CN209167305U - 一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，属于土工试验研究领域。主要包括渗透固结仪、测量部、加载部、常水头控制装置和电脑数据采集系统。渗透固结仪由底座、套筒、密封橡胶圈、试样帽、上盖和螺栓杆构成；测量部包括百分表、压力传感器、天平和孔压传感器，通过电脑数据采集系统实时测量试验数据。通过加载部对土样加压，使土样固结。常水头控制装置包括支架、抽水泵、水箱和水槽，通过此控制装置使土体在常水头下完成渗流试验。本装置通过测量部，实现了土样固结过程中竖向变形、轴力和底部孔压的实时自动化测量，且可实现固结稳定后，在常水头下研究土体的渗透特性，可快速、精确得到土体的渗透固结参数。

Description

一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置

技术领域

本实用新型涉及土工实验研究领域，特别涉及一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置。

背景技术

为了预测黏性土在地基或路基在工程中的沉降，需要对黏性土进行固结和渗透试验。传统的方法是用固结仪做固结试验来研究固结特性，用渗透仪做渗流试验得到渗流参数。试验需要两种仪器才能得到试验结果，同时也需要两个土样来进行试验，两个土样较难保持一致的参数。目前，已有试验人员利用改进的固结仪，通过变水头渗流与固结交叉的试验，来研究土的固结与渗流特性，但是黏土渗透性低,常规的变水头试验所需时间较长,且试验过程中受温度等环境因素影响较大，这些因素都将会对试验结果造成很大的误差。常规常水头用带刻度的玻璃管读数精度较差，且测量数据全靠人工读取，精度和效率都较低。因此，亟待对现有装置进行改进，以期达到节省资源、快速、精确得到土体渗流与固结参数的目的。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的不足和问题，提供了一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置。

本实用新型提供的全自动常水头渗透固结交叉试验装置，主要包括渗透固结仪、加载部、测量部、常水头控制装置及电脑数据采集系统，所述渗透固结仪由底座、套筒、试样帽、螺栓杆、上盖、上盖橡胶密封圈和底座橡胶密封圈构成，其内部由下至上依次为下透水石、下滤纸、土样、上滤纸、上透水石和试样帽；试样帽上设有排水孔，试样帽与上盖之间有一定间距；上盖设有排水孔、注水孔、上盖橡胶密封固定槽和承压槽，排水孔与排水管相连，正对试样帽上的排水孔；加载部利用杠杆原理设计而成，包括台座、支撑杆、连接铰、加力杆、砝码盘和传力杆，通过传力杆将力传递至试样帽，传力杆底部与试样帽的承压槽相吻合，同时传力杆与上盖之间通过气缸活塞连接，可以减小摩擦力；测量部包括：测量土样竖向变形的百分表、测量土样上部所受压力的压力传感器、收集排出水的抽滤瓶测量排出水质量的天平和测量渗透仪底部水压的孔压传感器；百分表固定在百分表固定架上，压力传感器位于传力杆内底部，天平可放在试验桌上，孔压传感器与排气孔外的排气管相连；常水头控制装置包括：带出水孔和入水孔的水箱、水槽和抽水泵；抽水泵通过软管与入水孔相连，通过不停地把水槽里的水抽进水箱中，使水箱始终处于充满水的状态，达到控制常水头的目的，出水孔通过排水管与排气孔相连；电脑数据采集系统对试验数据实时测控，可以得到土样的渗流参数和固结参数。

优选地，所述常水头控制装置水箱中充满水，通过抽水泵向水箱中注水，使多余的水不断的从水箱上部溢出，从而保持水头一直恒定。

优选地，所述常水头控制装置支架可以自动升降，从而可以进行不同水头的常水头试验。

优选地，所述压力传感器位于传力杆内底部，最大承压为5MPa，精度0.01MPa。

优选地，所述试样帽上有四个排水孔，排水孔内径3毫米；承压槽位于试样帽中心位置，使土样上部受力均匀。

优选地，所述排出水用抽滤瓶收集，土体中少量的气泡可以通过抽滤瓶侧部与大气连通的孔洞排出，同时用天平称重，天平与电脑相连，天平精度0.01g。

优选地，所述套筒内壁光滑，下部带边，边上均匀设置3个螺钉孔，且螺纹孔为内螺纹，底部设有套筒橡胶密封圈固定槽，其中套筒内径61.8毫米，高度100毫米，壁厚10毫米，下部边宽15毫米，厚度10毫米，螺纹孔径6毫米。

优选地，所述底座中间凸起10毫米，凸起部分直径与套筒内径一致，便于固定套筒，中间设有排气孔，通过排气阀门控制开闭，用于试验前排除装置内气体，排气结束后与孔压传感器接通，用于测量试样底部孔隙水压力，底座两边设有相应的底座橡胶密封圈固定槽、3个底座螺钉孔和3个螺栓杆孔，通过螺钉和底座橡胶密封圈使套筒与底座密闭连接，通过螺栓杆使上盖与底座相连。

优选地，所述上盖有注水孔、排水孔、上盖橡胶密封圈和3个螺栓杆孔，上盖通过螺栓杆与底座相连，试验过程的水通过排水孔流入抽滤瓶中。

优选地，所述套筒、底座、螺钉、上盖和加载部，其材质均为不锈钢，试样帽材质为有机玻璃，保证试验时试样不被铁锈污染，也为了增加该装置的使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：在试验过程中，可以在一个装置内分别进行固结和常水头渗流试验，得到土样的固结参数和渗流参数；黏土渗透性低,常规的变水头试验所需时间较长,且试验过程中受温度等环境因素影响较大，这些因素都将会对试验结果造成很大的误差，常水头试验通过固定水头，测量单位时间内流出的水量来确定渗透系数，所需时间相对较短；通过精度为0.01g的天平测渗流水量，使得结果更准确；试验过程中利用电脑数据采集系统实时测量，避免人为读数误差，试验数据精确可靠；该装置制作简单，成本低，操作方便，试验数据比较符合工程实际。

附图说明

图1 本实用新型的结构示意图。

图2 上盖纵断面示意图。

图3 套筒纵断面示意图。

图4 底座纵断面示意图。

图5 试样帽俯视示意图。

图中标识：1-台座;2-底座;3-螺钉;4-上盖橡胶密封圈; 4a-底座橡胶密封圈; 5-上透水石;5a-下透水石;6-上滤纸;6a-下滤纸;7-土样;8-试样帽;9-压力传感器;10-试样帽排水孔; 11-上盖; 12-注水孔;13-阀门;13a-阀门;13b-阀门;14-排气孔; 15-螺栓杆;15a-底座螺栓孔;16-套筒; 17-螺栓; 18-上盖排水孔; 19-密封圈; 20-气缸活塞;21-支撑台;22-百分表固定架;23-百分表;24-支撑杆;25-密封塞;26-砝码盘;27-传力杆;28-连接铰;29-加力杆;30-天平;31-抽滤瓶;32-孔压传感器;33-电脑数据采集系统; 34-支架;35-抽水泵; 36-水槽; 37-入水孔;38-出水孔;39-水箱;40-螺栓杆孔;41-上盖橡胶密封圈固定槽;42a-套筒上部橡胶密封圈固定槽;42b-套筒下部橡胶密封圈固定槽;42c-底座橡胶密封圈固定槽;43-套筒螺钉孔;43a-套筒底座螺钉孔。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案进行了描述，但本实用新型并不限于这个实施例。

实施例

该实施例以40毫米饱和重塑黏性土样的渗透固结试验为例，试验装置参见图1-图5。试验装置主要包括渗透固结仪、测量部、加载部、常水头控制装置和电脑数据采集系统33。渗透固结仪由底座2、套筒16、螺栓杆15、上盖11、上盖橡胶密封圈4和底座橡胶密封圈4a构成，其内部由下至上依次为下透水石5a、下滤纸6a、土样7、上滤纸6、上透水石5和试样帽8；加载部利用杠杆原理设计而成，包括台座1、支撑杆24、连接铰28、加力杆29、砝码盘26和传力杆27，通过传力杆27将力传递至土样7，使土样7固结，传力杆27底部与试样帽8的承压槽相吻合，传力杆27与上盖接触处通过气缸活塞20连接，并用密封圈19密封；常水头控制装置包括：带出水孔38和入水孔37的水箱39、水槽36、抽水泵35和支架34；抽水泵35通过软管与入水孔相连，通过不停地把水槽36里的水抽进水箱39中，使水箱始终处于充满水的状态，达到控制常水头的目的，出水孔通过排水管与排气孔14相连，从而使水从下部流过土样7，完成渗流试验；测量部包括：百分表23、压力传感器9、天平30和孔压传感器32，百分表固定在百分表固定架22上，天平30与电脑数据采集系统33相连，压力传感器9安装在加力杆29下部端头，通过数据线引出，出口处用密封塞25密封，试样帽8上设有排水孔10，通过上盖排水孔18和排水管与抽滤瓶31相连，孔压传感器32与排气孔14外伸水管相连接，排气孔14通过排气阀控制开闭，百分表23、压力传感器9、天平30和孔压传感器32与电脑相连，通过电脑数据采集系统33对试验数据实时测控；这样通过天平30测得抽滤瓶31中水的质量得到土样的渗透系数，通过百分表23读数得到土样的竖向变形，通过压力传感器9读数土样的轴压，通过孔压传感器32得到孔隙水消散规律。

试验过程如下：

步骤1: 准备1个40毫米的不锈钢环刀，内表面涂抹一层硅脂，便于土样从环刀中自由滑出；

步骤2: 用准备好的环刀取土样7，然后在饱和桶中抽气饱和，先抽气1个小时，然后注水浸泡24小时后取出；

步骤3: 在套筒16内壁涂一层硅脂，用于减小土样7与套筒16内壁之间的摩擦力，将底座橡胶密封圈4a放入橡胶密封圈固定槽42c，在底座2上安放套筒16，使底座橡胶密封圈4a与套筒橡胶密封圈固位槽42b对应，并且套筒螺钉孔43与底座螺钉孔43a对应，将螺钉3插入套筒螺钉孔43，然后拧紧，保证底座2与套筒16密闭连接；

步骤4: 在套筒16底部依次放入直径61.8毫米厚10毫米的下透水石5a和下滤纸6a，然后向套筒16中注满蒸馏水，将环刀对准套筒16上口，打开排气阀门13a，使土样7自由滑入套筒16内，套筒16内部空气将会被挤出，土样7到达套筒16底部后关闭排气阀门13a，在土样7上表面依次放入上滤纸6和直径61.8毫米厚10毫米的上透水石5，再放上试样帽8，最后用固定在底座螺栓孔15a的螺栓杆15穿过螺栓杆孔40连接好上盖11和底座2，拧紧螺栓17，并且使上盖密封圈4位于上盖密封圈固定槽41和套筒上部橡胶密封圈固定槽42a中，保证密封性，然后用针筒通过注水孔12向套筒16内加满水，关闭阀门13；

步骤5: 将百分表23固定于百分表固定架22上，百分表23下部与支撑台21上表面接触，天平30放置在试验台上，将孔压传感器32与排气阀门13a另一端相连，打开排气阀门13a，然后对百分表23、压力传感器9、天平30和孔压传感器32进行调整，完毕后开始加载，以加载100kPa为例；

步骤6: 固结试验结束后，关闭排气阀13a，向套筒16和水箱39中加满水，打开排气阀13b，同时使抽水泵35运行，进行渗流试验，流出水储存在抽滤瓶31中，抽滤瓶里有一定高度的水，水上面有一层煤油密封液面，防止水蒸发，将天平30读数置零，试验结束时读取天平30的读数，可以得到渗流参数。

上述具体实施方式的描述仅用于说明本实用新型,而不用于限制本实用新型的权利保护范围。

Claims (10)

1.一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，主要包括渗透固结仪、测量部、加载部、常水头控制装置和电脑数据采集系统；其特征在于：渗透固结仪由底座、套筒、试样帽、螺栓杆、上盖、上盖橡胶密封圈和底座橡胶密封圈构成，其内部由下至上依次为下透水石、下滤纸、土样、上滤纸、上透水石和试样帽；试样帽上设有排水孔，试样帽与上盖之间有一定间距；上盖设有排水孔、注水孔、上盖橡胶密封固定槽和承压槽，排水孔与排水管相连，正对试样帽上的排水孔；加载部利用杠杆原理设计而成，通过传力杆将力传递至试样帽，传力杆底部与试样帽的承压槽相吻合，同时传力杆与上盖之间通过气缸活塞连接；测量部包括：测量土样竖向变形的百分表、测量土样上部所受压力的压力传感器、收集排出水的抽滤瓶测量排出水质量的天平和测量渗透仪底部水压的孔压传感器；百分表固定在百分表固定架上，压力传感器位于传力杆内底部，天平置于试验桌上，孔压传感器与排气孔外的排气管相连；常水头控制装置包括：水槽、抽水泵及带出水孔和入水孔的水箱；抽水泵通过软管与入水孔相连，出水孔通过排水管与排气孔相连；电脑数据采集系统对试验数据实时测控，可以得到土样的渗流参数和固结参数。

2.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述常水头控制装置水箱中充满水，通过抽水泵向水箱中注水，使多余的水不断的从水箱上部溢出，从而保持水头一直恒定。

3.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述常水头控制装置支架可以自动升降。

4.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述压力传感器位于传力杆内底部。

5.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述试样帽上有四个排水孔，承压槽位于试样帽中心位置。

6.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述排出水用抽滤瓶收集，同时用天平称重，天平与电脑相连。

7.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述套筒内壁光滑，下部带边，边上设有螺钉孔，底部设有套筒橡胶密封圈固定槽。

8.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述底座中间凸起10毫米，凸起部分直径与套筒内径一致，中间位置设有排气孔，两边设有相应的底座橡胶密封圈固定槽、底座螺钉孔和螺栓杆孔，螺钉连接底座与套筒，螺栓杆连接底座和上盖。

9.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述上盖有注水孔、排水孔、上盖橡胶密封圈和螺栓杆孔，上盖通过螺栓杆与底座相连。

10.如权利要求1所述的一种全自动常水头渗透固结交叉试验装置，其特征在于：所述套筒、底座、螺钉、上盖和加载部，其材质均为不锈钢，试样帽材质为有机玻璃。