CN208140705U - 一种可自动采集孔压的渗透固结仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可自动采集孔压的渗透固结仪，包括渗透固结结构、测流系统、供水结构和测压系统，渗透固结结构包括上下贯通的固结筒、活塞以及与活塞相连的加载机构，固结筒的下端设于底座上，固结筒的内腔自下而上依次放置有下透水石、土样和上透水石；所述活塞设置于上透水石的上部，与固结筒的内壁密封相连，活塞上开设有连通上透水石的排气通道和排水通道，排水通道通过出水管与测流系统连接；所述供水结构包括供水系统和与供水系统相连的进水管。本实用新型的有益效果为：增设测流系统和测压系统，可准确获得土样在各级压力下的渗透系数和固结系数，提高了试验精度。

Description

一种可自动采集孔压的渗透固结仪

技术领域

本实用新型涉及土壤试验研究设计领域，具体涉及一种可自动采集孔压的渗透固结仪。

背景技术

土体在外加荷载作用下，由于孔隙比减少而压密变形，同时提高了土体强度；对于饱和土，当孔隙水挤出后，才能发生变形。土体开始加载时，土中应力全部由孔隙水承担；随着孔隙水的挤出，孔隙水压力逐步由土骨架承担的有效应力，研究这两种力的相互消长以及土体变形达到最终值的过程，称为土体固结理论。固结理论是研究地基沉降与时间的变化过程的基础。

在固结计算中，难点是如何测定固结系数，固结系数经常通过将室内固结试验测定的土体渗透系数、压缩系数及对应的孔隙比，代入太沙基一维固结微分方程中而求出。而传统的固结仪只能进行固结试验，无法同时获得不同压力下土样的渗透系数，难以对土样进行更深入的研究。渗透系数是综合反映土体渗透能力的一个指标，而渗透试验需要土样在上一级压力下固结完成后进行，即孔压消散为零附近以后。因此，为了获得准确的渗透系数，在进行固结试验的同时有必要实时监测孔隙水压力的消散程度。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种可实时监测土体固结过程中孔隙水压力消散情况的渗透固结仪。

本实用新型采用的技术方案为：一种可自动采集孔压的渗透固结仪，主要包括渗透固结结构、测流系统、供水结构和测压系统，所述渗透固结结构包括上下贯通的固结筒、活塞以及与活塞相连的加载机构，所述固结筒的下端设于底座上，固结筒的内腔自下而上依次放置有下透水石、土样和上透水石；所述活塞设置于上透水石的上部，与固结筒的内壁密封相连，所述活塞上开设有连通上透水石的排气通道和排水通道，排水通道通过出水管与测流系统连接；所述供水结构包括供水系统和与供水系统相连的进水管；所述进水管与测流系统连通，进水管通过进水管咀与固结筒的内腔连通；所述测压系统包括依次相连的压力传感器、转换电源和数据处理器，所述压力传感器固定于底座底部的螺栓孔内。

按上述方案，所述测流系统包括一号测流管和二号测流管，所述进水管的与测流系统的一号测流管连通；所述出水管与测流系统的二号测流管连通。

按上述方案，所述加载机构包括双杠杆加载装置、传力钢杆和横梁和压力表，所述双杠杆加载装置通过两侧的两根传力钢杆与横梁相连，横梁与活塞固定；所述压力表设于横梁的上部。

按上述方案，所述土体的上表面和下表面分别通过滤纸与上透水石和下透水石相连。

按上述方案，所述底座的顶部设有十字型和环形的排水压槽B，下透水石固定于底座内的排水压槽B上。

按上述方案，所述底座中心设有定位槽，下透水石通过定位槽定位。

按上述方案，所述固结筒的外壁通过O型密封圈A与底座密封连接。

按上述方案，所述活塞的底部设有排水压槽A。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型在传统渗透固结仪的基础上增设测流系统和测压系统，既可交叉进行固结试验和渗透试验，又可实时监测土体孔隙水压力消散程度，并测出排水量的变化，从而准确获得土样在各级压力下的渗透系数和固结系数，提高了试验精度；

2、本实用新型通过两道O型密封圈和涂抹凡士林实现活塞和固结筒之间的密封，通过一道O型密封圈和密封胶水实现底座与固结筒之间的密封，保证在各级荷载作用下进行固结试验和渗透试验时试验装置不会出现漏水漏气现象，保证试验的精确可靠；

3、活塞底部和底座顶部都设有多道排水压槽，方便排水排气；

4、本实用新型结构简单，操作简单，试验成本低。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施例的结构示意图。

图2为本实施例中活塞的仰视图。

图3为本实施例中活塞的侧视图。

图4为本实施例中活塞的俯视图。

其中，1、活塞，2、固结筒，3、供水系统，4-1、一号测流管，4-2、二号测流管，5-1、三通阀门，5-2、进水阀门，5-3、排水阀门，6-1、O型密封圈B，6-2、O型密封圈A，7、排水通道，8、排气通道，9、百分表，10-1、上透水石，10-2、下透水石，11、土样，12、底座，13、进水管咀，14、螺栓孔，15、双杠杆加载装置，16-1、排水压槽，17、进水管，18、出水管，19、传力钢杆，20-1、压力传感器，20-2、转换电源，20-3、数据处理器。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地描述。如图1所示的一种可自动采集孔压的渗透固结仪，主要包括渗透固结结构、测流系统、供水结构和测压系统，所述渗透固结结构包括上下贯通的固结筒2、活塞1以及与活塞1相连的加载机构，所述固结筒2的下端设于底座12上，且其外壁通过O型密封圈A6-2与底座1密封连接，固结筒2的内腔自下而上依次放置有下透水石10-2(下透水石10-2位于底座12的顶部)、土样11和上透水石10-1；所述活塞1设置于上透水石10-1的上部，活塞1可在固结筒2的内腔上下活动，活塞1的外周面通过O型密封圈B6-1与固结筒2的内壁密封连接；所述活塞1上开设有连通上透水石10-1的排气通道8和排水通道7，排水通道7通过出水管18与测流系统连接；所述活塞1的底部设有排水压槽A16-1，如图2-4所示；所述供水结构包括供水系统3和与供水系统3相连的进水管17，进水管17上配置进水阀门5-2；所述进水管17与测流系统连通，进水管17通过三通阀门5-1与进水管咀13连通，进水管咀13通过底座12与固结筒2的内腔连通；所述测压系统包括依次相连的压力传感器20-1、转换电源20-2和数据处理器20-3，所述压力传感器20-1固定于底座1底部的螺栓孔14内，压力传感器20-1用于检测土样11底部孔隙水压力。

本实用新型中，所述测流系统包括一号测流管4-1和二号测流管4-2，所述进水管17的与测流系统的一号测流管4-1连通；所述出水管18与测流系统的二号测流管4-2连通，出水管18上配置有排水阀门5-3。

本实用新型中，所述加载机构包括双杠杆加载装置15、传力钢杆19、横梁和压力表9，所述双杠杆加载装置15通过两侧的两根传力钢杆9与横梁相连，横梁与活塞1固定；所述压力表9设于横梁的上部。本实施例中，所述双杠杆加载装置15为WG型双杠杆加载装置。

本实用新型中，所述底座12的顶部设有十字型和环形的排水压槽B16-2，下透水石10-2固定于底座12内的排水压槽B16-2上，并通过底座12底部中央的定位槽定位。

本实用新型采用变水头实验方法进行渗透试验，即固结筒2的下部进水、上部出水，整个装置的密封性在试验过程中尤为重要，在试验装置的研发过程中充分考虑了可能出现漏水漏气问题的连接部位，即各管道的连接处、孔压量测系统20与底座12的接口处、底座12与固结筒2之间以及活塞1与固结筒2之间等。因此，在本实用新型中，供水系统3与各管道的连接处均采用医用橡胶管；孔压量测系统20与底座12采用螺口连接，并缠绕生胶带；活塞1的外壁与底座12的内壁之间设置两道O型密封圈B6-1，并在试验前涂抹适量凡士林；底座12的内壁设置O型密封圈A6-2，防止试验过程中试验装置发生漏水漏气现象。

利用本实用新型获得土样渗透系数和固结系数的具体过程包括如下步骤：

步骤一、安装所述渗透固结仪：

1)将固结筒2放置在已经涂有凡士林的底座12上，采用高度为40mm、直径为61.8mm的环刀制备土样11并用抽真空饱和法使其饱和；

2)在固结筒2内自下而上依次放入下透水石10-2、土样11(通过湿润的滤纸将土样11与上透水石10-1和下透水石10-2隔开)、上透水石10-1、已在外周面涂抹了适量凡士林的活塞1，并使活塞1的上端面与固结筒2的上口平齐；

3)打开活塞1上的排水通道7，保证可进行单面排水固结试验；打开与三通阀门5-3相连的排水通道，保证可进行常规的双面排水固结试验；

4)将所述渗透固结仪放在加压台指定位置，横梁与活塞1顶端的凹槽相连，并调整百分表9，使百分表9恰好置于横梁上部的中央位置，最后连接孔压量测系统20；

步骤二、施加预压：为了确认渗透固结装置各部位接触良好，先施加1kPa的预压荷载，稳定后将百分表9重新调零；

步骤三、加压观测：通过加载机构施加25kPa的外荷载，记录百分表9在各时间节点的读数，同时观测土样孔压消散情况，保持25kPa的外荷载不变至孔压消散为零；

步骤四、进行渗透试验：利用供水系统3对土样11供水，控制流速使水慢慢渗入固结筒2的内部，并打开排水通道7和排气通道8，排去固结筒2内的空气，直至排水通道7中排出的水无气泡时，停止供水系统3的供水；向一号测流管4-1注入纯水，使水头高度为1.5m，待一号测流管4-1内的水头稳定后停止供水，开启三通阀门5-1接通一号测流管4-1与固结筒2，使一号测流管4-1内的水浸润土样11；当排水通道7有水溢出后开始测记变水头管(也即一号测流管4-1)中起始水头高度和对应的时间，隔一段时间后再次测记变水头管(也即一号测流管4-1)中的水头高度和对应的时间，并量测排水通道7的水温，直到记录终了时刻的水头高度和对应时间；变换1号测流管4-1内的水头高度，重复上述操作，并记录初始和终了时刻的水温。

以上过程是在外荷载为25kPa时进行的固结试验和渗透试验，随后按照上述操作过程依次进行外荷载为50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、800kPa时的固结试验和渗透试验，从而获得土样在各级压力下的压缩系数、渗透系数和孔隙比，并计算得到固结系数，评价土样的渗透固结特性。

经过试验检定，本试验装置在试验过程中未出现漏水漏气现象，密封性良好，能较好地交叉进行渗透试验和固结试验，并利用孔压量测系统自动采集土样底部孔隙水压力，提高了试验精度，以便于深入研究土样的渗透固结特性，在工程优化和施工安全方面具有重要意义。

最后应说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可自动采集孔压的渗透固结仪，其特征在于，主要包括渗透固结结构、测流系统、供水结构和测压系统，所述渗透固结结构包括上下贯通的固结筒、活塞以及与活塞相连的加载机构，所述固结筒的下端设于底座上，固结筒的内腔自下而上依次放置有下透水石、土样和上透水石；所述活塞设置于上透水石的上部，与固结筒的内壁密封相连，所述活塞上开设有连通上透水石的排气通道和排水通道，排水通道通过出水管与测流系统连接；所述供水结构包括供水系统和与供水系统相连的进水管；所述进水管与测流系统连通，进水管通过进水管咀与固结筒的内腔连通；所述测压系统包括依次相连的压力传感器、转换电源和数据处理器，所述压力传感器固定于底座底部的螺栓孔内。

2.如权利要求1所述的可自动采集孔压的渗透固结仪，其特征在于，所述测流系统包括一号测流管和二号测流管，所述进水管的与测流系统的一号测流管连通；所述出水管与测流系统的二号测流管连通。

3.如权利要求1所述的可自动采集孔压的渗透固结仪，其特征在于，所述加载机构包括双杠杆加载装置、传力钢杆和横梁和压力表，所述双杠杆加载装置通过两侧的两根传力钢杆与横梁相连，横梁与活塞固定；所述压力表设于横梁的上部。

4.如权利要求1所述的可自动采集孔压的渗透固结仪，其特征在于，所述土样的上表面和下表面分别通过滤纸与上透水石和下透水石相连。

5.如权利要求1所述的可自动采集孔压的渗透固结仪，其特征在于，所述底座的顶部设有十字型和环形的排水压槽B，下透水石固定于底座内的排水压槽B上。

6.如权利要求1所述的可自动采集孔压的渗透固结仪，其特征在于，所述底座中心设有定位槽，下透水石通过定位槽定位。

7.如权利要求1所述的可自动采集孔压的渗透固结仪，其特征在于，所述固结筒的外壁通过O型密封圈A与底座密封连接。

8.如权利要求1所述的可自动采集孔压的渗透固结仪，其特征在于，所述活塞的底部设有排水压槽A。