其他化学作用,土体也必将受到化学溶蚀的作用,造成了土体结构和相关性能的劣化。
现有技术中的土体试验装置考虑更多的是干湿循环作用,试验装置的试验工况比较少,所能模拟的环境比较单一,缺少考虑化学溶蚀和干湿循环对土体耦合作用的试验装置,而且现有的试验装置还缺少对试验过程中颗粒的损失、裂隙的发展和土体渗气性能的综合考虑。
发明内容
基于此,有必要提供一种土体颗粒损失和渗气性能试验装置及试验方法,以解决现有技术中存在的土体试验装置的试验工况较少、所能模拟的环境比较单一和试验过程中缺少对土体性能变化的综合考虑的技术问题。
为此,根据本申请的一个方面,提供了一种土体颗粒损失和渗气性能试验装置,该试验装置包括:
试样容器,具有试样腔和液体腔,试样腔用于容纳土体试样,试样腔的底部至少在沿第一水平方向的相对两侧分别通过两个第一透水口与液体腔连通,第一透水口处设置有用于控制第一透水口启闭的第一密封结构,试样腔的底部设置有第二透水口,第二透水口处设置有用于控制第二透水口启闭的第二密封结构,试样腔的顶部呈开口设置;
渗流模拟系统,通过两个第一透水口向土体试样中注入液体来模拟双向的横向渗流,或者通过第二透水口向土体试样中注入液体来模拟竖向渗流,渗流模拟系统能够改变向土体试样中注入的液体的类型以产生不同程度的化学溶蚀;
收集池,用于收集渗流后的液体中夹带的土体颗粒;
渗气模拟系统,包括设置于试样腔顶部的密封板和用于驱动密封板沿竖直方向移动的直线驱动机构,渗气模拟系统用于将试样腔顶部的气体渗入到土体试样中;
图像采集系统,用于采集土体试样的表面裂隙全过程变化的图像信息;
渗气检测系统,设置有与试样腔连通的密闭容器,渗气检测系统通过密闭容器中的水位变化来检测土体试样的渗气性能;以及
控制与存储系统,用于控制渗流模拟系统、渗气模拟系统、图像采集系统和渗气检测系统的试验参数并存储试验过程中的试验数据。
可选地,试样容器包括:
底板,第二透水口开设在底板上;
环形内壁,安装在底板上并和底板的周向边缘呈间距设置,环形内壁和底板围合形成试样腔,第一透水口开设在环形内壁的底部;
环形外壁,沿底板的周向边缘安装在底板上,环形外壁、环形内壁和底板围合形成一环形空间;以及
挡环,设置在环形空间的沿竖直方向的中部,挡环、环形外壁、环形内壁和底板围合形成液体腔。
可选地,试样容器还包括设置在环形空间顶部的环形顶板,环形顶板、环形外壁、环形内壁和挡环围合形成设备腔,设备腔内的环形内壁上开设有通风口,通风口处设置有用于控制通风口启闭的第三密封结构,试验装置还包括设置在设备腔内的第一加热系统,第一加热系统用于加快土体试样的干湿循环。
可选地,第一密封结构通过从环形外壁的外侧部活动插设入液体腔内的挡水板控制第一透水口的启闭,第二密封结构通过带有阀门的管道控制第二透水口的启闭,第三密封结构通过可滑动地贴合在环形内壁外壁面上的环形挡板控制通风口的启闭。
可选地,渗流模拟系统包括:
两个水箱,沿第一水平方向分别设置在试样容器相对的两个外侧部,水箱具有进水口和朝向试样容器的出水口,环形外壁上设置有用于连通出水口和液体腔的第三透水口,水箱内设置有用于控制第三透水口启闭的第四密封结构;
两个旋转叶轮,分别安装在两个水箱内,旋转叶轮用于控制液体的横向渗流的方向;
两个液位检测仪,分别安装在两个水箱内,液位检测仪用于检测水箱内的液体的液位;以及
两个第二加热系统,分别设置在两个水箱内,第二加热系统用于提高液体的温度。
可选地,第一透水口和第三透水口之间的液体腔内设置有隔板,隔板用于减小沿第一水平方向上的液体的流速。
可选地,收集池设置于液体腔的底部并和液体腔连通,收集池内设置有滤网,滤网用于过滤进入收集池的液体中的土体颗粒。
可选地,密封板朝向土体试样一侧开设有凹槽,图像采集系统包括安装在凹槽内的高清摄像机。
可选地,渗气检测系统包括:
第一密闭容器,通过第一管道与试样腔连通,第一管道上设置有阀门和第一气压计;
第二密闭容器,通过第二管道与第一密闭容器连通,第二管道在第一密闭容器内的管口的水平高度低于第二管道在第二密闭容器内的管口的水平高度;
供水设备,用于分别向第一密闭容器和第二密闭容器内供水;
抽气设备,用于抽离第一密闭容器和第二密闭容器内的气体;以及
供气设备,用于向试样腔内供气。
本申请提供的土体颗粒损失和渗气性能试验装置的有益效果在于:与现有技术相比,本申请的试验装置包括试样容器、渗流模拟系统、收集池、渗气模拟系统、图像采集系统、渗气检测系统和控制与存储系统,试样容器具有用于容纳土体试样的试样腔以及液体腔,试样腔沿第一水平方向的相对两侧均和液体腔连通,试样腔的底部设置有第二透水口,渗流模拟系统既可以通过液体腔来模拟双向的横向渗流,又可以通过第二透水口来模拟竖向渗流,渗流模拟系统还可以改变液体的类型以产生不同程度的化学溶蚀,收集池可以收集土体颗粒,图像采集系统可以采集表面裂隙的图像信息,渗气模拟系统与渗气检测系统可以相互配合来检测土体试样的渗气性能;综上,本申请的试验装置可以实现干湿循环效应下模拟不同渗透类型和不同溶液对土体试样的裂隙发展和愈合、土体颗粒的流失和渗气性能的影响,综合考量了化学溶蚀和干湿循环耦合作用下对土体的颗粒损失、裂隙发展和渗气性能的影响,使得本试验装置对自然环境的模拟更加真实,提高了试验的准确度,试验装置清楚地明晰了裂隙发育、渗流特点、渗气性能和颗粒损失间的关联程度和变化规律,从而为受干湿和渗流影响较明显的土体(边坡、水库等地区)提供较为先进的测试技术和方法。
根据本申请的另一个方面,提供了一种土体颗粒损失和渗气性能试验方法,采用了如上述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,该试验方法包括如下步骤:
准备如上述的试验装置;
准备土体试样并放置在试样容器内;
干燥土体试样并通过图像采集系统记录表面裂隙;
通过渗流模拟系统在土体试样中模拟渗流;
通过收集池收集土体试样在渗流过程中损失的土体颗粒;
通过图像采集系统记录表面裂隙的变化;
通过渗气模拟系统将试样腔内的气体充分渗入到土体试样中;以及
通过渗气检测系统检测土体试样的渗气性能。
本申请提供的试验方法的有益效果在于:与现有技术相比,本申请的试验方法采用了如上述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,使得本申请的试验方法可以实现干湿循环效应下模拟不同渗透类型和不同溶液对土体试样的裂隙发展和愈合、土体颗粒的流失和渗气性能的影响,综合考量了化学溶蚀和干湿循环耦合作用下对土体的颗粒损失、裂隙发展和渗气性能的影响,使得本试验方法对自然环境的模拟更加真实,提高了试验的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的土体颗粒损失和渗气性能试验装置的内部结构示意图一;
图2为本申请实施例提供的土体颗粒损失和渗气性能试验装置的内部结构示意图二;
图3为本申请实施例提供的土体颗粒损失和渗气性能试验方法的流程图。
附图标记说明:
10、试样容器;101、底板;1011、第二透水口;102、环形内壁;1021、第一透水口;1022、通风口;103、环形外壁;1031、第三透水口;104、挡环;105、环形顶板;106、试样腔;107、液体腔;1071、隔板;108、设备腔;109、第一密封结构;110、第二密封结构;111、第三密封结构;
20、渗流模拟系统;201、水箱;202、旋转叶轮;203、液位检测仪;204、第二加热系统;2041、第二热风机;2042、第二温度传感器;205、第四密封结构;
30、收集池;301、滤网;
40、渗气模拟系统;401、密封板;402、直线驱动机构;4021、气压管;4022、第四气压计;
50、图像采集系统;501、高清摄像机;
60、渗气检测系统;601、第一密闭容器;602、第一管道;603、第一气压计;604、第二密闭容器;605、第二管道;606、供水设备;607、第三管道;608、第四管道;609、第五管道;610、第二气压计;611、供气设备;612、第六管道;613、第三气压计;
70、第一加热系统;701、第一热风机;702、第一温度传感器;
1、土体试样。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
根据本申请的一个方面,请一并参阅图1和图2,本申请的实施例提供了一种土体颗粒损失和渗气性能试验装置,该试验装置包括试样容器10、渗流模拟系统20、收集池30、渗气模拟系统40、图像采集系统50、渗气检测系统60和控制与存储系统,试样容器10具有试样腔106和液体腔107,试样腔106用于容纳土体试样1,试样腔106的底部至少在沿第一水平方向的相对两侧分别通过两个第一透水口1021与液体腔107连通,第一透水口1021处设置有用于控制第一透水口1021启闭的第一密封结构109,试样腔106的底部设置有第二透水口1011,第二透水口1011处设置有用于控制第二透水口1011启闭的第二密封结构110,试样腔106的顶部呈开口设置;渗流模拟系统20通过两个第一透水口1021向土体试样1中注入液体来模拟双向的横向渗流,或者通过第二透水口1011向土体试样1中注入液体来模拟竖向渗流,渗流模拟系统20能够改变向土体试样1中注入的液体的类型以产生不同程度的化学溶蚀;收集池30用于收集渗流后的液体中夹带的土体颗粒;渗气模拟系统40包括设置于试样腔106顶部的密封板401和用于驱动密封板401沿竖直方向移动的直线驱动机构402,渗气模拟系统40用于将试样腔106顶部的气体渗入到土体试样1中;图像采集系统50用于采集土体试样1的表面裂隙全过程变化的图像信息;渗气检测系统60设置有与试样腔106连通的密闭容器,渗气检测系统60通过密闭容器中的水位变化来检测土体试样1的渗气性能;控制与存储系统用于控制渗流模拟系统20、渗气模拟系统40、图像采集系统50和渗气检测系统60的试验参数并存储试验过程中的试验数据。
本申请实施例中,该试验装置包括试样容器10、渗流模拟系统20、收集池30、渗气模拟系统40、图像采集系统50、渗气检测系统60和控制与存储系统,试样容器10具有用于容纳土体试样1的试样腔106以及液体腔107,所述试样腔106沿第一水平方向的相对两侧均和液体腔107连通,试样腔106的底部设置有第二透水口1011,渗流模拟系统20既可以通过液体腔107来模拟双向的横向渗流,又可以通过第二透水口1011来模拟竖向渗流,渗流模拟系统20还可以改变液体的类型以产生不同程度的化学溶蚀,收集池30可以收集土体颗粒,图像采集系统50可以采集表面裂隙的图像信息,渗气模拟系统40与渗气检测系统60可以相互配合来检测土体试样1的渗气性能;综上,本申请的试验装置可以实现干湿循环效应下模拟不同渗透类型和不同溶液对土体试样1的裂隙发展和愈合、土体颗粒的流失和渗气性能的影响,综合考量了化学溶蚀和干湿循环耦合作用下对土体的颗粒损失、裂隙发展和渗气性能的影响,使得本试验装置对自然环境的模拟更加真实,提高了试验的准确度,试验装置清楚地明晰了裂隙发育、渗流特点、渗气性能和颗粒损失间的关联程度和变化规律,从而为受干湿和渗流影响较明显的土体(边坡、水库等地区)提供较为先进的测试技术和方法。
为了便于解释说明,第一水平方向在图1和图2中以x方向示出,下文中的竖直方向在图1中以z方向示出,下文中的第二水平方向在图2中以y方向示出。
在一个实施例中,请参阅图1,试样容器10包括底板101、环形内壁102、环形外壁103和挡环104,第二透水口1011开设在底板101上;环形内壁102安装在底板101上并和底板101的周向边缘呈间距设置,环形内壁102和底板101围合形成试样腔106,第一透水口1021开设在环形内壁102的底部;环形外壁103沿底板101的周向边缘安装在底板101上,环形外壁103、环形内壁102和底板101围合形成一环形空间;挡环104设置在环形空间的沿竖直方向z的中部,挡环104、环形外壁103、环形内壁102和底板101围合形成液体腔107。
通过如上设置,试样容器10主要由两个环形的壁板围合形成内外两个空间来分别放置土体试样1以及供液体通过,整个试样容器10的结构设计简单且容易制作。
进一步地,第一透水口1021的两边设置两个沿第一水平方向x延伸的竖板,来使液体尽可能多地从两个第一透水口1021之间通过。
在其他的实施例中,环形内壁102和环形外壁103均为透明材质,以便于更好地观察实验过程。
在一个具体的实施例中,请一并参阅图1和图2,试样容器10还包括设置在环形空间顶部的环形顶板105,环形顶板105、环形外壁103、环形内壁102和挡环104围合形成设备腔108,设备腔108内的环形内壁102上开设有通风口1022,通风口1022处设置有用于控制通风口1022启闭的第三密封结构111,试验装置还包括设置在设备腔108内的第一加热系统70,第一加热系统70用于加快土体试样1的干湿循环。
具体地,第一加热系统70包括第一热风机701和第一温度传感器702,第一热风机701用于吹出热风,第一温度传感器702用于检测设备腔108内的温度,根据第一温度传感器702的检测数据及时调整第一热风机701的功率。
如此,环形外壁103和环形内壁102之间的环形腔室通过设置中部的挡环104和环形顶板105在液体腔107的上方得到一个密封的设备腔108,再在设备腔108内设置第一加热系统70,第一加热系统70吹出的热风通过通风口1022可以方便地进入到试样腔106内来干燥土体试样1,加快土体试样1的干湿循环过程,节省试验时间。
在其他的实施例中,密封板401上设置有可开关的通风孔,以便于排出土体试样1的干湿循环过程中产生的水蒸气。
示例性地,第一加热系统70设置有八组,每组第一加热系统70处均设置有通风口1022,八组第一加热系统70环绕试样腔106的周向均匀设置。
在一个更为具体的实施例中,请参阅图1,第一密封结构109通过从环形外壁103的外侧部活动插设入液体腔107内的挡水板控制第一透水口1021的启闭,第二密封结构110通过带有阀门的管道控制第二透水口1011的启闭,第三密封结构111通过可滑动地贴合在环形内壁102外壁面上的环形挡板控制通风口1022的启闭。
对于第一密封结构109,液体腔107的环形外壁103上开设有条形缺口,第一密封结构109包括挡水板和拉环,挡水板沿第二水平方向y活动插设于条形缺口且挡水板和条形缺口的连接处密封设置,拉环设置在处于液体腔107之外的挡水板,通过拉环抽拉挡水板即可遮盖或打开第一透水口1021。其中,第二水平方向y垂直于第一水平方向x。
对于第二密封结构110,本试验装置通过第二密封结构110的管道可以外接气压输液设备,气压输液设备将液体自下而上的通过土体试样1来模拟其竖向渗流状态;气压输液设备停止输液后断开和第二密封结构110的管道的连接,第二密封结构110的管道再外接收集盒来收集竖向渗流后液体中夹带的土体颗粒。
对于第三密封结构111,当环形内壁102上设置有多个通风口1022来对应多组第一加热系统70时,通过滑动环形内壁102的外壁面上的环形挡板,可以一次性地控制多个通风口1022的启闭。
进一步地,第一透水口1021的边缘设置有橡胶或防水塑料,进而使得挡水板遮盖第一透水口1021时,挡水板和第一透水口1021连接处的密封性更好,也即提高了试样腔106的密封性。这样,试样腔106具有较优的密封性,渗气模拟系统40可以更好地通过密封板401将试样腔106顶部的气体渗入到土体试样1中。
由于上述的竖向渗流可以通过外接设备来进行模拟,因此不再详述。下面,以模拟双向的横向渗流为例,对渗流模拟系统20进行解释说明。
在另一个具体的实施例中,请一并参阅图1和图2,渗流模拟系统20包括两个水箱201、两个旋转叶轮202、两个液位检测仪203和两个第二加热系统204,两个水箱201沿第一水平方向x分别设置在试样容器10相对的两个外侧部,水箱201具有进水口和朝向试样容器10的出水口,环形外壁103上设置有用于连通出水口和液体腔107的第三透水口1031,水箱201内设置有用于控制第三透水口1031启闭的第四密封结构205;两个旋转叶轮202分别安装在两个水箱201内,旋转叶轮202用于控制液体的横向渗流的方向;两个液位检测仪203分别安装在两个水箱201内,液位检测仪203用于检测水箱201内的液体的液位;两个第二加热系统204分别设置在两个水箱201内,第二加热系统204用于提高液体的温度。
在此需要说明的是,水箱201内的液体的液位和土体试样1的厚度均与第一透水口1021的高度相适配,土体试样1的厚度在一般情况下低于第一透水口1021的高度,水箱201内的液体的液位在一般情况下高于第一透水口1021的高度,以便于从第一透水口1021进入试样腔106内的液体能够完全浸透土体试样1,提高试验的准确度。水箱201内的液体只占用水箱201部分内部空间,旋转叶轮202浸在液体内,第二加热系统204安装在液体顶部的水箱201上。
示例性地,第四密封结构205为在水箱201内可上下移动的竖板,竖板沿第二水平方向y延伸,当竖板向下移动至抵接水箱201的底部后即可封闭水箱201。
示例性地,第二加热系统204包括第二热风机2041和第二温度传感器2042,通过第二加热系统204控制控制水箱201中的温度与试样腔106内的温度保持一致。
可以理解的是,根据实际试验需要,第二加热系统204还可以是防水式电热片,在此不做唯一限定。
在一个更为具体的实施例中,请参阅图1,第一透水口1021和第三透水口1031之间的液体腔107内设置有沿第二水平方向y延伸的隔板1071,隔板1071用于减小沿第一水平方向x上的液体的流速,可以更加真实地模拟出自然环境中的渗流。
在另一个实施例中,请参阅图1,收集池30设置于液体腔107的底部并和液体腔107连通,收集池30内设置有滤网301,滤网301用于过滤进入收集池30的液体中的土体颗粒。
具体地,经滤网301过滤后的液体流至滤网301下方的收集池30内,过滤后的液体可重新注入到水箱201中循环使用。
进一步地,滤网301为抽拉式结构,待收集完毕后,从收集池30的侧部抽出滤网301,可以方便地计算土体颗粒的流失量。
在其他的实施例中,渗气模拟系统40的直线驱动机构402为包括气压管4021和第四气压计4022的气压驱动机构,密封板401在直线驱动机构402的驱动下向下移动至接触土体试样1的表面,以将试样腔106中的土体试样1顶部的气体全部渗入到土体试样1中。
在另一个实施例中,请参阅图1,密封板401朝向土体试样1一侧开设有凹槽,图像采集系统50包括安装在凹槽内的高清摄像机501。
如此,高清摄像机501置于凹槽内,密封板401在下降时,高清摄像机501不会和土体试样1产生干涉。
在另一个实施例中,请参阅图1和图2,渗气检测系统60包括第一密闭容器601、第二密闭容器604、供水设备606、抽气设备和供气设备611,第一密闭容器601通过第一管道602与试样腔106连通,第一管道602上设置有阀门和第一气压计603;第二密闭容器604通过第二管道605与第一密闭容器601连通,第二管道605在第一密闭容器601内的管口的水平高度低于第二管道605在第二密闭容器604内的管口的水平高度;供水设备606用于分别向第一密闭容器601和第二密闭容器604内供水;抽气设备用于抽离第一密闭容器601和第二密闭容器604内的气体;供气设备611用于向试样腔106内供气。
具体地,供水设备606通过第三管道607向第一密闭容器601供水,供水设备606通过第四管道608向第二密闭容器604供水,供气设备611通过第六管道612向试样腔106供气,第六管道612上设置有第三气压计613。第一管道602、第二管道605、第三管道607、第四管道608、第五管道609和第六管道612均带有阀门。
下面对渗气检测系统60的检测原理进行说明:
土体试样1经渗流作用后,土体试样1会损失部分土体颗粒,土体试样1的内部会产生孔隙,但是土体试样1内部的各个孔隙内的气体含量是不一致的,也即各个孔隙内的气压是不一致的。
首先,渗气模拟系统40工作的过程中,第一密封结构109、第二密封结构110和第三密封结构111均处于关闭状态,也即试样腔106是处于密封状态的,渗气模拟系统40将试样腔106顶部的气体渗入到土体试样1后,土体试样1的各个孔隙内的气体均处于高压状态。
然后,打开第一管道602和第二管道605的阀门,关闭第三管道607、第四管道608、第五管道609和第六管道612的阀门,记录此时第一气压计603的初始压力(此初始压力即为渗气模拟系统40工作后,土体试样1的孔隙内的气压);打开第五管道609的阀门,通过抽气设备对试样腔106进行抽气,充分抽气后,试样腔106、第一密闭容器601和第二密闭容器604中产生负压力。
然后,打开第三管道607的阀门,供水设备606向第一密闭容器601中注水直至淹没第二管道605的管口,通过观察第二气压计610的来判断第一密闭容器601和试样腔106内的气压是否恢复至初始压力,此时关闭第三管道607的阀门停止注水,此时由于第二密闭容器604中仍然存在负压,因此第一密闭容器601中的第二管道605内的水的液位高于第一密闭容器601中水的液位,记录此时第一密闭容器601中的第二管道605内的水的液位作为初始液位。
最后,打开第六管道612的阀门,通过供气设备611向试样腔106内重新吸入气体,因此试样腔106和第一密闭容器601内的气压缓慢升高,第一密闭容器601中的第二管道605内的水的液位继续升高,记录第一密闭容器601中的第二管道605内的水的液位变化量,并通过第一气压计603记录试样腔106内的气压变化来进一步评价土体试样1的渗气性(也即孔隙气体变化)。
根据本申请的另一个方面,请参阅图3,本申请的实施例还提供了一种土体颗粒损失和渗气性能试验方法,采用了如上述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,该试验方法包括如下步骤:
步骤S1:准备如上述的试验装置。
步骤S2:准备土体试样1并放置在试样容器10内。
步骤S3:干燥土体试样1并通过图像采集系统50记录表面裂隙。
具体地,打开第一加热系统70并开启第三密封结构111,第一加热系统70的热风吹入至试样腔106内对土体试样1进行干燥,开启密封板401的通风孔以便于将土体试样1中的水分以蒸汽的形式排出试样腔106,待干燥过程完成后关闭第三密封结构111。在此过程中可通过高清摄像机501对土体试样1在干燥过程中的表面裂隙的变化进行图像采集并通过控制与存储系统对图像进行处理得到相应的裂隙数据。
步骤S4:通过渗流模拟系统20在土体试样1中模拟渗流。
具体地,开启试样容器10中的第一密封结构109和水箱201中的第四密封结构205,通过控制与存储系统打开水箱201中旋转叶轮202,液体流入到土体试样1内部(本实施例的液体的流动方向如图1和图2中从左向右的方向),通过控制旋转叶轮202的转速来控制液体的流速和渗入到土体试样1中的速度。
步骤S5:通过收集池30收集土体试样1在渗流过程中损失的土体颗粒。
具体地,并通过滤网301采集土体试样1在渗流过程中的土体颗粒的损失,收集池30中的液体可以通过外接小型抽水装置循环利用到水箱201中。
步骤S6:通过图像采集系统50记录表面裂隙的变化。
具体地,在渗流结束后可以通过高清摄像机501拍摄土体试样1的表面裂隙的情况,用于与干燥过程的表面裂隙的情况进行比较。
步骤S7:通过渗气模拟系统40将试样腔106内的气体充分渗入到土体试样1中。
步骤S8:通过渗气检测系统60检测土体试样1的渗气性能。
本申请实施例中,该试验方法采用了如上述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,使得本申请的试验方法可以实现干湿循环效应下模拟不同渗透类型和不同溶液对土体试样1的裂隙发展和愈合、土体颗粒的流失和渗气性能的影响,综合考量了化学溶蚀和干湿循环耦合作用下对土体的颗粒损失、裂隙发展和渗气性能的影响,使得本试验方法对自然环境的模拟更加真实,提高了试验的准确度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,包括:
试样容器,具有试样腔和液体腔,所述试样腔用于容纳土体试样,所述试样腔的底部至少在沿第一水平方向的相对两侧分别通过两个第一透水口与所述液体腔连通,所述第一透水口处设置有用于控制所述第一透水口启闭的第一密封结构,所述试样腔的底部设置有第二透水口,所述第二透水口处设置有用于控制所述第二透水口启闭的第二密封结构,所述试样腔的顶部呈开口设置;
渗流模拟系统,既能通过两个所述第一透水口向所述土体试样中注入液体来模拟双向的横向渗流,又能通过所述第二透水口向所述土体试样中注入所述液体来模拟竖向渗流,所述渗流模拟系统能够改变向所述土体试样中注入的所述液体的类型以产生不同程度的化学溶蚀;
收集池,用于收集渗流后的所述液体中夹带的土体颗粒;
渗气模拟系统,包括设置于所述试样腔顶部的密封板和用于驱动所述密封板沿竖直方向移动的直线驱动机构,所述渗气模拟系统用于将所述试样腔顶部的气体渗入到所述土体试样中;
图像采集系统,用于采集所述土体试样的表面裂隙全过程变化的图像信息;
渗气检测系统,设置有与所述试样腔连通的密闭容器,所述渗气检测系统通过所述密闭容器中的水位变化来检测所述土体试样的渗气性能;以及
控制与存储系统,用于控制所述渗流模拟系统、所述渗气模拟系统、所述图像采集系统和所述渗气检测系统的试验参数并存储试验过程中的试验数据;
其中,所述试样容器包括底板、环形内壁、环形外壁和挡环,所述第二透水口开设在所述底板上,所述环形内壁安装在所述底板上并和所述底板的周向边缘呈间距设置,所述环形内壁和所述底板围合形成所述试样腔,所述第一透水口开设在所述环形内壁的底部,所述环形外壁沿所述底板的周向边缘安装在所述底板上,所述环形外壁、所述环形内壁和所述底板围合形成一环形空间,所述挡环设置在所述环形空间的沿竖直方向的中部,所述挡环、所述环形外壁、所述环形内壁和所述底板围合形成所述液体腔;
所述渗流模拟系统包括两个水箱和两个旋转叶轮,两个所述水箱沿所述第一水平方向分别设置在所述试样容器相对的两个外侧部,所述水箱具有进水口和朝向所述试样容器的出水口,所述环形外壁上设置有用于连通所述出水口和所述液体腔的第三透水口,所述水箱内设置有用于控制所述第三透水口启闭的第四密封结构,两个所述旋转叶轮分别安装在两个所述水箱内,所述旋转叶轮用于控制所述液体的横向渗流的方向。
2.根据权利要求1所述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,所述试样容器还包括设置在所述环形空间顶部的环形顶板,所述环形顶板、所述环形外壁、所述环形内壁和所述挡环围合形成设备腔,所述设备腔内的所述环形内壁上开设有通风口,所述通风口处设置有用于控制所述通风口启闭的第三密封结构,所述试验装置还包括设置在所述设备腔内的第一加热系统,所述第一加热系统用于加快所述土体试样的干湿循环。
3.根据权利要求2所述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,所述第一密封结构通过从所述环形外壁的外侧部活动插设入所述液体腔内的挡水板控制所述第一透水口的启闭,所述第二密封结构通过带有阀门的管道控制所述第二透水口的启闭,所述第三密封结构通过可滑动地贴合在所述环形内壁外壁面上的环形挡板控制所述通风口的启闭。
4.根据权利要求1所述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,所述渗流模拟系统还包括:
两个液位检测仪,分别安装在两个所述水箱内,所述液位检测仪用于检测所述水箱内的所述液体的液位;以及
两个第二加热系统,分别设置在两个所述水箱内,所述第二加热系统用于提高所述液体的温度。
5.根据权利要求4所述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,所述第一透水口和所述第三透水口之间的所述液体腔内设置有隔板,所述隔板用于减小沿所述第一水平方向上的所述液体的流速。
6.根据权利要求1所述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,所述收集池设置于所述液体腔的底部并和所述液体腔连通,所述收集池内设置有滤网,所述滤网用于过滤进入所述收集池的所述液体中的所述土体颗粒。
7.根据权利要求1所述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,所述密封板朝向所述土体试样一侧开设有凹槽,所述图像采集系统包括安装在所述凹槽内的高清摄像机。
8.根据权利要求1所述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,所述渗气检测系统包括:
第一密闭容器,通过第一管道与所述试样腔连通,所述第一管道上设置有阀门和第一气压计;
第二密闭容器,通过第二管道与所述第一密闭容器连通,所述第二管道在所述第一密闭容器内的管口的水平高度低于所述第二管道在所述第二密闭容器内的管口的水平高度;
供水设备,用于分别向所述第一密闭容器和所述第二密闭容器内供水;
抽气设备,用于抽离所述第一密闭容器和所述第二密闭容器内的气体;以及
供气设备,用于向所述试样腔内供气。
9.一种土体颗粒损失和渗气性能试验方法,采用了如权利要求1-8任一项所述的土体颗粒损失和渗气性能试验装置,其特征在于,所述试验方法包括如下步骤:
准备如权利要求1所述的试验装置;
准备土体试样并放置在试样容器内;
干燥土体试样并通过图像采集系统记录表面裂隙;
通过渗流模拟系统在土体试样中模拟渗流;
通过收集池收集土体试样在渗流过程中损失的土体颗粒;
通过图像采集系统记录表面裂隙的变化;
通过渗气模拟系统将试样腔内的气体充分渗入到土体试样中;以及
通过渗气检测系统检测土体试样的渗气性能。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1125511A1 (ru) * 1983-07-11 1984-11-23 МВТУ им.Н.Э.Баумана Стенд дл испытани движени жидкости и газа в проницаемых материалах
CN211856278U (zh) * 2020-02-13 2020-11-03 深圳大学 一种混凝土渗水渗气性测量装置
CN212459324U (zh) * 2020-06-28 2021-02-02 浙江工业大学 一种粗粒砂土水平向渗流模型箱
CN114062657A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 中国电建集团江西省电力设计院有限公司 一种非饱和状态下的岩土体干湿循环试验系统及方法
CN216284809U (zh) * 2021-05-28 2022-04-12 杭州交通投资建设管理集团有限公司 一种模拟地应力和地下渗流场耦合的隧道二次注浆模型试验装置
CN114608911A (zh) * 2022-03-11 2022-06-10 长安大学 一种测试非饱和土体渗气性的试验装置及方法
CN114894655A (zh) * 2022-04-12 2022-08-12 三峡大学 一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置及方法
CN115598040A (zh) * 2022-12-15 2023-01-13 成都理工大学(Cn) 一种孔隙介质两向渗透系数测定装置及方法
CN116148145A (zh) * 2023-01-10 2023-05-23 中国地质大学(北京) 一种地质特征研究用物理沉积模拟实验装置及实验方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230063223A1 (en) * 2021-08-27 2023-03-02 Bill Baoxun Wang Carbon neutral groundwater and rainwater dual irrigation system

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1125511A1 (ru) * 1983-07-11 1984-11-23 МВТУ им.Н.Э.Баумана Стенд дл испытани движени жидкости и газа в проницаемых материалах
CN211856278U (zh) * 2020-02-13 2020-11-03 深圳大学 一种混凝土渗水渗气性测量装置
CN212459324U (zh) * 2020-06-28 2021-02-02 浙江工业大学 一种粗粒砂土水平向渗流模型箱
CN216284809U (zh) * 2021-05-28 2022-04-12 杭州交通投资建设管理集团有限公司 一种模拟地应力和地下渗流场耦合的隧道二次注浆模型试验装置
CN114062657A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 中国电建集团江西省电力设计院有限公司 一种非饱和状态下的岩土体干湿循环试验系统及方法
CN114608911A (zh) * 2022-03-11 2022-06-10 长安大学 一种测试非饱和土体渗气性的试验装置及方法
CN114894655A (zh) * 2022-04-12 2022-08-12 三峡大学 一种模拟往返渗流和干湿循环联合驱动土体颗粒流失的实验装置及方法
CN115598040A (zh) * 2022-12-15 2023-01-13 成都理工大学(Cn) 一种孔隙介质两向渗透系数测定装置及方法
CN116148145A (zh) * 2023-01-10 2023-05-23 中国地质大学(北京) 一种地质特征研究用物理沉积模拟实验装置及实验方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
On measuring methods and influencing factors of air permeability fo soils: An overview and a preliminary database;Shi-Feng Lu等;《Geoderma》;第第435卷卷;第116509页 *
非饱和黄土水-气渗透性试验研究;赵敏等;《西安科技大学学报》;第第25卷卷(第第3期期);第292-295页 *

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