CN208399330U - 一种高应力渗压仪装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高应力渗压仪装置，刚性底座与加荷架连接，刚性底座中穿孔分别连接进水管、进水管阀门、排气孔和排气孔阀门，下透水板分别与刚性底座和进水管、进水管阀门连接，护环上部与刚性上盖连接，护环下部与刚性底座连接，刚性上盖压在上透水板上，刚性上盖中穿孔分别连接出水管、出水管阀门，油缸上与加荷架相连接，油缸下与刚性上盖相连接，轴压传感器与油缸相连接，位移传感器连接在刚性上盖和刚性底座相连接，孔压传感器通过刚性底座与下透水板4相连接，水头测量装置与进水管相连接，出水流量装置与出水管相连接。结构简单，使用方便，实现了高应力情况下同时对尾矿材料的渗透和固结试验进行的精准测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及高应力情况下岩土材料渗透率、固结状态测试设备技术领域，更具体涉及一种高应力渗压仪装置，它适用于测试的渗透系数范围广（101~10-8cm/s）。
背景技术
尾矿坝是冶金工业各类选矿厂、火力发电厂基建的重要设施，是保证各类选矿厂、火力发电厂正常生产的重要环节。随着选矿工艺的提升和尾矿坝堆坝技术的愈加成熟，尾矿坝趋于细粒、高坝的趋势。在高应力状态下尾矿的力学特性会发生显著变化，有必要对高应力情况下的尾矿材料进行基本物性的室内试验。尾矿材料渗透率是影响尾矿坝坝体浸润线高低的关键参数，进而很大程度上影响了尾矿坝坝体的稳定性。固结状态很大程度上影响尾矿材料的力学参数c和的值，进而影响坝体强度。因此，准确的获得高应力情况下的尾矿材料的渗透参数和固结参数，对尾矿坝乃至岩土工程的发展有着至关重要的作用。然而，目前大部分的渗透仪器测试原理都较为简单和单一，无法对试样施加高应力，渗透和固结试验也是分别在不同的实验仪器上进行测量的，渗透试验里面常水头渗透试验和变水头渗透试验也是分别在不同的实验仪器上进行测量的，并且达不到对细粒材料的长时间的渗透和固结进行精准测量的仪器精度。为了解决渗透固结测试不全面的难题，本实用新型实现了高应力情况下同时对尾矿材料的常、变水头渗透和固结试验进行了精准的测量，顺应了尾矿坝坝体细粒、高坝的发展方向。
发明内容
本实用新型的目的是在于提供了一种尾矿等岩土材料高应力测量渗透和固结试验装置。结构简单，使用方便，测量结果精确而且能测试的范围大，实现了高应力条件下尾矿等岩土材料的常、变水头渗透试验和固结试验在同一台仪器上进行。
为了实现上述的目的，本实用新型采用以下技术措施：
一种高应力渗压仪装置，包括：刚性底座、排气孔、排气孔阀门、下透水板、试样、护套、环刀、护环、上透水板、刚性上盖、加荷架、油缸、轴压传感器、位移传感器、孔压传感器、进水管、进水管阀门、测量标尺、出水管、出水管阀门、水头测量装置、常水头管、常水头管阀门、出水流量测量装置、伺服油源、油源阀门。其特征在于：刚性底座与加荷架连接，刚性底座1中穿孔分别连接进水管、进水管阀门、排气孔和排气孔阀门，下透水板分别与刚性底座和进水管、进水管阀门连接，护套介于刚性底座和护环之间，环刀包裹在试样的侧面，护环包裹在环刀样的侧面，护环上部与刚性上盖连接，护环下部与刚性底座连接，刚性上盖压在上透水板上，刚性上盖中穿孔分别连接出水管、出水管阀门，油缸上与加荷架相连接，油缸下与刚性上盖相连接，轴压传感器与油缸相连接，位移传感器连接在刚性上盖和刚性底座相连接，孔压传感器通过刚性底座与下透水板4相连接，测量标尺套在加荷架上，水头测量装置与进水管相连接，常水头管和常水头管阀门连接进水管上，出水流量装置与出水管相连接，装置的液压系统如图2所示：伺服油源由油源阀门控制，一串三分别接到三个不同容积大小装置的油缸上。伺服油源25通过伺服阀门分别与第一油缸阀门和容器V大中的油缸相连接、第二油缸阀门和容器V中中的油缸相连接、第三油缸阀门和容器V小中的油缸相连接。
所述的油缸、轴压传感器连接在刚性上盖和加荷架之间。
所述的位移传感器通过刚性底座1与下透水板连接。
所述的加荷架分别与油缸、刚性底座连接。
所述的位移传感器分别与刚性上盖、刚性底座连接。
所述的测量标尺套在加荷架的竖向杆上。
所述的出水管、出水管阀门从刚性上盖连接出来，其作用是让通过试样的水流入出水测量装置中，用于后续渗透系数计算。
所述的常水头管、常水头管阀门连接在进水管上。
下面对各个另部件连接关系和作用作如下说明：刚性底座与加荷架连接，用于当油缸进行加压时提供反力。刚性底座中穿孔分别连接进水管、进水管阀门、排气孔和排气孔阀门，分别用于高应力渗透试验时水从进水管、进水管阀门进入仪器内部通过试样；和为防止仪器内有空气影响试验结果，排气孔、排气孔阀门的作用是排出仪器内部空气。
下透水板分别与刚性底座和进水管、进水管阀门连接，其作用是传递轴向力的同时允许通过进水管、进水管阀门的水通过，并保持住试样的圆柱形形状不变，确保了试验后计算的准确性。护套介于刚性底座1和护环之间，外径不变，分为几个内径不同的型号以适应不同尺寸的试样。其作用是确定护环的位置以适应不同尺寸的试样；环刀包裹在试样的侧面，其作用是防止试样松散并和下透水板和上透水板一起保持了试样的圆柱形形状。护环包裹在环刀样的侧面，其作用是限制试样的侧向变形，为后续计算提供了前提条件；护环上部与刚性上盖连接，护环下部与刚性底座连接，其作用是形成容器密封。刚性上盖压在上透水板上，其作用是传递轴向力；刚性上盖中穿孔分别连接出水管、出水管阀门，用于高应力渗透试验时水经过试样排出容器外。油缸上与加荷架相连接，油缸下与刚性上盖相连接，其作用是提供试样轴向压力，最大轴向应力可达10MPa，使试样处于轴向高应力状态下以达到试验要求。轴压传感器与油缸相连接，能直接显示轴向应力的大小。位移传感器连接在刚性上盖和刚性底座相连接，其作用是在高应力固结试验时测量刚性底座和刚性上盖的相对位移，即测量试样的轴向变形。孔压传感器通过刚性底座与下透水板相连接，其作用是测量孔隙水压力。测量标尺套在加荷架上，其作用是测量出水管的水头高度。水头测量装置与进水管相连接，其作用是在高应力渗透试验时测量水头的变化，用于后续的计算。常水头管和常水头管阀门连接进水管上，其作用是进行常水头渗透试验时保持水头不变。出水流量装置与出水管相连接，用于测量出水流量，装置的液压系统如图2所示：伺服油源由油源阀门控制，油源串分别接到三个不同容积大小装置的油缸上，其作用分别给大、中、小三个容积的装置提供轴向压力。
通过上述的技术措施：A、加轴压装置使本实用新型能实现高应力情况下岩土材料的渗透、固结参数的精确测量。B、液压系统分别连接三个容积不同的仪器（如图2）使得本实用新型能实现不同范围渗透系数的测量，且三台仪器共用同一个加压系统能同时运行，大大缩短了试验时间。C、常水头管、常水头管阀门连接在进水管上，使得本实用新型通过开关常水头管阀门就能实现同一个仪器上的常水头渗透试验、变水头渗透试验之间的转换。大大节省了开支。D、护套的三个大小型号直接决定了容器容积大小，调节简单、方便和快捷。E、由于高应力作用下试样会产生轴向变形，从而改变了出水时的水头。标尺的设置将解决了这一问题，使得测量结果更加精确。
技术方案与现有技术的主要区别在：A、实现了高应力的渗透、固结试验。B、渗透、固结试验在同一台仪器上进行。C、常水头渗透试验、变水头渗透试验在同一台仪器上进行。
建议补充些实验数据或自己设计的一些理想实验数据，对予授予专利权非常重要！
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1）实现了高应力情况下尾矿材料渗透和固结参数的精准测量。
2）将渗透试验和固结试验放在的同一个试验仪器上测量。
3）将常水头渗透试验和变水头渗透试验放在同一个试验仪器上测量。
4）能分别测渗透、固结系数差异较大的试样。可以多个试样同时进行试验。
附图说明
图1为一种高应力渗压仪装置的结构示意图。
图2为一种液压系统分别连接3个不同尺寸大小的试验仪的示意图。
图中标号对应的名称为：1－刚性底座、2－排气孔、3－排气孔阀门（普通）、4－下透水板、5－试样、6－护套、7－环刀、8－护环、9－上透水板、10－刚性上盖、11－加荷架、12－油缸、13－轴压传感器（ZSL-A型和ZLF-A型轮辐式（200KN））、14－位移传感器（济南开思的KS15系列）、15－孔压传感器（ZSL-A型和ZLF-A型轮辐式（40KN））、16－进水管、17－进水管阀门（普通）、18－测量标尺、19－出水管、20－出水管阀门（普通）、21－水头测量装置（刻度尺）、22－常水头管、23－常水头管阀门（普通）、24－出水流量测量装置（流量计）、25－伺服油源（10MCY-Y2-132S-4）、26－油源阀门（普通）、27第一油缸阀门（普通）、28－第二油缸阀门（普通）、29－第三油缸阀门（普通）。
图中V大、V中和V小都是如图1的一种高应力渗压仪装置，只不过容器尺寸不一样以适应不同渗透、固结系数的试样。其中V大尺寸为φ150×h150mm，建议测量渗透系数101-10- 2cm/s的试样，其中V中尺寸为φ100×h100mm，建议测量渗透系数10-2-10-5cm/s的试样，其中V小尺寸为φ50×h50mm，建议测量渗透系数10-5-10-9cm/s的试样，并能三个试样同时进行试验，大大缩短试验时间。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细阐述：
根据图1可知，一种高应力渗压仪装置，包括刚性底座1、排气孔2、排气孔阀门3、下透水板4、试样5、护套6、环刀7、护环8、上透水板9、刚性上盖10、加荷架11、油缸12、轴压传感器13、位移传感器14、孔压传感器15、进水管16、进水管阀门17、测量标尺18、出水管19、出水管阀门20、水头测量装置21、常水头管22、常水头管阀门23、出水流量测量装置24、伺服油源25、油源阀门26、第一伺服阀27、第二伺服阀28、第三伺服阀29，一种高应力渗压仪装置，其特征在于：刚性底座1与加荷架11连接，用于当油缸12进行加压时提供反力。刚性底座1中穿孔分别与连接进水管16、进水管阀门17和排气孔2、排气孔阀门3，分别用于高应力渗透试验时水从进水管16、进水管阀门17进入仪器内部通过试样5；和为防止仪器内有空气影响试验结果，排气孔2、排气孔阀门3的作用是排出仪器内部空气。
下透水板4分别与刚性底座1和进水管16、进水管阀门17连接，其作用是传递轴向力的同时允许通过进水管16、进水管阀门17的水通过，并保持住试样5的圆柱形形状不变，确保了试验后计算的准确性。
护套6介于刚性底座1和护环8之间，外径不变，分为几个内径不同的型号以适应不同尺寸的试样。其作用是确定护环8的位置以适应不同尺寸的试样
环刀7包裹在试样5的侧面，其作用是防止试样松散并和下透水板4和上透水板9一起保持了试样的圆柱形形状。
护环8包裹在环刀样的侧面，其作用是限制试样的侧向变形，为后续计算提供了前提条件；护环7上部与刚性上盖10连接，护环7下部与刚性底座1连接，其作用是形成容器密封。
刚性上盖10压在上透水板9上，其作用是传递轴向力；刚性上盖10中穿孔分别连接出水管19、出水管阀门20，用于高应力渗透试验时水经过试样5排出容器外。
所述的油缸12与伺服油源25通过伺服阀门分别与第一油缸阀门27和容器V大中的油缸12A相连接、第二油缸阀门28和容器V中中的油缸12B相连接、第三油缸阀门29和容器V小中的油缸12C相连接。油缸12上与加荷架11相连接，油缸12下与刚性上盖10相连接，其作用是提供试样轴向压力，最大轴向应力可达10MPa，使试样处于轴向高应力状态下以达到试验要求。轴压传感器13与油缸12相连接，能直接显示轴向应力的大小。
位移传感器14连接在刚性上盖10和刚性底座1相连接，其作用是在高应力固结试验时测量刚性底座1和刚性上盖10的相对位移，即测量试样5的轴向变形。
孔压传感器15通过刚性底座1与下透水板4相连接，其作用是测量孔隙水压力。
测量标尺18套在加荷架11上，其作用是测量出水管19的水头高度。
水头测量装置21与进水管16相连接，其作用是在高应力渗透试验时测量水头的变化，用于后续的计算。
常水头管22和常水头管阀门23连接在进水管16上，其作用是进行常水头渗透试验时保持水头不变。
出水流量装置24与出水管19相连接，用于测量出水流量。
本实用新型增加了高应力的供给，实现了高应力情况下同时对尾矿材料的渗透和固结试验进行的精准测量，对常、变水头渗透试验和固结试验进行了集成，在以前分割的基础上进行了大大的简化。
通过上述的技术措施：
1、油缸12使本实用新型能实现高应力情况下岩土材料的渗透、固结参数的精确测量。
2、伺服油源25分别连接三个容积不同的仪器上的油缸（如图2）使得本实用新型能实现不同范围渗透系数的测量，且三台仪器共用同一个加压系统能同时运行，大大缩短了试验时间。
3、常水头管22、常水头管阀门23连接在进水管16上，使得本实用新型通过开关常水头管阀门23就能实现同一个仪器上的常水头渗透试验、变水头渗透试验之间的转换。大大节省了开支。
4、护套6的三个大小型号直接决定了容器容积大小，调节简单、方便和快捷。
5、由于高应力作用下试样5会产生轴向变形，从而改变了出水时的水头。标尺18的设置将解决了这一问题，使得测量结果更加精确。
通过本实用新型的技术措施，有如下试验：
（1） 高应力尾矿渗透试验（变水头试验）
本实用新型是一个液压系统带着三个容器进行试验，在这里以V大为模板描述，其余容器方法类同。
打开排气孔阀门3、进水管阀门17、关闭常水头阀门23，用无气水排除底部滞留气泡。并将下透水板4用无气水饱和。下透水板4上放薄滤纸，直到排气孔2无气泡冒出。
将适用于V大的护套6装上，将装有试样的环刀放入护环，压入密封圈内，上下分别与刚性上盖10和刚性底座1相连接。再接入油缸12、轴压传感器13和加荷架11。
打开液压系统阀门K0、V大阀门K1，观察轴压传感器13直到加压到需要轴压时停止加压。保持该轴压的状态。移动测量标尺18，测出出水水头高度。
关闭排气孔阀门3，打开进水管阀门17、出水管阀门19。将水充满进水管16，并注入容器，在一定水头作用下静置一段时间，待出水管18有水溢出时，再开始进行试验测定。
（2） 高应力尾矿渗透试验（常水头试验）
本实用新型是一个液压系统带着三个容器进行试验，在这里以V大为模板描述，其余容器方法类同。
打开排气孔阀门3、进水管阀门17、关闭常水头阀门23，用无气水排除底部滞留气泡。并将下透水板4用无气水饱和。下透水板4上放薄滤纸，直到排气孔2无气泡冒出。
将适用于V大的护套6装上，将装有试样的环刀放入护环，压入密封圈内，上下分别与刚性上盖10和刚性底座1相连接。再接入油缸12、轴压传感器13和加荷架11。
打开液压系统阀门K0、V大阀门K1，观察轴压传感器13直到加压到需要轴压时停止加压。保持该轴压的状态。移动测量标尺18，测出出水水头高度。
关闭排气孔阀门3，打开进水管阀门17、出水管阀门19。打开常水头阀门23，将水充满进水管16，并注入容器，在一定水头作用下静置一段时间，待出水管18有水溢出时，再开始进行试验测定。
（3） 高应力尾矿固结试验
本实用新型是一个液压系统带着三个容器进行试验，在这里以V大为模板描述，其余容器方法类同。
打开排气孔阀门3、进水管阀门17，用无气水排除底部滞留气泡。并将下透水板4用无气水饱和。下透水板4上放薄滤纸，直到排气孔2无气泡冒出。
将装有试样的环刀放入护环，压入密封圈内，上下分别与刚性上盖10和刚性底座1相连接。再接入油缸12、轴压传感器13和加荷架11。
关闭排气孔阀门3，安装位移传感器13、孔压传感器14，打开液压系统阀门K0、V大阀门K1，对试样5施加1KPa的设置压力，然后调整位移传感器13和孔压传感器14的初始读书或零读数。
连续加荷直到所需要的轴向应力值或应变为止。当轴向何在施加完成后，在轴向荷载不变的或变形不变的条件下使孔隙水压力消散。
Claims (7)
1.一种高应力渗压仪装置，包括刚性底座(1)、下透水板(4)、护套(6)、环刀(7)、上透水板(9)、加荷架(11)、油缸(12)、轴压传感器(13)、位移传感器(14)、孔压传感器(15)、进水管(16)、出水管(19)、出水管阀门(20)、水头测量装置(21)、出水流量测量装置(24)，其特征在于：刚性底座(1)与加荷架11连接，刚性底座(1)中穿孔分别连接进水管(16)、进水管阀门(17)、排气孔(2)和排气孔阀门(3)，下透水板(4)分别与刚性底座(1)和进水管(16)、进水管阀门(17)连接，护套(6)介于刚性底座(1)和护环(8)之间，环刀(7)包裹在试样(5)的侧面，护环(8)包裹在环刀样的侧面，护环(8)上部与刚性上盖(10)连接，护环(8)下部与刚性底座(1)连接，刚性上盖(10)压在上透水板(9)上，刚性上盖(10)中穿孔分别连接出水管(19)、出水管阀门(20)，油缸(12)上与加荷架(11)连接，油缸(12)下与刚性上盖(10)连接，轴压传感器(13)与油缸(12)连接，位移传感器(14)连接在刚性上盖(10)和刚性底座(1)连接，孔压传感器(15)通过刚性底座(1)与下透水板(4)连接，测量标尺(18)套在加荷架(11)上，水头测量装置(21)与进水管(16)连接，常水头管(22)和常水头管阀门(23)连接进水管(16)上，出水流量测量装置(24)与出水管(19)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高应力渗压仪装置，其特征在于：所述的油缸(12)、轴压传感器(13)连接在刚性上盖(10)和加荷架(11)之间。
3.根据权利要求1所述的一种高应力渗压仪装置，其特征在于：所述的位移传感器(14)通过刚性底座(1)与下透水板(4)连接。
4.根据权利要求1所述的一种高应力渗压仪装置，其特征在于：所述的加荷架(11)分别与油缸(12)、刚性底座(1)连接。
5.根据权利要求1所述的一种高应力渗压仪装置，其特征在于：所述的位移传感器(14)分别与刚性上盖(10)、刚性底座(1)连接。
6.根据权利要求1所述的一种高应力渗压仪装置，其特征在于：所述的测量标尺(18)套在加荷架(11)的竖向杆上。
7.根据权利要求1所述的一种高应力渗压仪装置，其特征在于：所述的油缸(12)与伺服油源(25)通过伺服阀门(26)分别与第一油缸阀门(27)和容器V大中的油缸(12A)相连接、第二油缸阀门(28)和容器V中中的油缸(12B)相连接、第三油缸阀门(29)和容器V小中的油缸(12C)相连接。
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2018
- 2018-04-18 CN CN201820556449.XU patent/CN208399330U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108279199A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-07-13 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种高应力渗压仪装置 |
| CN108279199B (zh) * | 2018-04-18 | 2024-02-27 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种高应力渗压仪装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Granted publication date: 20190118 |
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