CN204855317U - 粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置 - Google Patents

Abstract

粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置；包括盛样桶与渗透测量装置，还包括溶滤变形测量装置、温度测量装置与低温槽；盛样桶桶壁为空腔水槽，空腔水槽与低温槽连通，盛样桶外壁包裹有保温层；渗透测量装置包括设置于盛样桶底部的砂石反滤层；溶滤变形测量装置包括桶盖、承压杆与加载杠杆，桶盖设有渗水孔，桶盖装在盛样桶上部，承压杆安装在桶盖上面，承压杆上端与加载杠杆接触式连接；温度测量装置包括温度传感器和温度读数仪，温度传感器放置于盛样桶内；低温槽与空腔水槽连接。它提供了集固结、渗流、温控于一体的粗颗粒土物理力学试验装置。在变温条件下对同一土性试样，既可测量压缩变形系数，又可测量渗透系数；提高了实验精度。

Description

粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程土工试验方法领域，具体涉及一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置。

背景技术

第一、内陆粗颗粒硫酸盐渍土工程特性研究的兴起

粗颗粒硫酸盐渍土广泛分布在陕、甘、青、宁、新等内陆地区，因其具有盐胀、盐溶、腐蚀等特点，所以其对工程地基的稳定性及耐久性产生不可忽视的影响。随着西气东输及西电东送等重大工程在该地区的铺展以及工程安全等级的提升，对该类地基土工程特性的研究呈现出新的浪潮。近年来，关于粗颗粒硫酸盐渍土工程特性的试验研究方法也在变革与创新中不断向前发展，尤其是室内试验的研究方法，涉及到“应力场—温度场—渗流场”多场耦合等问题时，对试验方法及试验设备提出来更高的要求，创新试验设备的现实需要迫在眉睫。

第二、粗颗粒土物理性能测定的实际问题

目前针对细颗粒土（粉土、粘土等）的室内试验仪器较为丰富，如固结仪、渗透仪、直剪仪、三轴仪等。但要对粗颗粒土进行室内试验，上述仪器往往限于其体量较小，不足以准确反映土样内部结构，或存在同一试验需要交替使用试验仪器的问题，难免存在不可回避的操作误差。如何改进试验仪器，既可以克服现有试验仪器体量较小不足以准确反映粗颗粒土样内部结构的问题，又可以整合渗流、固结、温控等多种功能，减少试验过程中交替使用仪器的次数和频率；既提高试验精度，又可大大降低试验劳动强度的新设备新方法，是个值得深入研究的现实问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种提高试验精度，准确反映土的物理力学性能的粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置；本联合测定装置既能够解决粗颗粒土试样均匀性较差，试样体量需要足够大以准确反映土质内部结构的问题；又能实现减少测量误差，针对同一块试样可同时测量不同温度条件下的粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案是：一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置；包括盛样桶与渗透测量装置，其特征为：还包括溶滤变形测量装置、温度测量装置与低温槽；盛样桶桶壁为空腔水槽，空腔水槽与低温槽连通，盛样桶外壁包裹有保温层；渗透测量装置包括设置于盛样桶底部的砂石反滤层；溶滤变形测量装置包括桶盖、承压杆与加载杠杆，桶盖设有渗水孔，桶盖装在盛样桶上部，承压杆安装在桶盖上面，承压杆上端与加载杠杆接触式连接；温度测量装置包括温度传感器和温度读数仪，温度传感器放置于盛样桶内，温度传感器经导线与温度读数仪连接；低温槽经回液管、出液管与空腔水槽连接。

盛样桶内径大于试样最大粒径的10倍以上；低温槽用于向盛样桶壁的空腔水槽注入制冷液，变温幅度为-40℃~100℃。

使用时，盛样桶内装被测土样，温度传感器用于测量土样核心温度，在样桶盖上留有足以伸入温度传感器导线的圆孔，将传感器测量头埋置在土样核心位置，导线与置于盛样桶外部的温度读数仪相连接，温度测量装置的测量精度为±0.1℃。

渗透测量装置还包括滤纸，连接于盛样桶的溢水口、出水口与设有刻度读数的测液管，以及渗流水源。

进一步的，可以在土样不同高度处埋置水分测量传感器，通过导线与外部读数仪相连接。

本实用新型适用于在室内用重塑土测定土样的渗透系数与溶滤变形系数，并可用于研究不同温度条件下土样的渗流特性与溶滤变形特性；可以实现对同一块土样首先测定溶滤变形系数，当其变形稳定后测量渗透系数的功能。本实用新型也可双联使用，即将拌合均匀的土样分别装入双联样桶中，一个桶测试其溶滤变形前的渗透系数，另一个样桶测量其完成溶滤变形后的渗透系数。总之可以实现同一土样两个目标参数同时测定的功能，提高实验的针对性与精度。

本实用新型提供了一种整合固结、渗流、温控多种功能于一体的粗颗粒土物理力学试验装置。在变温条件下，针对同一土性的试样，既可以测量其压缩变形系数以研究固结特性，又可以测量其渗透系数以研究渗流特性。如此即可提高试验针对性、降低试验误差，为研究粗颗粒土”应力场—渗流场”、“应力场—温度场”、“渗流场—温度场”及“应力场—渗流场—温度场”等多场耦合问题提供了一套完整的试验方法与设备。

依据《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)的相关要求，如需对粗颗粒土的多场耦合问题进行试验研究，则须分别采用常水头渗透仪、固结仪，或者三轴仪等多种仪器。因为要使用多种仪器，所以在土样的填充与压实过程中难免会存在不可回避的误差，且土样温度在不同仪器内也不相同。并且增加了试验的劳动强度与时长。采用本实用新型，可有效的降低因变换试验仪器而产生的误差，并且可针对同一块试验同时测定其压缩变形量与渗透系数，精确控制土样温度变化，缩短试验周期、降低劳动强度。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图，

图2为低温槽、温度测量装置与盛样桶的结构关系示意图，

图3为渗流装置示意图，

图4为压缩变形装置示意图，

图5为承压杆与加载杠杆的关系示意图，

图6为图5的侧视图。

图中：1—盛样桶，2—砂石反滤层，3—空腔水槽，4—保温层，5—滤纸，6—桶盖，7—承压杆，8—百分表，9—溢水孔，10—出水孔，11—测液管，12—加载杠杆，13—调平气泡，14—砝码，15—调平螺丝，16—低温槽，17—出液管，18—回液管，19—制冷液入口，20—制冷液出口，21—温度传感器，22—温度读数仪，23—渗流水源,24—百分表支架。

具体实施方式

如图1所示：一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置；包括盛样桶1与渗透测量装置，还包括溶滤变形测量装置、温度测量装置与低温槽16；盛样桶1桶壁为空腔水槽3，空腔水槽3与低温槽16连通，盛样桶1外壁即空腔水槽3外壁包裹有保温层4；参见图3，渗透测量装置包括设置于盛样1桶底部的砂石反滤层2；参见图4，溶滤变形测量装置包括桶盖6、承压杆7与加载杠杆12，桶盖6设有的渗水孔（图中未示出），桶盖6装在盛样桶1上部，承压杆7安装在桶盖6上面，承压杆7上端与加载杠杆12接触式连接；参见图3，温度测量装置包括温度传感器21和温度读数仪22，温度传感器21放置于盛样桶1内，温度传感器21经导线与温度读数仪22连接；低温槽16经回液管18、出液管17与空腔水槽3连接。

空腔水槽3下部设有制冷液入口19，空腔水槽3上部设有制冷液出口20，低温槽16经回液管18、出液管17与空腔水槽3连接。盛样桶1内径至少为试样最大粒径的10倍；承压杆7安装于样桶盖6的几何中心位置。

渗透测量装置还包括滤纸5，连接于盛样桶1的溢水口9、出水口10与设有刻度读数的测液管11；盛样桶1装土样后在土样顶面覆盖滤纸5，而后盖上桶盖6，即滤纸5位于土样与桶盖6之间；空腔水槽3内壁上、下两端长于外壁；溢水口9设在盛样桶1上面的空腔水槽3内壁，出水口10设在盛样桶1下端的空腔水槽3内壁且低于砂石反滤层2的顶面；设有刻度读数的测液管11的连接口设在盛样桶1下端的空腔水槽3内壁且低于砂石反滤层2的顶面，以防止细颗粒土通过渗流流入测液管11而堵塞管口，该测液管主要用于测量水头差；渗透测量装置还包括为渗透测量供水的渗流水源23。

加载杠杆12的一端连接有砝码14、另一端装有调平螺丝15，加载杠杆12上面设置有调平气泡13；调平气泡13用于观测调整桶盖6与加载杠杆12的水平。

进一步的，可以在土样不同高度处埋置水分测量传感器，通过导线与外部读数仪相连接（图中未示出）。

本实用新型具备温度测控功能，使用时，盛样桶1内装被测土样，温度传感器21用于测量土样核心温度，其测温区间为-20℃~100℃，精度为50℃以上±0.2℃；50℃以下±0.1^oC。在样桶盖上留有足以伸入温度传感器导线的圆孔，将传感器测量头埋置在土样核心位置，导线与置于盛样桶外部的温度读数仪22相连接，温度测量装置的测量精度为±0.1℃；参见图2可知，埋置于土核处的温度传感器的温度由温度读数仪直接连接读取。低温槽16的温度浮动区间为-40~100℃，温度输出误差为±0.1℃，循环液流速为20L/min，扬程6m以上。

制冷液通过低温槽出液管17与低温槽回液管18在低温槽与空腔水槽3之间循环，用以对土样施加温度场。因为温度场的施加是同向的，即都是由土样侧立面向中轴方向施加也即沿半径方向施加，故待其温度稳定后，可通过测量土核处的温度来确定土样温度。

参见图1，试验之初，须清理盛样桶内壁，涂抹凡士林，并准确设置砂石反滤层2，确保其厚度在试验过程中不发生变化。将闷料制备好的土样分三层填入盛样桶，每次都需进行击实，并用切土刀划毛接触面，具体操作可参见《土工试验方法标准》GB/T50123-1999。土样填至一半高度处，在土样核心位置处埋置温度传感器21，并确保导线穿过桶盖6上的小圆孔与温度读数仪22连接正常。土样填至盛样桶1上限位置后，敷设滤纸5、加盖桶盖6并确保桶盖6水平无倾斜，桶盖6位于与空腔水槽3上边沿平齐位置。静置半小时，以减少土样回弹对测量精度的影响。在试验开始之前，须确土样顶面与桶盖6接触良好，盛样桶1与测液管11、低温槽出液管17、低温槽回液管18等部件连接正常。

参见图3，试验过程中应保持外部渗流水源23稳定，调节水量以使水位始终保持在溢水口9高度处。选用粒径在0.5~1mm范围内的砂砾作为砂石反滤层材料；砂石反滤层顶面高度应保持固定在相应高度，不应使其高度随着加载增大而有所变化。

参见图4，加载杠杆12挂接的砝码14所在位置处的力臂长度为桶盖6中心支点处力臂长度的8倍。故其加载时所放砝码重量应为土样顶面所需重量的1/8。参见图5与图6：承压杆7顶面最好为竖向弧形顶面，以确保加载杠杆12传递给承压杆7的压力为轴心压力，以保证对盛样桶盖6施加轴向荷载。加载杠杆12上设置有调平气泡13，确保加载杠杆12始终处于水平状态。如加载后加载杠杆向有砝码一侧倾斜，应通过调平螺丝15将加载杠杆12调整为水平状态。溶滤变形测量装置还包括百分表8，百分表8安装于百分表支架24，百分表支架24固定安装于桶盖6，百分表8用于测量桶盖下沉量。

Claims (8)

1.一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置；包括盛样桶与渗透测量装置，其特征为：还包括溶滤变形测量装置、温度测量装置与低温槽（16）；盛样桶（1）桶壁为空腔水槽（3），空腔水槽（3）与低温槽（16）连通，盛样桶（1）外壁包裹有保温层（4）；渗透测量装置包括设置于盛样桶（1）底部的砂石反滤层（2）；溶滤变形测量装置包括桶盖（6）、承压杆（7）与加载杠杆（12），桶盖（6）设有的渗水孔，桶盖（6）装在盛样桶（1）上部，承压杆（7）安装在桶盖（6）上面，承压杆（7）上端与加载杠杆（12）接触式连接；温度测量装置包括温度传感器（21）和温度读数仪（22），温度传感器（21）放置于盛样桶（1）内，温度传感器（21）经导线与温度读数仪（22）连接；低温槽（16）经回液管（18）、出液管（17）与空腔水槽（3）连接。

2.如权利要求1所述的一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置，其特征在于：盛样桶（1）内径至少为试样最大粒径的10倍；承压杆（7）安装于样桶盖（6）的几何中心位置。

3.如权利要求2所述的一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置，其特征在于：加载杠杆（12）的一端连接有砝码（14）、另一端装有调平螺丝（15），加载杠杆（12）上面设置有调平气泡（13）。

4.如权利要求3所述的一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置，其特征在于：渗透测量装置还包括连接于盛样桶（1）的溢水口（9）、出水口（10）与设有刻度读数的测液管（11）；空腔水槽（3）内壁上、下两端长于外壁；溢水口（9）设在盛样桶（1）上面的空腔水槽（3）内壁，出水口（10）设在盛样桶（1）下端的空腔水槽（3）内壁且低于砂石反滤层（2）的顶面，设有刻度读数的测液管（11）的连接口设在盛样桶（1）下端的空腔水槽（3）内壁且低于砂石反滤层（2）的顶面。

5.如权利要求4所述的一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置，其特征在于：渗透测量装置还包括滤纸（5），滤纸（5）位于土样顶面与桶盖（6）之间；渗透测量装置还包括渗流水源（23）。

6.如权利要求5所述的一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置，其特征在于：空腔水槽（3）下部设有制冷液入口（19），空腔水槽（3）上部设有制冷液出口（20），低温槽（16）经回液管（18）、出液管（17）与空腔水槽（3）连接。

7.如权利要求1至6任意一项所述的一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置，其特征在于：溶滤变形测量装置还包括百分表（8），百分表（8）安装于百分表支架（24），百分表支架（24）固定安装于桶盖（6）。

8.如权利要求7所述的一种粗颗粒土样渗透系数与溶滤变形系数联合测定装置，其特征在于：承压杆（7）顶面为竖向弧形顶面；砂石反滤层（2）的粒径在0.5—1mm。