CN210894024U

CN210894024U - 一种温控式渗透仪

Info

Publication number: CN210894024U
Application number: CN201921357524.0U
Authority: CN
Inventors: 潘雪瑛; 于海浩
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Guilin University of Technology
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2029-08-21

Abstract

本实用新型公开了一种温控式渗透仪，涉及岩土工程领域的土工试验技术。本渗透仪包括被测对象——试样（00）；设置有温度控制装置（10）、渗透装置（20）和测量装置（30）；试样（00）置于渗透装置（20）中；渗透装置（20）置于温度控制装置（10）中；测量装置（30）和渗透装置（20）连接，测量渗流量。本方法是：①装样；②控制温度；③渗透系数测量。与现有技术相比，本实用新型采用温度控制装置，实现了温度控制，可用于研究温度对饱和土渗透性的影响；测量装置用数据采集，大大减少人力，并提高试验精度；操作简便，安装测试方便，实用性强，适用于控温条件下饱和土试验。

Description

一种温控式渗透仪

技术领域

本实用新型涉及岩土工程领域的土工试验技术，尤其是涉及一种温控式渗透仪。

具体地说，根据具体工程状况，测试在不同温度环境中饱和土的渗透特性，研究不同温度效应对饱和土渗透性的影响。

背景技术

温度影响着土体的液塑限、膨胀性和渗透性等水理性质，对于不同性质的土体，这种影响往往差异越大。目前，国内学者对黏土温度效应多集中在热岛效应对土性的影响、核废料及放射性物质的处置与贮存过程中高温对压实膨润土等材料性质的影响、土体的热固结或非等温固结问题等，以上研究均发现高温对土体工程性质有较大的影响，因此，研究不同温度下饱和土的渗透特性具有重要意义。

考虑温度的渗透系数一般根据土体孔隙水体积变化或固结压缩曲线间接得到，无法直接测量温度对土体渗透特性的影响规律，且已有的仪器无法控制试验过程中土样内部温度的均匀分布。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供了一种温控式渗透仪，以能改进传统渗透仪，测验不同温度效应对土体渗透性的影响，用于不同温度条件下土体渗透特性的试验研究。

本实用新型的技术方案是：

一、温控式渗透仪(简称渗透仪)

包括被测对象——试样；

设置有温度控制装置、渗透装置和测量装置；

试样置于渗透装置中；

渗透装置放置于温度控制装置中，控制温度的变化；

渗透装置和测量装置连接，测量渗出量。

二、温控式渗透仪的试验方法(简称方法)

本方法包括下列步骤：

①装样；

②控制温度；

③渗透系数测量。

与现有技术相比，本实用新型具有以下突出优点和有益效果：

①采用温度控制装置，实现了温度控制，可用于研究温度对饱和土渗透性的影响；

②测量装置用数据采集，大大减少人力，并提高试验精度。

总之，本实用新型操作简便，安装测试方便，实用性强，适用于控温条件下饱和土试验。

附图说明

图1是渗透仪的结构示意图；

图2是温度控制装置的结构示意图；

图3是渗透装置的结构示意图；

图4是压力室底座的结构示意图；

图5是测量装置的结构示意图。

图中：

00—试样；

10—温度控制装置，

101—恒温槽，102—水浴槽，

11—恒温槽控温液体，12—水循环泵，

13—温度控制器，

131—热电偶温度传感器，132—加热器，

14—水浴槽控温液体，15—实验桌；

V1—第1阀门，V2—第2阀门；

20—渗透装置，

21—渗透集液瓶，22—水头管，23—螺旋管，

241—环形盖板，242—紧固螺栓，25—试样帽，26—出水口，

271—顶部透水石，272—底部透水石，28—0型密封圈，

29—底座，

291—底座进水孔，292—底座回旋槽，293—底座出水孔，

294—底座螺旋孔，

V3—第3阀门，V4—第4阀门(三通)，V5—第5阀门；

30—测量装置，

31—测量集液瓶，32—天平，33—数据采集系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、渗透仪

1、总体

如图1，本渗透仪包括被测对象——试样00；

设置有温度控制装置10、渗透装置20和测量装置30；

其位置和连接关系是：

试样00置于渗透装置20中；

渗透装置20放置于温度控制装置10中，控制温度的变化；

渗透装置20和测量装置30连接，测量渗出量。

2、功能装置

0)试样00

试样00为原状样、压实样、击实样或泥浆样。

1)温度控制装置10

如图2，温度控制装置10包括恒温槽101、水浴槽102、恒温槽控温液体 11、水循环泵12、温度控制器13、水浴槽控温液体14、实验桌15、第1阀门 V1、第2阀门V2；温度控制器13包括热电偶温度传感器131和加热器132；

其位置和连接关系是：

恒温槽101和水浴槽102通过管道连通，在水浴槽102的入水、出水管道上分别设置有第1、2阀门V1、V2；

在恒温槽101内，设置有恒温槽控温液体11，在恒温槽101内设置有水循环泵12、温度控制器13的热电偶温度传感器131和加热器132；

在水浴槽102内，设置有水浴槽控温液体14，水浴槽102置于实验桌15 上。

温度控制装置10工作机理是：

恒温槽101是一种方形容器，内部采用保温隔热材料，避免热量损失，提高控制精度；

热电偶温度传感器131和加热器132控制恒温槽101内控温液体11的温度，控温范围为20-90℃，精度0.5℃；

水循环泵12使恒温槽101内控温液体11的循环流动，进而使温度均匀；

第1阀门V1控制水浴槽102内进水情况；

水浴槽102是一种长方形容器，采用聚苯乙烯泡沫塑料进行保温，避免热量损失，提高温度控制精度。

2)渗透装置20

如图3、4，渗透装置20包括渗透集液瓶21、水头管22、螺旋管23、环形盖板241、紧固螺栓242、试样帽25、出水口26、顶部透水石271、底部透水石272、O型密封圈28和底座29；还包括第3、4、5阀门V3、V4、V5；

其位置和连接关系是：

压力室采用耐磨性高和刚度大的不锈钢制成，在压力室内设置有试样00，压力室的结构是：从上到下，环形盖板241、试样帽25、顶部透水石271、底部透水石272和底座29通过紧固螺栓242依次连接，之间并通过O型密封圈 28密封，防止湿空气从压力室溢出；在压力室内设置有试样00；所述的底座 29是一种金属圆块，设置有依次连通底座进水孔291、底座回旋槽292和底座出水孔293，2个底座螺旋孔294均匀设置于圆块的圆周上；

渗透集液瓶21、水头管22分别通过管道及其第3阀门V3、第4阀门V4和螺旋管23的输入口连通，螺旋管23的输出口、底座进水孔291及底座出水孔 293、第5阀门V5连通，给试样00提供溶液，其中螺旋管23增加渗流直径，使进入试样00的溶液温度更均匀。

渗透装置20的工作机理是：

渗透集液瓶21内液体为去离子水(蒸馏水)，排除水中离子对试样00内矿物成分的影响；

第3阀门V3、第4阀门V4控制渗透装置20底座进水孔291的进水情况；

水头管22提供压力水头；

螺旋管23增加渗流直径，使进入底座进水孔291的液体温度与水浴槽102 内的液体温度一致，避免试样00内外形成温差，进而达到控温的目的；

环形盖板241与试样帽25接触，并通过紧固螺栓24固定，给试样00施加一定的压力；紧固螺栓242、试样帽25、底座29均采用耐磨性好和刚度大的不锈钢，满足试样00的刚度要求；

顶部透水石271置于试样帽25下方，底部透水石272与底座进水孔291相连，保证进出试样00的液体均匀分布；

0型密封圈28提高压力室密封性，避免水浴槽102内液体进入试样00。

3)测量装置30

如图5，测量装置30是一种数采装置，包括测量集液瓶31、天平32、数据采集系统33；

其位置和连接关系是：

水浴槽102、第2阀门V2和测量集液瓶31通过管道连通，测量集液瓶31 置于天平32上，天平32和数据采集系统33连接，测量试样渗流量。

测量装置30的工作机理是：

第2阀门V2控制渗透装置20的出水口26的出水情况；

测量集液瓶31通过管道连通出水口26，集合渗出水量；测量集液瓶31是带硅胶塞锥形瓶，由高硼硅玻璃材料组成，可以耐高温，瓶口较一般的烧杯小，可降低因温度升高液体蒸发的影响；

天平32和数据采集系统33称量并自动采集渗透装置20溢出水量，天平 32的控制范围为0.005-300g，分度值0.001g，提高称量精度。

3、渗透仪工作机理是：

通过温度控制器13将恒温槽101内控温液体11升温至试验温度，水循环泵12使恒温槽101内温度分布均匀，打开第1阀门V1，通过管道，控温液体 11进入水浴槽102内，并一直保持液体循环状态，维持恒定温度，直至水浴槽 102内控温液体14达到试验温度；排出压力室内气体，渗透集液瓶21内液体通过第3阀门V3、第4阀门V4(水头管22至螺旋管23之间管道阀门处于关闭状态)控制流出，通过螺旋管23进入底座进水孔291，将压力室侧立，打开第5阀门V5，关闭第2阀门V2，直至溢出水内无气泡产生，关闭第3、4、5阀门V3、V4、V5；将压力室及螺旋管23放入水浴槽102内控温液体14中，打开第 3阀门V3、第4阀门V4(水头管22至螺旋管23之间管道阀门处于关闭状态)，通过足够长度螺旋管23，保证进入压力室内的液体温度与水浴槽102内控温液体14温度相同，打开第2阀门V2，液体通过压力室出水口26溢出，之后关闭第3阀门V3，第4阀门V4仅关闭渗透集液瓶21与螺旋管23之间管道阀门，打开水头管22与螺旋管23之间的管道阀门，将溢出水量装入测量集液瓶31内，在规定渗透试验时间内，记录水头管22初始及终止水头，并用天平32称量集液瓶31内液体质量，并通过数据采集系统33采集数据。

二、渗透仪的试验方法

试验方法包括下列步骤：

①装样

将试样00放入压力室中，环形盖板241给试样00施加一定的压力，根据土工试验规范中的渗透试验步骤安装好渗透仪，随后，将压力室放入水浴槽 102中，底部进水口291接通螺旋管23，出水口26接通第2阀门V2的管道上，根据土工试验规范将渗透仪中的气体排出使渗透仪饱和；

②控制温度

假定试验温度取25℃，打开温度控制装置10的恒温槽101，调节到25℃ (精度达到正负0.1℃)，恒温槽101通过水循环泵12把额定温度的恒温槽控温液体11泵入水浴槽102中，使水浴槽102达到额定温度，随后通过土样的传热系数计算试样00达到额定温度的时间，等试样00达到额定温度后，打开第 3阀门V3使集液瓶21中的液体开始对试样00进行渗透，室温下渗透集液瓶21 中的液体在经过螺旋管23后(螺旋管足够长)，将与水浴槽102中控温液体 14温度一致即与试样00的额定测试温度相同，渗透集液瓶21中液体将从上部的出水口26经第2阀门V2排出，根据土工试验规程规定试样渗透时间为12h；

③渗透系数测量

A、根据需要用环刀在垂直或平行土样层面切取原状试样或扰动土制备成给定密度的试样00，并进行充分饱和；切土时，应尽量避免结构扰动，并禁止用削土刀反复涂抹试样00表面；

B、在底座29上压入0型密封圈28；将压力室内壁涂一薄层凡士林，把挤出的多余凡士林小心刮净；装入底部透水石272，然后将盛有试样00的环刀推入容器套筒，装入顶部透水石271，压入0型密封圈28，并盖上试样帽25，将环形盖板241与试样帽25顶端垂直接触，给予一定的压力；

C、把装好试样00的压力室与渗透集液瓶21、水头管22连通；将渗透集液瓶21中的水充满水管并通过底座进水孔291，注入压力室；开第5阀门V5，将压力室侧立，通过底座出水口293排除压力室内部空气，直至溢出水中无气泡；关闭第5阀门V5，并放平压力室；

D、在一定水头作用下静置一段时间，待出水管口26有水溢出时，再开始进行试验测定；

E、将水头管22内充水至需要高度后，关闭第4阀门V4集液瓶21至螺旋管23之间管道阀门，打开水头管22至螺旋管23之间管道阀门，并开启数据采集系统33，同时测记起始水头h1；经过时间t后，再测记终了水头h2；如此连续测记2至3次后，再使水头管22水位回升至需要高度，再连续测记数次，需6次以上，试验终止；

按下式计算渗透系数：

其中：ɑ—水头管截面积，cm²；

L—渗流长度，等于试样高度，cm；

h1—开始时水头，cm；

h2—终止时水头，cm；

A—试样的断面积，cm²；

t—试验时间，s；

2.3—ln和lg的换算系数。

下一级温度可重复步骤②进行，根据试验需要设定不同的温度等级进行温度控制，对数据采集系统33中的试验数据进行分析，研究温度对土体性质的影响。

Claims

1.一种温控式渗透仪，包括被测对象——试样（00）；其特征在于：

设置有温度控制装置（10）、渗透装置（20）和测量装置（30）；

试样（00）置于渗透装置（20）中；

渗透装置（20）置于温度控制装置（10）中；

测量装置（30）和渗透装置（20）连接，测量渗流量。

2.按权利要求1所述的温控式渗透仪，其特征在于：

所述的温度控制装置（10）包括恒温槽（101）、水浴槽（102）、恒温槽控温液体（11）、水循环泵（12）、温度控制器（13）、水浴槽控温液体（14）、实验桌（15）、第1阀门（V1）、第2阀门（V2）；温度控制器（13）包括热电偶温度传感器（131）、加热器（132）；

其位置和连接关系是：

恒温槽（101）和水浴槽（102）通过管道连通，在水浴槽（102）的入水、出水管道上分别设置有第1、2阀门（V1、V2）；

在恒温槽（101）内，设置有恒温槽控温液体（11），在恒温槽（101）内设置有水循环泵（12）、温度控制器（13）的热电偶温度传感器（131）和加热器（132）；

在水浴槽（102）内，设置有水浴槽控温液体（14），水浴槽（102）置于实验桌（15）上。

3.按权利要求1所述的温控式渗透仪，其特征在于：

所述的渗透装置（20）包括渗透集液瓶（21）、水头管（22）、螺旋管（23）、环形盖板（241）、紧固螺栓（242）、试样帽（25）、出水口（26）、顶部透水石（271）、底部透水石（272）、O型密封圈（28）和底座（29）；还包括第3、4、5阀门（V3、V4、V5）；

其位置和连接关系是：

压力室采用耐磨性高和刚度大的不锈钢制成，在压力室内设置有试样（00）；压力室的结构是：从上到下，环形盖板（241）、试样帽（25）、顶部透水石（271）、试样（00）、底部透水石（272）和底座29通过紧固螺栓（242）依次连接，之间并通过O型密封圈（28）密封，防止湿空气从压力室溢出；所述的底座（29）是一种金属圆块，设置有依次连通底座进水孔（291）、底座回旋槽（292）和底座出水孔（293），2个底座螺旋孔（294）均匀设置于圆块的圆周上；

渗透集液瓶（21）、水头管（22）分别通过管道及其第3阀门（V3）、第4阀门（V4）和螺旋管（23）的输入口连通，螺旋管（23）的输出口、底座进水孔（291）及底座出水孔（293）、第5阀门（V5）连通，给试样（00）提供溶液，其中螺旋管（23）增加渗流直径，使进入试样（00）的溶液温度更均匀。

4.按权利要求1所述的温控式渗透仪，其特征在于：

所述的测量装置（30）是一种数采装置，包括测量集液瓶（31）、天平（32）、数据采集系统（33）；

其位置和连接关系是：

水浴槽（102）、第2阀门（V2）和测量集液瓶（31）通过管道连通，测量集液瓶（31）置于天平（32）上，天平（32）和数据采集系统（33）连接，测量试样渗流量。