CN202486025U - 一种土的渗透淤堵试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种土的渗透淤堵试验装置。是由试验塔支架之上装有出水底筒、装料筒和进水顶筒，装料筒侧面设置孔隙水压力监测孔，孔内装有孔隙水压力传感器，并与计算机连接，进水顶筒上端装有由淤堵试料容器管、回水控制阀门、投料进口阀、与输水阀门构成三通阀门结构，高压水箱通过供水管与集水槽中的水泵连接构成。在连续供水的情况下完成淤堵试料的投放，实现了渗透淤堵试验的连续过程，改变了现有的测压管测量方式，采用了多断面渗流电子监测记录及数据处理，能直观的反映淤堵的粒径、孔隙水压力与渗流流量之间的相互关系。解决了淤堵作用条件下对松散介质渗透性的影响观测，为大型工程设计提供可靠的科学数据。

Description

一种土的渗透淤堵试验装置

技术领域：

本实用新型涉及一种渗透淤堵作用导致土的渗透性发生动态变化的科学试验装置，通过模拟观测土体在渗流过程中因细小土颗粒的迁移使土的渗透性和渗透性参数不断变化的试验装置。 

背景技术：

国内外对土体常规性渗透性研究较为成熟。室内测定土的渗透性的仪器在试验原理上通常主要有两种，即常水头试验和变水头试验。前者较适用于渗透性较强的粗粒土，后者较适用于渗透性较小的粘性土。 

常水头试验是指试验过程中供水水头保持不变。设试样厚度为L，试样的截面积为A，试验时上下游水位差为h。试验时只需要用量筒和秒表测出一定时间t内下游出水口的出水量Q，通过(1)式确定试样的渗透系数(k)。 

$k_r=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{Aht}}---\left(1\right)$

变水头试验，是在不同测试断面水头随时间对应测定的。设变水管内截面积为a，试样厚度为L，截面积为A。试验中只要测出时刻t₁和t₂所对应的水位h₁和h₂，就可以通过(2)式求出试样的渗透系数。 

$k_r=2.3\frac{\mathrm{aL}}{A(t_2-t_1)}\lg \frac{h_1}{h_2}---\left(2\right)$

目前常用的室内测定土体渗透系数的仪器主要有70型渗透仪、南55型渗透仪和垂直渗透变形仪等。70型渗透仪适用于测定砂性土的渗透系数，南55型渗透仪适用于测定黏性土的渗透系数，垂直渗透变形仪适用于测定粗颗粒土的垂直渗透系数和渗透变形。试验土料的最大粒径一般不能超过试验仪器内径的1/10，美国材料实验协会标准年鉴中也要求试样的最大粒径为试样容器直径的1/8～1/12，70型渗透仪和南55型渗透仪的内径较小，不适合用来测定巨粒土和巨粒混合土的渗透系数。土样的设计最大粒径为600mm，70型渗透仪、南55型渗透仪内径较小，不适合粗粒土的试验研究；垂直渗透变形仪虽然适用于测定粗颗粒土的渗透系数和渗透变形，但不能对淤堵作用条件下对松散介质渗透性的影响进行观察。难以为大型工程设计提供可靠的数据。 

发明内容：

本实用新型的目的就在于针对上现有技术的不足，提供一种适用于大颗粒松散土的渗透淤堵试验装置； 

土的渗透淤堵试验装置，是由试验塔支架1通过底座法兰7与出水底筒2连 接，出水底筒2底板上设有预留孔与出水管6连接，出水管6装有出水阀5，出水底筒2通过下法兰8与装料筒3连接，下法兰8中间装有透水孔板9，装料筒3侧面设置孔隙水压力传感器监测孔10，孔内装有孔隙水压力传感器，并与计算机连接，装料筒3通过上法兰11与进水顶筒4连接，距进水顶筒4顶板8-15cm处设有缓冲板12，缓冲板12通过固定杆36固定在进水顶筒4的内壁上，进水顶筒4上端装有带筒顶注水孔13的顶板，筒顶注水孔13与注水管14连接，注水管14通过回水控制阀17与淤堵试料容器管15连接，淤堵试料容器管15通过投料进口阀18与投料进口管16连接，注水管14经下输水阀20与输水管21连接，淤堵试料容器管15经上输水阀19与输水管21连接，输水管21经水量表22和水量控制阀23与高压水箱24连接，高压水箱24置于水箱支架26上，高压水箱24上端装有水压表25和供水管27，供水管27与供水集水槽31中的水泵30连接，供水集水槽31中的减压回水管29经水压水量调控阀28与供水管27连接。 

所述的透水板34设有直径5mm的透水孔，透水孔间的距离5mm。 

所述的淤堵试料容器管15与回水控制阀17、投料进口阀18、上输水阀19构成三通阀门结构。 

有益效果：土体渗流试验过程中，利用较小土粒的不同粒径投料来影响土的渗透性，并根据这些不同粒径细颗粒所产生的淤堵效果得出渗透淤堵效应的最佳粒径或粒径区间，淤堵试料投料系统设计成管状三通阀门结构，并与试验渗流供水系统设计成并联关系，可在不间断连续供水的情况下完成淤堵试料的投放，完善了渗透淤堵试验的连续过程。土体渗流试验装置中，水头及孔隙水压力测量系统，改变了现有的测压管测量方式，采用了多断面渗流电子监测记录及数据处理系统，连续准确地记录和处理时间和孔隙水压力(t～h)关系，能直观的反映淤堵的粒径、孔隙水压力与渗流流量之间的相互关系。解决了淤堵作用条件下对松散介质渗透性的影响观测，为大型工程设计提供可靠的科学数据。 

附图说明： 

图1为土的渗透淤堵试验装置结构图。 

图2为附图1中透水孔板9结构图。 

图3为附图1中缓冲板12与固定杆36的结构图。 

1试验塔支架，2出水底筒，3装料筒，4进水顶筒，5出水阀，6出水管，7底座法兰，8下法兰，11上法兰，9透水孔板，10孔隙水压力传感器监测孔，12缓冲板，13筒顶注水孔，14注水管，15淤堵试料容器管，16投料进口管，17回水控制阀，18投料进口阀，19上输水阀，20下输水阀，21输水管，22水量表，23水量控制阀，24高压水箱，25水压表，26水箱支架，27供水管，28水压水量调控阀，29减压回水管，30水泵，31供水集水槽，34透水板，35螺栓 孔，36固定杆。 

具体实施方式：

下面结合附图和实施例做进一步的详细说明： 

土的渗透淤堵试验装置，是由试验塔支架1通过底座法兰7与出水底筒2连接，出水底筒2底板上设有预留孔与出水管6连接，出水管6装有出水阀5，出水底筒2通过下法兰8与装料筒3连接，下法兰8中间装有透水孔板9，装料筒3侧面设置孔隙水压力传感器监测孔10，孔内装有孔隙水压力传感器，并与计算机连接，装料筒3通过上法兰11与进水顶筒4连接，距进水顶筒4顶板8-15cm处设有缓冲板12，缓冲板12通过固定杆36固定在进水顶筒4的内壁上，进水顶筒4上端装有带筒顶注水孔13的顶板，筒顶注水孔13与注水管14连接，注水管14通过回水控制阀17与淤堵试料容器管15连接，淤堵试料容器管15通过投料进口阀18与投料进口管16连接，注水管14经下输水阀20与输水管21连接，淤堵试料容器管15经上输水阀19与输水管21连接，输水管21经水量表22和水量控制阀23与高压水箱24连接，高压水箱24置于水箱支架26上，高压水箱24上端装有水压表25和供水管27，供水管27与供水集水槽31中的水泵30连接，供水集水槽31中的减压回水管29经水压水量调控阀28与供水管27连接。 

所述透水板34设有直径5mm的透水孔，透水孔间的距离5mm。 

所述的淤堵试料容器管15与回水控制阀17、投料进口阀18、上输水阀19构成三通阀门结构。 

为了便于试验观察采用有机玻璃制作，其主要由有机玻璃圆筒2、3、4、透水孔板9、缓冲板12、出水管6和出水阀5、孔隙水压力传感器监测孔10及试验塔支架1组成。其中有机玻璃圆筒分上、中、下三部分，至上而下分为渗流注水缓冲段进水顶筒4、试样段装料筒3、渗流溢出段出水底筒2，相互间由法兰8、11连接。上部渗流注水缓冲段为半封闭进水顶筒4，其筒顶中心衔接注水管14与投料装置连接，缓冲板12设置于进水顶筒4之中，距顶板8-15cm，用来减缓供水水流的冲蚀作用；中部装料筒3用以装填土样，这部分圆筒侧面等间距设置10个孔隙水压力监测孔，孔内装有孔隙水压力传感器，通过串口与计算机连接，可连续监测不同淤堵试料干扰下，不同时段的孔隙水压力与渗流量之间的变化。底部圆筒渗流溢出段为半封闭出水底筒2，通过底座法兰7与钢制试验塔支架1连接，出水底筒2底板上设置出水管6，由出水阀5控制。 

淤堵试料投料部分是由淤堵试料容器管15和注水管14两个管状三通通过回水控制阀17连接构成，上部为投料进口阀18，下部为回水控制阀17，侧面为上输水阀19，投料进口管16为投料进口，回水控制阀17向下与注水管14连接，注水管14侧向与输水管21连接，上输水阀19和下输水阀20可完成双控输水量。 

供水装置包括输水管21、水量表22、水量控制阀23、高压水箱24、压力表25、水箱支架26、供水管27、水压水量调控阀28、减压回水管29、水泵30、集水槽31。高压水箱24放在钢支架26上，水泵30放在供水集水槽31中抽水，供水集水槽31通过供水管27向高压水箱24注水，其中水压水量调控阀28和减压回水管29用来控制供水流量，然后通过输水管21完成供水，水压水量由水量控制阀23控制。 

实施例1 

a、连接土的渗透淤堵试验塔并装填试样，将出水底筒2通过底座法兰7固定在试验塔支架1上，装料筒3通过下法兰8与出水底筒2连接，在下法兰8的中间装有透水孔板9，将按粒径比例混合好的粗粒土置于装料筒3中，并用振动棒充分振动，使试样接近土体的天然状态； 

b、进水顶筒4通过上法兰11装在装料筒3的上端，距进水顶筒4的顶端8-15cm处通过固定杆36装有缓冲板12，在进水顶筒4的顶端装有带筒顶注水孔13的顶板，筒顶注水孔13与注水管14连接； 

c、注水管14通过回水控制阀17与淤堵试料容器管15连接，淤堵试料容器管15的上端通过投料进口阀18与投料进口管16连接，淤堵试料容器管15通过上输水阀门19与输水管21连接，注水管14通过下输水阀20与输水管21连接； 

d、输水管21经水表22和水量控制阀23与安装在水箱支架26上的高压水箱24连接，在高压水箱24的上端装上水压表25和供水管27，供水管27的另一端与置于供水集水槽31中的水泵30连接，供水管27通过三通和水压水量调控阀门28与减压回水管29连接； 

e、注水，关闭水量控制阀23和水压水量调控阀28，首先向水箱24中注水，观察压力表读数，当压力稳定到1大气压时，关闭出水阀5、控制回水阀17、投料进口阀18和上输水阀19，打开水量控制阀23和输水阀20，开始向进水顶筒4、装料筒3和出水底筒2中注水； 

f、当水使试样完全饱和时，打开出水阀5，经过28小时后粗粒土试体的渗透性即渗透系数(K)处于相对稳定状态，通过孔隙水压力传感器监测孔10中装有的孔隙水压力传感器记录不同时间、不同高度土层的水头压力； 

g、当试验粗颗粒土的渗透系数(K)达到相对稳定后，在渗流条件下，打开投料进口阀18，加入筛分好的粒径为0.063mm-0.125mm的细颗粒10g，分两次加入到放入投料管15中，每次5g，打开输水阀19和回水控制阀17，细颗粒随水流进入装料中筒，然后关闭投料进口阀18和下输水阀20， 

h、经过8小时后粗粒土试体的渗透性即渗透系数(K)又处于相对稳定状态，再加入筛分好的粒径为0.063mm-0.125mm的细颗粒10g，经过6小时后的渗透性即渗透系数(K)又处于相对稳定状态，这样经过5-6次加入该粒径的细颗，粒 粗粒土试体的渗透性即渗透系数(K)开始处于相对稳定状态，通过孔隙水压力传感器连续记录的数据，通过计算得出该粒径颗粒对粗粒土试体的淤堵效果。

实施例2 

a、连接土的渗透淤堵试验塔并装填试样，将出水底筒2通过底座法兰7固定在试验塔支架1上，装料筒3通过下法兰8与出水底筒2连接，在下法兰8的中间装有透水孔板9，将按粒径比例混合好的粗粒土置于装料筒3中，并用振动棒充分振动，使试样接近土体的天然状态； 

b、进水顶筒4通过上法兰11装在装料筒3的上端，距进水顶筒4的顶端8—15cm处通过固定杆36装有缓冲板12，在进水顶筒4的顶端装有带筒顶注水孔13的顶板，筒顶注水孔13与注水管14连接； 

c、注水管14通过回水控制阀17与淤堵试料容器管15连接，淤堵试料容器管15的上端通过投料进口阀18与投料进口管16连接，淤堵试料容器管15通过上输水阀门19与输水管21连接，注水管14通过下输水阀门20与输水管21连接； 

d、输水管21经水表22和水量控制阀门23与安装在水箱支架26上的高压水箱24连接，在高压水箱24的上端装上水压表25和供水管27，供水管27的另一端与置于供水集水槽31中的水泵30连接，供水管27通过三通和水压水量调控阀门28与减压回水管29连接； 

e、注水，关闭水量控制阀门23和水压水量调控阀门28，首先向水箱24中注水，观察压力表读数，当压力稳定到2大气压时，关闭出水阀5、控制回水阀门17、投料进口阀门18和上输水阀门19，打开水量控制阀门23和输水阀门20，开始向进水顶筒4、装料筒3和出水底筒2中注水； 

f、当水使试样完全饱和时，打开出水阀5，经过27小时后粗粒土试体的渗透性即渗透系数(K)处于相对稳定状态，通过孔隙水压力传感器监测孔10中装有的孔隙水压力传感器记录不同时间、不同高度土层的水头压力； 

g、当试验粗颗粒土的渗透系数(K)达到相对稳定后，在渗流条件下，打开投料进口阀18，加入筛分好的粒径为0.125-0.25mm的细颗粒10g分两次加入到投料管15中，每次5g，打开输水阀门19和控制回水阀门17，细颗粒随水流进入装料中筒，然后关闭投料进口阀18和下输水阀20； 

h、经过6小时后粗粒土试体的渗透性即渗透系数(K)又处于相对稳定状态，同理，再加入筛分好的粒径为0.125mm-0.25mm的细颗粒10g，经过4小时后的渗透性即渗透系数(K)又处于相对稳定状态，这样经过4-5次加入该粒径的细颗，粒粗粒土试体的渗透性即渗透系数(K)开始处于相对稳定状态，通过孔隙水压力传感器连续记录的数据，通过计算得出该粒径颗粒对粗粒土试体的淤堵效果。 

Claims (3)

1.一种土的渗透淤堵试验装置，其特征在于，是由试验塔支架(1)通过底座法兰(7)与出水底筒(2)连接，出水底筒(2)底板上设有预留孔与出水管(6)连接，出水管(6)装有出水阀(5)，出水底筒(2)通过下法兰(8)与装料筒(3)连接，下法兰(8)中间装有透水孔板(9)，装料筒(3)侧面设置孔隙水压力传感器监测孔(10)，孔内装有孔隙水压力传感器，并与计算机连接，装料筒(3)通过上法兰(11)与进水顶筒(4)连接，距进水顶筒(4)顶板8—15cm处设有缓冲板(12)，缓冲板(12)通过固定杆(36)固定在进水顶筒(4)的内壁上，进水顶筒(4)上端装有带筒顶注水孔(13)的顶板，筒顶注水孔(13)与注水管(14)连接，注水管(14)通过回水控制阀(17)与淤堵试料容器管(15)连接，淤堵试料容器管(15)通过投料进口阀(18)与投料进口管(16)连接，注水管(14)经下输水阀(20)与输水管(21)连接，淤堵试料容器管(15)经上输水阀(19)与输水管(21)连接，输水管(21)经水量表(22)和水量控制阀(23)与高压水箱(24)连接，高压水箱(24)置于水箱支架(26)上，高压水箱(24)上端装有水压表(25)和供水管(27)，供水管(27)与供水集水槽(31)中的水泵(30)连接，集水槽(31)中的减压回水管(29)经水压水量调控阀(28)与供水管(27)连接。

2.按照权利要求书1所述的一种土的渗透淤堵试验装置，其特征在于，透水板(34)设有直径5mm的透水孔，透水孔间的距离5mm。

3.按照权利要求书1所述的一种土的渗透淤堵试验装置，其特征在于，所述的淤堵试料容器管(15)与回水控制阀门(17)、投料进口阀(18)、上输水阀(19)构成三通阀门结构。 

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