CN211856276U - 一种新型全自动温控固结渗透交叉试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型全自动温控固结渗透交叉试验装置，包括渗透固结仪、渗透固结仪变温装置、可调节水箱温度控制装置、防水压力传感器、百分表、加载装置、砝码盘、孔压传感器、U形管、摄像头和计算机。渗透固结仪由底座、中空环形套筒、密封橡胶圈、渗透固结仪上盖、气缸活塞、密封橡胶套和传力杆构成。本装置实现了土样在不同温度条件下，固结过程中竖向变形、竖向压力、底部孔压和排水量的自动化测量，并且实现了土样在不同的温度条件下，达到要求的固结程度后，直接对土样进行渗透试验，避免了土样的再次扰动，提高试验结果的可借鉴性，该装置制作简单、操作方便、成本低，且试验结果较好。

Description

一种新型全自动温控固结渗透交叉试验装置

技术领域

本实用新型涉及土工试验研究领域，特别涉及一种新型全自动温控固结渗透交叉试验装置。

背景技术

在进行基础工程施工时，地基或路基常常出现较大的沉降。为了研究及控制地基或路基的沉降，需要对土体在不同温度下的固结特性和渗透特性进行试验研究。在历史研究过程中，我们由一开始的使用固结仪进行固结试验，研究土体的固结特性，使用渗透仪进行渗透试验来研究土体的渗透特性，逐渐改进至甚至使用渗透固结仪研究土体在不同固结压力作用下的渗透性能，但纵观历史研究，我们未考虑到温度对土体的渗透固结方面的影响。但在实际工程中，温度往往对建筑物地基沉降也起到至关重要的影响。因此为了研究不同温度下土体的渗透固结情况，亟待对现有装置进行改进。

实用新型内容

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，提供了一种新型全自动温控固结渗透交叉试验装置。

本实用新型提供的新型全自动温控固结渗透交叉试验装置，主要包括渗透固结仪、渗透固结仪变温装置、可调节水箱温度控制装置、防水压力传感器、百分表、加载装置、砝码盘、孔压传感器、U形管、摄像头和计算机。渗透固结仪由底座、中空环形套筒、密封橡胶圈、渗透固结仪上盖、气缸活塞、密封橡胶套和传力杆构成，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，试样帽上部设有凹槽和透水孔；传力杆底部设有防水压力传感器，传力杆底部与试样帽上部凹槽相吻合,渗透固结仪变温装置由中空环形铜套环、电源加热系统与电脑相连接构成，该中空环形铜套环内部大小与该渗透固结仪内部中空环形套筒(23)尺寸相吻合，实验时可通过电脑调节中空环形铜套环实现温度变化。可调节水箱温度控制装置由电子温控水箱构成，该电子温控水箱与电脑相连。实验时可通过电脑控制电子温控水箱内水温。百分表、防水压力传感器、孔压传感器与计算机相连，通过计算机中数据采集系统进行数据自动采集。加载采用直接加压法，将重物置于传力杆顶部的天平，通过传力杆借助试样帽将力传递至土样，使其固结；固结完成后，进行渗透试验，通过操作阀门，利用动水头、孔压传感器、摄像头，通过计算机进行计算，得出土样渗透系数。

优选地，所述渗透固结仪的电子温控水箱由两部分构成，中间由光滑的玻璃板隔开，玻璃板上设置调节两部分液面高度的第五阀门,玻璃板后侧的腔室为第一腔室且通过第一管路穿过底座与中空循环水箱连通,第一管路上设置第三阀门,玻璃板前侧的腔室为第二腔室且通过第二管路穿过底座与下透水石连通,第二管路上设置第四阀门。

优选地，所述渗透固结仪的加压装置中的传力杆杆端为U型杆端，且该U 型杆端至上方3cm处为加大圆形结构。

优选地，排水孔与U形管相连，摄像头置于U形管后方，且摄像头与计算机相连。

优选地，所述密封橡胶圈包括上密封橡胶圈和下密封橡胶圈。

优选地，所述渗透固结仪的电子温控水箱由两部分构成，通过调节阀门，可实现电子温控水箱内水流一部分用以实现保温作用的水循环，另一部分用以变水头作用下，预定温度的土体的渗透实验的测定。

优选地，所述渗透固结仪的电子温控水箱由两部分构成，实验开始前，通过电脑调节设定温度，可精确实现用于渗透作用的变水头水温与该渗透固结仪温度、实验土体温度完全相同，减少实验误差。

优选地，所述渗透固结仪的加压装置采用直接加压法，压力通过传力杆传至实验土体，该传力杆下端与土体接触方为U型杆端，且对该U型杆端至上方 3cm处为加大圆形结构，以保证上部压力均匀传递至实验土体，防止产生压力传递不平衡情况的产生。

优选地，所述仪器上的排水孔与U形管相连，摄像头置于U形管后方，且摄像头与计算机相连，通过计算机数据采集系统对每个时刻U形管中水的流量进行测量记录，用于不同温度下土体渗透力的计算。

附图说明

图1本实用新型的结构示意图。

图2渗透固结仪横断面示意图。

图3渗透固结仪传力杆U型端示意图。

图4渗透固结仪传力杆U型端俯瞰示意图。

图中标识：1-底座；2-相应螺钉；3-上密封橡胶圈；3a-下密封橡胶圈；4- 上透水石；4a-下透水石；5-上滤纸；5a-下滤纸；6-土样；7-中空环形铜套环；8-阀门；9-百分表支撑杆；10-百分表固定杆；11-百分表；12-砝码盘；13-传力杆；14- 防水压力传感器；15-密封橡胶套；16-气缸活塞；17-橡胶塞；18-试样帽透水孔； 19-渗透固结仪上排水孔；20-U形管；21-摄像头支撑杆；22-摄像头；23-中空环形套筒；25-孔压传感器；26-中空循环水箱。

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。

定义图1的左侧为前方，右侧为后方。

实施例1

该实施例以40毫米饱和重塑黏性土样在不同温度下的渗透试验为例，试验装置参见图1-图4。主要包括渗透固结仪、渗透固结仪变温装置、可调节水箱温度控制装置、防水压力传感器14、百分表11、加载装置、砝码盘12、孔压传感器25、U形管20、摄像头22和计算机。渗透固结仪由底座1、中空环形套筒23、密封橡胶圈、渗透固结仪上盖、气缸活塞16、密封橡胶套15和传力杆13构成，密封橡胶圈包括上密封橡胶圈3和下密封橡胶圈3a，传力杆杆端为U型杆端，且该U型杆端至上方3cm处为加大圆形结构，渗透固结仪的内部由下至上依次为下透水石4a、下滤纸5a、土样6、上滤纸5、上透水石4和试样帽，试样帽上部设有凹槽和透水孔18；传力杆13底部设有防水压力传感器14，传力杆13底部与试样帽上部凹槽相吻合。渗透固结仪变温装置由中空环形铜套环7、电源加热系统与电脑相连接构成，

该中空环形铜套环7内部大小与该渗透固结仪内部中空环形套筒23尺寸相吻合，实验时可通过电脑调节中空环形铜套环温度实现温度变化。可调节水箱温度控制装置由电子温控水箱构成，该电子温控水箱与电脑相连。渗透固结仪的电子温控水箱由两部分构成，中间由光滑玻璃板隔开，形成第一腔室24a和第二腔室24b，第一腔室24内的水头为常水头,第二腔室24b内的水头为变水头,玻璃板上设置第五阀门8e，用于调节两腔室的液面高度，玻璃板后侧的腔室为第一腔室24a且通过第一管路穿过底座1与中空循环水箱26连通,第一管路上设置第三阀门8c,玻璃板前侧的腔室为第二腔室24b且通过第二管路穿过底座1与下透水石4a连通,第二管路上设置第四阀门8d。排水孔19与U形管20相连，摄像头22置于U形管20后方，且摄像头22与计算机相连。实验时可通过电脑控制电子温控水箱内水温。百分表11、防水压力传感器14、孔压传感器25与计算机相连，通过计算机中数据采集系统进行数据自动采集。进行渗透试验时，通过操作阀门，利用变水头、孔压传感器25、摄像头22，经过计算机中数据采集系统采集每个时刻对应排出水的质量，进而计算得出土样的渗透系数。

试验过程如下：

步骤1:准备1个40毫米的不锈钢中空形环刀，内表面涂抹一层凡士林；

步骤2:用准备好的环刀取土样6，然后在饱和桶中抽气饱和，先抽气1个小时，然后注一定温度水浸泡24小时后取出；

步骤3:在中空环形套筒内壁涂一层凡士林，将上、下密封橡胶圈分别放入中空环形套筒上、下密封橡胶圈固定槽，拧紧螺钉2a保证该底座1与中空环形套筒23密闭连接，在中空环形套筒23底部依次放入尺寸与该中空环形套筒23 相吻合的下透水石4a和下滤纸5a，然后向中空环形套筒23中注满蒸馏水，将带有土样6的环刀对准中空环形套筒23口，关闭第一阀门8a，打开第二阀门8b，使土样6自由滑入中空环形套筒23内，中空环形套筒23内部空气将会被挤出，土样6到达中空环形套筒23底部后打开第一阀门8a，关闭第二阀门8b，在土样 6上表面依次放入上滤纸5和直径中空环形上透水石4及试样帽；

步骤4：将渗透固结仪上盖置于中空环形套筒23上，拧紧相应螺钉2，套好相应橡胶套，使整个仪器密闭；

步骤5：根据实验要求设定试验温度。通过电脑输入，打开加热电源，等待至计算机显示该电子温控水箱内水温以及该温控固结仪的中空环形铜套环7达到预定温度，打开第三阀门8c，使该电子温控水箱内水循环流通至该仪器内部中空循环水箱26，等待5分钟，使该土体试样6达到预定温度；

步骤6:打开第四阀门8d，使该电子温控水箱内具有一定温度的水流入试验土样，直至有水流入U形管关闭第四阀门8d，打开第五阀门8e，调整电子温控水箱中第一腔室24a和第二腔室24b内水头高度；

步骤7:安装百分表11、孔压传感器25，摄像头22，通过计算机数据采集系统，对百分表11、孔压传感器25、防水压力传感器14进行调试，调试完毕后开始进行渗透试验；

步骤8:打开第四阀门8d，通过子温控水箱的第二腔室24b,将与土体温度相同的水通过该渗透固结仪下排水孔注入土样6中，进行渗透试验，通过孔压传感器25得出此时的渗透压力，水流经过土样6，通过渗透固结仪上排水孔，流入U 形管20，摄像头22采集U形管20读数变化，反馈到电脑，通过计算机进行计算，进而得到土样6的渗透系数；

步骤9：重复上述1-8步骤，改变试验温度，得出不同温度条件下，土体渗透的性能的变化情况。

实施例2(变温固结试验)

该实施例以40毫米饱和重塑黏性土样在不同温度下的渗透固结试验为例，试验装置参见图1-图4。主要包括渗透固结仪、渗透固结仪变温装置、可调节水箱温度控制装置、防水压力传感器14、百分表11、砝码盘12、孔压传感器25、 U形管20、摄像头22和计算机。渗透固结仪由底座1、中空环形套筒23、密封橡胶圈、气缸活塞16、密封橡胶套15和传力杆13构成，其内部由下至上依次为下透水石4a、下滤纸5a、土样6、上滤纸5、上透水石4和试样帽，试样帽上部设有凹槽和透水孔18；传力杆13底部设有防水压力传感器14，传力杆13底部与试样帽上部凹槽相吻合。渗透固结仪变温装置由中空环形铜套环7制成，中空环形铜套环7与电源、电脑连接，该中空环形铜套环7尺寸与中空环形套筒23尺寸相吻合，实验时可通过电脑调节中空环形铜套环7温度实现温度变化。可调节水箱温度控制装置采用电子温控水箱，与计算机相连接，由两部分构成，实验时可通过电脑控制电子温控水箱内水温。百分表11、防水压力传感器14、孔压传感器25与计算机相连，通过计算机中数据采集系统进行数据自动采集。加载采用直接加压法，将重物置于传力杆13顶部的天平，通过传力杆13借助试样帽将力传递至土样，使其固结；固结完成后，进行渗透试验，通过操作阀门，利用动水头、孔压传感器25、摄像头22，经过计算机中数据采集系统采集每个时刻对应排出水的质量，进而计算得出土样的渗透系数。

步骤1:准备1个40毫米的不锈钢中空形环刀，内表面涂抹一层凡士林；

步骤2:用准备好的环刀取土样6，然后在饱和桶中抽气饱和，先抽气1个小时，然后注一定温度水浸泡24小时后取出；

步骤3:在中空环形套筒内壁涂一层凡士林，将上、下密封橡胶圈分别放入中空环形套筒上、下密封橡胶圈固定槽，拧紧螺钉2a保证该底座1与中空环形套筒 23密闭连接，在中空环形套筒23底部依次放入尺寸与该中空环形套筒23相吻合的下透水石4a和下滤纸5a，然后向中空环形套筒23中注满蒸馏水，将带有土样6的环刀对准中空环形套筒23口，关闭第一阀门8a，打开第二阀门8b，使土样6自由滑入中空环形套筒23内，中空环形套筒23内部空气将会被挤出，土样6到达中空环形套筒23底部后打开阀门11，关闭阀门15，在土样6上表面依次放入上滤纸5和直径中空环形上透水石4及试样帽；

步骤4：将渗透固结仪上盖置于中空环形套筒23上，拧紧相应螺钉2，套好相应橡胶套，使整个仪器密闭；

步骤5：根据实验要求设定试验温度。通过电脑输入，打开加热电源，等待至计算机显示该电子温控水箱内水温以及该温控固结仪中空环形铜套环7达到预定温度，打开第三阀门8c，使该电子温控水箱内水循环流通至该仪器内部中空循环水箱26，等待5分钟，使该土体试样6达到预定温度；

步骤6:打开第四阀门8d，使该电子温控水箱内具有一定温度的水流入试验土样，直至有水流入U形管关闭第四阀门8d，打开第五阀门8e，调衡电子温控水箱第一腔室24a和第二腔室24b内水头高度；

步骤7:安装百分表11、孔压传感器25，摄像头22，通过计算机数据采集系统，对百分表11、孔压传感器25、防水压力传感器14进行调试，调试完毕后开始加载，以加载100KP为例；

步骤8:通过百分表11读数便可得到土样的固结参数，通过孔压传感器25可以得到土样底部孔压消散情况，通过防水压力传感器14可以得到土样竖向压力，经过一定时间孔压传感器25的读数小于孔压初始值的1％时，这时认为土样6已经固结完成；

步骤9：重复上述1-8步骤，改变试验温度，得出不同温度条件下，土体固结性能的变化情况。

Claims (5)

1.一种新型全自动温控固结渗透交叉试验装置，包括渗透固结仪、渗透固结仪变温装置、可调节水箱温度控制装置、防水压力传感器(14)、百分表(11)、加载装置、砝码盘(12)、孔压传感器(25)、U形管(20)、摄像头(22)和计算机,其特征在于：渗透固结仪由底座(1)、中空环形套筒(23)、密封橡胶圈、渗透固结仪上盖、气缸活塞(16)、密封橡胶套(15)和传力杆(13)构成，其内部由下至上依次为下透水石(4a)、下滤纸(5a)、土样(6)、上滤纸(5)、上透水石(4)和试样帽，试样帽上部设有凹槽和透水孔(18)；传力杆底部设有防水压力传感器(14)，传力杆底部与试样帽上部凹槽相吻合；渗透固结仪变温装置由中空环形铜套环(7)、电源加热系统与电脑相连接构成，该中空环形铜套环内部大小与该渗透固结仪内部中空环形套筒(23)尺寸相吻合，可调节水箱温度控制装置由电子温控水箱构成，该电子温控水箱与电脑相连。

2.如权利要求1所述的新型全自动温控固结渗透交叉试验装置，其特征在于：所述渗透固结仪的电子温控水箱由两部分构成，中间由光滑的玻璃板隔开，玻璃板上设置调节两部分液面高度的第五阀门(8e),玻璃板后侧的腔室为第一腔室(24a)且通过第一管路穿过底座(1)与中空循环水箱(26)连通,第一管路上设置第三阀门(8c),玻璃板前侧的腔室为第二腔室(24b)且通过第二管路穿过底座(1)与下透水石(4a)连通,第二管路上设置第四阀门(8d)。

3.如权利要求1所述的新型全自动温控固结渗透交叉试验装置，其特征在于：所述渗透固结仪的加压装置中的传力杆杆端为U型杆端，且该U型杆端至上方3cm处为加大圆形结构。

4.如权利要求1所述的新型全自动温控固结渗透交叉试验装置，其特征在于：排水孔(19)与U形管(20)相连，摄像头(22)置于U形管(20)后方，且摄像头(22)与计算机相连。

5.如权利要求1所述的新型全自动温控固结渗透交叉试验装置，其特征在于：所述密封橡胶圈包括上密封橡胶圈(3)和下密封橡胶圈(3a)。

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