CN206627404U - 一种模拟高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟高承压水下体积黏性土试样渗透破坏装置，其包括高压供给系统、数据收集处理系统、大试样装置、压力梯度和固结压力提供装置。高压供给系统包括水压增压泵、水泵数显开关、水罐；数据收集处理系统包括带有压力传感器的水压表、水泵数显开关、位移传感器以及电脑；大试样装置包括带有网状支架以及固定孔的底座和试样罐，试样底部有扎孔，工字型橡胶架底部有小孔；压力梯度和固结压力提供装置与高压供给系统压力源一样，其水罐内橡胶塞连接位移传感器，本实用新型用水压增压泵和蓄水罐模拟高承压水，操作简单方便，试样用白膏泥覆盖，防止侧壁渗漏，大试样装置自行确定试样尺寸，解决了以往试样较小、不能很好地模拟黏性土层渗透破坏问题。

Description

一种模拟高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏装置

技术领域

本实用新型涉及一种土工实验技术，尤其涉及一种模拟高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏实验装置。

背景技术

土的渗透破坏造成了大量的工程事故和地质灾害，有关砂土渗透破坏的研究成果较多，而实际工程中黏土体的渗透破坏时有发生，其过程更为复杂，尤其是在高承压水头条件下深基坑以及隧道开挖过程中，黏土体的渗透破坏更值得研究。然而目前黏土渗流实验装置有不足之处，一是实验所用试样都较小，无法达到预期的效果，二是实验施加的水压力都较小，要实现高承压水头较为复杂。因此通过对渗透试验装置的改进，反映高承压水头条件下黏土体渗透破坏的特点，进而研究高承压水致黏土渗透破坏机理和过程，将会对高承压水头条件下含黏土地层的基坑开挖和隧道安全运行提供依据。

目前所采用的常规渗透试验仪主要两种类型：(1)硬壁式渗透仪(水头管式)，这种渗透仪使用操作简单，有常水头和变水头两种方式，主要通过水力坡度来求取渗透系数，国产标准渗透仪南55型就属于这种。应用该类装置对渗透系数较小的黏土进行测试时，周期较长。针对不足，研究者对渗透装置进行了多种改造，例如刘和平等(1996年)，李清富等(2005年)，尹一鸣(2008年)，陈春明(2013年)，姜伏伟(2015年)等改造设计了实验装置。(2)为软壁式渗透仪(三轴式)这类渗透仪采用了压力装置，但操作复杂，且配备两套压力装置，只能实现垂直方向的渗透破坏，研究者对此实验也进行了改进，例如雷红军等(2011)年。综上所述，虽然对实验装置进行了改进，但对于研究高承压水致黏土渗透破坏还有以下不足之处：1) 实验所用试样体积较小，不能反映渗透破坏过程；2)不能模拟水位大幅度变化时黏性土破坏过程，装置复杂且对黏土试样侧壁渗漏处理不足；3)数据收集不够简便；4)造价高昂。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种模拟结构较简单、操作方便且能够开展大体积黏土试样在高承压水头条件下的渗透破坏实验的渗透破坏装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案是：一种模拟高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏装置，其关键技术在于：其包括高压供给系统、数据收集处理系统、大试样装置、水力梯度和固结压力提供装置；

所述高压供给系统包括水泵数显开关、水压增压泵、止回阀和水罐以及位于水罐内的橡胶活塞和位于水罐上的进水阀门以及具有压力传感器的水压表；

所述的数据收集处理系统包括电脑、水泵数显开关、水泵数显开关、带有压力传感器的水压表、带有压力传感器的水压表、位移传感器、位移传感器以及孔隙水压力传感器；

所述的大试样装置包括带有网状支架和固定孔的底座、试样罐以及位于试样罐内的试样、反滤层、工字型橡胶架、空腔，所述的试样包括表层的白膏泥外层以及底部扎孔，所述的工字型橡胶架包括底部均匀的小孔、进水阀门、位移传感器以及排气阀，所述的空腔包括进水阀门；

所述的压力梯度和固结压力提供装置包括水泵数显开关、水压增压泵、止回阀以及水罐，所述的水罐包括水罐内的活塞、水罐上的进水阀门以及带有压力传感器的水压表，所述的活塞外接位移传感器。

优选的，所述的水罐为不锈钢空心圆柱体，所述的试样罐为不锈钢空心圆柱体。

优选的，所述的试样的外层由白膏泥包裹，底部有扎孔，所述的活塞外层都涂抹凡士林。

优选的，所述的高压供给系统以及压力梯度和固结压力提供装置的压力源为水压供压。

优选的，所述的大试样装置试样罐直径×高×壁厚＝300mm×500mm×5mm，所述反滤层直径×高＝300mm×20mm，所述试样直径×高＝300mm×150mm。所述尺寸可由实验需要，自行设定。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型将高压供给系统、大试样装置、数据收集处理以及压力梯度和固结压力提供装置巧妙的结合，能够开展高承压水下的黏性土层渗透破坏过程研究，操作简单、经济实用、整体结构简单。该装置将达到如下的技术效果：①通过两组水压增压泵、水泵数显开关、水罐可以研究高承压水头条件下黏土渗透破坏的研究；②通过大试样装置，可以研究大体积黏土试样的渗透破坏以及渗流系数等；③通过对试样包裹白膏泥，可以有效的解决渗透试验侧壁漏水的影响；④通过压力梯度和固结压力提供装置以及孔隙水压力传感器，可以进行黏土固结研究；⑤电脑、水压表、压力传感器、水泵数显开关等仪器，可以保证恒压下研究黏土渗透破坏问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是大试样装置示意图；

其中，1-水泵数显开关；2-水压增压泵；3-止回阀；4-橡胶活塞；5-水罐；6-进水阀门； 7-进水阀门；8-带有压力传感器的水压表；9-孔隙水压力传感器；10-带有网状支架及固定孔的底座；11-排气阀；12-水腔；13-反滤层；14-试样罐；15-工字型橡胶架；16-水腔；17- 排气阀；18-位移传感器；19-进水阀门；20-水泵数显开关；21-水压增压泵；22-止回阀；23- 位移传感器；24-橡胶活塞；25-水罐；26-进水阀门；27-进水阀门；28-带有压力传感器的水压表；29-进水阀门；30-电脑；31-试样；32-白膏泥；33-小孔；34-扎孔。

具体实施方式

参见附图1和附图2，本实施例高压供给系统、数据收集处理系统、大试样装置、压力梯度和固结压力提供装置这四部分。

所述的高压系统包括水泵数显开关1、水压增压泵2以及水罐5，所述水罐5包括内部橡胶活塞4、进水阀门6、进水阀门7、带有压力传感器的水压表8，所述的带有压力传感器的水压表8通过带有USB插口的线与电脑30相连。

所述的数据收集处理系统包括水泵数显开关1、带有压力传感器的水压表8、空隙水压力传感器9、水泵数显开关20、带有压力传感器的水压表28、位移传感器23、位移传感器18 以及电脑30，所述的所有装置以带有USB插口的导线与电脑30相连，可以时刻记录实验数据，并可经过编写相关程序直接得到所需数据。

所述的大试样装置包括带有网状支架以及固定孔的底座10和试样罐14，所述的带有网状支架以及固定孔的底座10的网状支架位于试样罐14的底部水腔12中，对试样31起到支撑作用，所述的试样罐14包括水腔12、反滤层13、试样31、带有小孔的工字型橡胶架15、空腔16，所述的带有小孔的工字型橡胶架15与进水阀门29、排气阀门17以及位移传感器 18相连，所述的试样31包括白膏泥外层32以及底部扎孔34。

所述的压力梯度和固结压力提供装置包括水泵数显开关20、水压增压泵21以及水罐25，以及水罐25内的橡胶活塞24、位移传感器23以及带有压力传感器的水压表28，水罐25通过压力管连接到带有小孔的工字型橡胶活塞15中，水压增压泵21另一压力管连接到带有小孔的工字型橡胶活塞上部的水腔15中，以此提供固结压力。

本装置中的管路可采用PVC透明软管，内径3～5mm，壁厚2～5mm，工作压力3～5MPa，市场有售。

本装置中的水罐以及试样罐都是不锈钢空心圆柱体，可根据需要订购。

本装置中的水压增压泵，可采用ZD型多级泵，压力可达0.2～6.5MPa，市场有售。

采用上述装置的试验方法步骤如下：

(1)打开底座10，将带有孔的工字型橡胶活塞15、外层包裹白膏泥32的试样31涂抹上凡士林，并相继放入试样罐14中，装上底座10并固定密封，将各个导管连接好并进行密封处理。

(2)将水压增压泵21与水罐25、水泵数显开关20相连，打开进水阀门19，关闭进水阀门6，对试样31进行固结，通过孔隙水压力传感器9以及位移传感器18所得数据可以研究黏土固结试验。

(3)固结完毕后，关闭进水阀门19。将水压增压泵2与水罐5、水泵数显开关1相连，将水罐25内的橡胶活塞24置于水罐中部，打开进水活塞27，打开排气阀门17，进行灌水排气，打开进水阀门7，进水阀门6，排气阀门11，进行灌水排气。

(4)灌水排气完毕后，关闭所有阀门。以水泵数显开关1、水压增压泵2、水罐5组成的高压供给系统提供高承压水，与水泵数显开关20、水压增压泵21、水罐25组成的压力梯度供压装置提供压力形成高水头差条件，进而研究高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏。

(5)将位移传感器23、水泵数显开关1、水泵数显开关20、带有压力传感器的水压表8、带有压力传感器的水压表28、位移传感器18用带有USB插口的导线与电脑30连接。

(6)通过孔隙水压力传感器9获得孔压变化数据，位移传感器18获得位移变化数据，能够分析固结压力下的孔隙水压力变化以及固结问题。

(7)通过位移传感器23获得高水头差下的位移数据，能够测定高水头条件下大体积黏土试样渗透系数的变化。

(8)通过观察从上部导管出来的水的浑浊程度以及位移传感器23获得的高水头差下的位移数据，可以开展高水头条件下大体积黏土试样渗透破坏、流土形成过程等方面的研究。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明创造。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明创造的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明创造将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种模拟高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏装置，其特征在于：高压供给系统、数据收集处理系统、大试样装置、压力梯度和固结压力提供装置；

所述的高压供给系统包括水泵数显开关(1)、水压增压泵(2)、止回阀(3)和水罐(5)以及位于水罐内的橡胶活塞(4)和位于水罐上的进水阀门(7)、进水阀门(6)以及具有压力传感器的水压表(8)；

所述的数据收集处理系统包括电脑(30)、水泵数显开关(1)、水泵数显开关(20)、带有压力传感器的水压表(8)、带有压力传感器的水压表(28)、位移传感器(23)、位移传感器(18)以及孔隙水压力传感器(9)；

所述的大试样装置包括带有网状支架和固定孔的底座(10)、试样罐(14)以及位于试样罐内的试样(31)、反滤层(13)、工字型橡胶架(15)、空腔(16)，所述的试样(31)包括表层的白膏泥外层(32)以及底部扎孔(34)，所述的工字型橡胶架(15)包括底部均匀的小孔(33)、进水阀门(29)、位移传感器(18)以及排气阀(17)，所述的空腔(16)包括进水阀门(19)；

所述的压力梯度和固结压力提供装置包括水泵数显开关(20)、水压增压泵(21)、止回阀(22)以及水罐(25)，所述的水罐(25)包括水罐内的活塞(24)、水罐上的进水阀门(26)、进水阀门(27)、进水阀门(29)以及带有压力传感器的水压表(28)，所述的活塞(24)外接位移传感器(23)。

2.根据权利要求1所述的一种模拟高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏装置，其特征在于：所述高压供给系统包括水压增压泵(2)、水泵数显开关(1)以及水罐(5)，所述水罐(5)为不锈钢空心圆柱体，所述大试样装置试样罐(14)为不锈钢空心圆柱体。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏装置，其特征在于：压力梯度和固结压力提供装置与高压供给系统的压力源一样，为增压泵水压供压，数据的收集处理包括带有压力传感器的水压表、位移传感器、水泵数显开关、孔隙水压力传感器以及电脑。

4.根据权利要求3所述的一种模拟高承压水下大体积黏土试样的渗透破坏装置，其特征在于：所述的橡胶活塞(4)、活塞(24)以及试样的表层涂有的凡士林，起到防止漏水漏气以及润滑的作用，所述试样(31)表层涂有白膏泥(32)，防止漏水漏气，底部有扎孔(34)，所述大试样装置的试样罐(14)的直径×高×壁厚＝300mm×500mm×5mm，所述反滤层(13)直径×高＝300mm×20mm，所述试样(31)直径×高＝300mm×150mm。