CN204389351U - 一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于土工合成材料测试技术领域，涉及一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置，其特征在于包括以下装置:进水装置，荷载装置，排水装置。该装置简单、操作简单易行、测量精度高，可用于土工复合材料水平渗透系数的测试。

Description

一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置

技术领域

本实用新型属于土工合成材料测试技术领域，可用于土工复合排水材滤膜淤堵折减的定量测试。

背景技术

土工复合排水材是以薄型土工织物包裹不同材料制成的不同形状的芯材组合成一种复合型排水材料，这一材料可以沿水平方向芯材的排水通道通畅排水。

近几年来，随着土工复合排水材的发展，被广泛运用于软土地基处理、路基纵横向排水、建筑物地下排水通道、堤坝排水设施等领域。在土工复合排水材排水过程中，外层滤膜沿滤膜平面方向疏导的水流量是土工复合排水总排水量的一个重要组成部分，但由于土颗粒聚集沉积在滤膜空隙内部，逐渐减小通道有效的过水面积，进而降低了沿滤膜平面方向的排水效率(导水率)。目前，对于滤膜的淤堵造成的沿滤膜平面方向排水效率折减指标并未建立统一的标准，而对于折减定量测试更是鲜有报道，相关实验设备也处于研究阶段。本实用新型通过研制新的制样方法及相关实验设备为土工复合排水材滤膜沿滤膜平面方向淤堵折减指标的定量测试提供参考。

实用新型内容

为解决土工复合排水材滤膜淤堵折减指标的定量测试问题，而提出一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置及其测试方法。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置，其特征在于包括以下装置：进水装置，荷载装置，排水装置；

所述进水装置包括组装式水位管，止水闸，排水管嘴，可滑动固定支座，连接软管，补水管，所述组装式水位管一端连接补水管，另一端连接连接软管，所述组装式水位管的侧壁一侧具有多个排水管嘴，该排水管嘴由止水闸控制，另一侧具有可滑动固定支座，该可滑动固定支座的另一端具有刻度尺；

所述荷载装置具有进水口，出水口，外壳，试样槽，玻璃外壁，组装连接口，水压力室连接口，刻度，支座，所述试样槽的两侧的底部各具有一外壳，该外壳的下部具有支座，所述外壳其中一个连接进水口，另一个连接出水口，所述进水口和连接软管相连，所述试样槽具有玻璃外壁，该试样槽的上部为组装连接口，下部为水压力室连接口；

所述排水装置具有集水箱和集水管，所述集水管一端连接出水口，另一端连接集水箱。

一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置，其特征在于所述试样槽用于放置试样，该试样为层状结构，自下而上依次为土工复合排水材滤膜，滤膜表层淤泥层和硅橡胶皮，所述试样的厚度为0.4cm的均匀长方形片，试片底面尺寸分为14×10cm，14×8cm，14×6cm，10×10cm，10×8cm，10×6cm六种规格，所述硅橡胶皮的厚度为0.1cm。

一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置，该装置还包括一个试样夹持器，该夹持装置包括橡胶皮和支架，所述试样夹持器为空心结构，上下两侧为橡胶皮，左右两侧为支架，内部空间用于放置试样，该空心结构和试样尺寸相匹配，并且能确保土工复合排水材滤膜以外位置均能隔水。

一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置进行试样测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，按照权利要求1进行组装测试装置；

步骤二，按照权利要求2所述的试样标准，进行制作试样；

步骤三，测试，将试样放入夹持器，并放入试样槽中将连接荷载装置出水口的软管溢水口高度调整到略高于外壳上端后开始往组合水位管内装水，缓慢排水并观察内情况，直至装置内气泡排净；

步骤四，渗透系数测试。根据试验水头高度要求，打开组合式水位管对应止水夹，并持续往组合式水位管加水确保水位保持不变，并收集荷载装置出水口排出水量及相应时间。根据数据可测得组合试样渗透系数，根据相关数据可计算淤堵折减系数的大小。

水平渗透系数计算式为：

$k_t=\frac{W\·L}{\mathrm{\Δh}\·t\·B\·\mathrm{\δ}}$

式中：k_t—水平渗透系数(cm/s)；

L—渗流方向长度(cm³)；

Δh—测压管水压差(cm)；

t—测定疏导水量时间(s)；

W—t时间内疏导水量(cm³)；

B—试样宽度(cm)；

δ—试样厚度(cm)。

滤膜淤堵折减系数计算式为：

$\mathrm{\φ}=\frac{k_{t1}}{k_{t0}}\×100\%$

式中：φ—淤堵折减系数；

k_t1—使用过滤膜试样透水率(cm/s)；

k_t0—未使用过滤膜试样透水率(cm/s)。

通过以上滤膜试样水平渗透系数及淤堵折减系数可定量表示出土工复合排水材滤膜水平渗透系数使用后的淤堵折减情况。

有益效果：

根据土工复合排水材滤膜淤堵测试特点及需求,采用特别的制样方法，可较为真实反映滤膜的淤堵情况及使用过程中滤膜水平方向渗流情况，同时提出滤膜淤堵折减系数计算式可为定量表示滤膜淤堵情况提供参考。

根据土工复合排水材滤膜淤堵测试主要影响因素及测试要点，测试设备具有良好的水密性及气密性，可模拟不同侧压力及水力梯度的渗流作用下渗透特性，装置具有设备简单、操作简便、测试精度高等特点。

附图说明

图1为本实用新型所述的土工复合排水材滤膜水平渗透特性淤堵折减测试装置及方法的滤膜试样受水压力作用示意图。

图2为本实用新型所述的土工复合排水材滤膜水平渗透特性淤堵折减测试装置及方法的滤膜试样水渗流方向示意图。

图3为本实用新型所述土工复合排水材滤膜水平渗透特性淤堵折减测试装置及方法的试样夹持器的示意图。

图4为本实用新型所述的土工复合排水材滤膜水平渗透特性淤堵折减测试装置及方法的荷载管示意图。

图5为本实用新型所述的土工复合排水材滤膜水平渗透特性淤堵折减测试装置及方法的水压力室示意图。

图6为本实用新型所述的土工复合排水材滤膜水平渗透特性淤堵折减测试装置及方法的水压力室及荷载管组装示意图。

图7为本实用新型所述的土工复合排水材滤膜水平渗透特性淤堵折减测试装置及方法的整体组装示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。

一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置，其特征在于包括以下装置，进水装置，荷载装置，排水装置；

所述进水装置包括组装式水位管14，止水闸15，排水管嘴16，可滑动固定支座17，连接软管18，补水管19，所述组装式水位管14一端连接补水管19，另一端连接连接软管18，所述组装式水位管14的侧壁一侧具有多个排水管嘴16，该排水管嘴16由止水闸15控制，另一侧具有可滑动固定支座17，该可滑动固定支座17的另一端具有刻度尺；

所述荷载装置具有进水口5，出水口6，外壳7，试样槽8，玻璃外壁9，组装连接口10，水压力室连接口11，刻度12，支座13，所述试样槽8的两侧的底部各具有一外壳7，该外壳7的下部具有支座13，所述外壳7其中一个连接进水口5，另一个连接出水口6，所述进水口5和连接软管18相连，所述试样槽8具有玻璃外壁9，该试样槽8的上部为组装连接口10，下部为水压力室连接口11；

所述排水装置具有集水箱20和集水管21，所述集水管21一端连接出水口6，另一端连接集水箱20。

所述试样槽8用于放置试样，该试样为层状结构，自下而上依次为土工复合排水材滤膜1，滤膜表层淤泥层1-1和硅橡胶皮2，所述试样的厚度为0.4cm的均匀长方形片，试片底面尺寸分为14×10cm，14×8cm，14×6cm，10×10cm，10×8cm，10×6cm六种规格，所述硅橡胶皮2的厚度为0.1cm。

该装置还包括一个试样夹持器，该夹持装置包括橡胶皮3和支架4，所述试样夹持器为空心结构，上下两侧为橡胶皮3，左右两侧为支架4，内部空间用于放置试样，该空心结构和试样尺寸相匹配，并且能确保土工复合排水材滤膜1以外位置均能隔水。

一种采用如前所述的一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置进行试样测试的方法，其特征在于包括以下步骤：

装置使用方法描述：

1、装置安装及调试。

(1)荷载装置安装。将荷载装置各部分组装完成后，检查装置连接强度后可进行初步安装。初步安装完成后进行精密整平，具体方法为：使用水平仪使底座平面处于水平面上，确保底座平面处于水平面后牢固固定底座，避免由于外界干扰发生偏移等位移。

(2)进水装置安装。将刻度尺及组合水位管连接完成后，检查连接强度后可进行初步安装。初步安装完成后进行精密整平，具体方法为：首先调整刻度尺高度，是刻度尺0刻度线和荷载装置底座上平面处于同一水平面上；调整刻度尺姿态，使其垂直于底座水平面，即使水位管中心线处于铅垂线上。调整完成后牢固固定进水装置，避免由于外界干扰发生偏移等位移。

(3)排水装置安装。将排水装置安装于高度低于荷载装置底座平面高度以下，确保集水箱内积水箱内的水面线低于荷载装置底座平面，防止水位雍高影响荷载装置内试样的渗流。

(4)检查装置水密性。将各部分连接完成后，将荷载装置出水口密封，向组合式水位管内加满水，检查装置各部分是否出现有水渗出现象，若未出现渗水现象，可进行下一步试验，若出现渗水现象，则需重新进行组装，并再次检查装置水密性，直至确保装置水密性后可进行下一步试验。

2、试样制作。

由于测试需要，本试验组合试样需要根据表层淤泥层厚度及其固结程度的不同制作不同试样，根据表层淤泥层厚度不同可分为0.2cm、0.3cm、0.4cm、05cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1cm九种规格，根据表层淤泥层固结度不同可分为25％、50％、75％、100％四种类型,按照试样底面尺寸不同可分为分为14×10cm，14×8cm，14×6cm，10×10cm，10×8cm，10×6cm六种规格。制作试样时，分别进行组合制作各种类型试样，如表层淤泥层固结度为25％的试样分别制作淤泥层厚度为0.2cm、0.3cm、0.4cm、05cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1cm九种规格的试样，而每种规格需要制作14×10cm，14×8cm，14×6cm，10×10cm，10×8cm，10×6cm六种规格。

以下将制作表层淤泥层固结度为25％，厚度为0.2cm，底面尺寸为14×10cm为例对试样制作过程进行详细说明：

经过试验前期土工复合排水材排水固结准备，当土体达到固结度25％后停止排水，将土工复合排水材周围土体挖开，并留足表层淤泥层厚度，剪开土工复合排水材后去除内部芯材，取出带有表层淤泥的滤膜。使用土工刀切削土工复合排水材表层淤泥层使其达0.2cm，根据底面尺寸14×10cm进行精确剪裁，后放入试样夹内固定。

3、试样测试。

(1)排气。测试实验开始前，应先对整个试验装置内气泡排干。排气具体方法为：首先将装有土体试样的试样夹装入试样槽内，盖上试样盖并用防水漆进行防水处理；将连接荷载装置出水口的软管溢水口高度调整到略高于外壳上端后开始往组合水位管内装水，缓慢排水并观察内情况，直至装置内气泡排净。

(2)渗透系数测试。根据试验水头高度要求，打开组合式水位管对应止水夹，并持续往组合式水位管加水确保水位保持不变，并收集荷载装置出水口排出水量及相应时间。根据数据可测得组合试样渗透系数，根据相关数据可计算淤堵折减大小。

水平渗透系数计算式为：

$k_t=\frac{W\·L}{\mathrm{\Δh}\·t\·B\·\mathrm{\δ}}$

式中：k_t—水平渗透系数(cm/s)；

L—渗流方向长度(cm³)；

Δh—测压管水压差(cm)；

t—测定疏导水量时间(s)；

W—t时间内疏导水量(cm³)；

B—试样宽度(cm)；

δ—试样厚度(cm)。

滤膜淤堵折减系数计算式为：

$\mathrm{\φ}=\frac{k_{t1}}{k_{t0}}\×100\%$

式中：φ—淤堵折减系数；

k_t1—使用过滤膜试样透水率(cm/s)；

k_t0—未使用过滤膜试样透水率(cm/s)。

通过以上滤膜试样水平渗透系数及淤堵折减系数可定量表示出土工复合排水材滤膜水平渗透系数使用后的淤堵折减情况。

应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置，其特征在于包括以下装置:进水装置，荷载装置，排水装置；

所述进水装置包括组装式水位管(14)，止水闸(15)，排水管嘴(16)，可滑动固定支座(17)，连接软管(18)，补水管(19)，所述组装式水位管(14)一端连接补水管(19)，另一端连接连接软管(18)，所述组装式水位管(14)的侧壁一侧具有多个排水管嘴(16)，该排水管嘴(16)由止水闸(15)控制，另一侧具有可滑动固定支座(17)，该可滑动固定支座(17)的另一端具有刻度尺；

所述荷载装置具有进水口(5)，出水口(6)，外壳(7)，试样槽(8)，玻璃外壁(9)，组装连接口(10)，水压力室连接口(11)，刻度(12)，支座(13)，所述试样槽(8)的两侧的底部各具有一外壳(7)，该外壳(7)的下部具有支座(13)，所述外壳(7)其中一个连接进水口(5)，另一个连接出水口(6)，所述进水口(5)和连接软管(18)相连，所述试样槽(8)具有玻璃外壁(9)，该试样槽(8)的上部为组装连接口(10)，下部为水压力室连接口(11)；

所述排水装置具有集水箱(20)和集水管(21)，所述集水管(21)一端连接出水口(6)，另一端连接集水箱(20)。

2.如权利要求1所述的一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置，其特征在于所述试样槽(8)用于放置试样，该试样为层状结构，自下而上依次为土工复合排水材滤膜(1)，滤膜表层淤泥层(1-1)和硅橡胶皮(2)，所述试样的厚度为0.4cm的均匀长方形片，试片底面尺寸分为14×10cm，14×8cm，14×6cm，10×10cm，10×8cm，10×6cm六种规格，所述硅橡胶皮(2)的厚度为0.1cm。

3.如权利要求2所述的一种土工复合排水材滤膜水平渗透淤堵折减测试装置，该装置还包括一个试样夹持器，该夹持装置包括橡胶皮(3)和支架(4)，所述试样夹持器为空心结构，上下两侧为橡胶皮(3)，左右两侧为支架(4)，内部空间用于放置试样，该空心结构和试样尺寸相匹配，并且能确保土工复合排水材滤膜(1)以外位置均能隔水。