CN216117243U - 一种空间扫描岩土ct渗透变形试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，包括CT移动台、与CT移动台配合使用的CT机、设于CT移动台的基座、安装于基座的透明有机玻璃槽、分别设于透明有机玻璃槽上部和下底部的上部多孔板和下部多孔板，有机玻璃槽与上部多孔板和下部多孔板构成容纳试样的空间，所述透明有机玻璃槽中的下部多孔板以下区域形成与进水管连通的进水压力室，透明有机玻璃槽的两侧分别设置与进水压力室连通的进口段测压管和底部排气管。本实用新型体积小可移动，安装简便，在试验室可以连接供水和流量测量系统与CT机配合，能实现CT扫描状态下岩土体渗透试验，突破岩土体渗透变形试验过程中临界状态和渗透破坏现象三维透视观测的瓶颈。

Description

一种空间扫描岩土CT渗透变形试验装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程测验仪器技术领域，具体是一种空间扫描岩土CT渗透变形试验装置。

背景技术

土体或岩石软弱夹层的渗透及渗透变形特性是土的重要物理力学性质之一，是进行水利水电工程枢纽渗流控制、基础及边坡渗流稳定分析、建筑基坑渗透稳定性评价、渗流量计算、区域地下水资源管理与评价等所需要的基本参数之一。进行渗透变形试验的过程中，需要对不同水压条件下试样渗透变形特性进行观测，随着渗透比降的增加，试样可能出现临界状态，直至出现渗透破坏现象，目前试样的这种状态和现象只能通过试样表面观察，无法观测临界比降和破坏比降出现时试样内部状态特征。

现有技术其中一种技术采用渗透仪，主要由固定于地面或试验台的渗透仪或临时渗透试验槽、与渗透仪槽相连接的进水管及溢出管、供水系统及出水量测系统组成，水流从进水管不断进入渗透仪，通过溢水管溢出，利用量测系统，根据计时和量测的溢出水量，从而可以算出试样渗透渗透系数及比降。这种方法的主要不足之处在于在试验过程中，对试样渗透变形现象只能人工从试样表面观察，无法获知试样内部渗透变形情况；另外这种渗透仪均固定于地面或工作台，无法移动至CT机进行空间扫描，如拆开试验仪则试样易受扰动和破坏。

现有技术另一种方法是CT扫描状态下岩土干湿循环渗透率测量，包括密闭容器、湿度传感器、测量试样重量的托盘、湿度控制仪、CT扫描装置等；这种装置主要通过准确循环控制相对湿度的变化并实时跟踪监测记录干湿循环过程中试样的质量变化，从而计算得到试样不同含水率状态下的扩散系数，进而间接推导计算得到试样的渗透率，同时可以测量每个状态下试样的高精度三维微观结构图。该方法的不足之处在于无法直接测试试验的渗透系数，也无法进行试样的临界比降和破坏比降测试。

现有技术另一种方法是采用岩石高压或低压三轴和渗透压加载装置，对岩石进行渗流与应力试验，该装置由稳压油源，配合CT机的岩石三轴加载仪、渗透压加载和控制系统、载荷和应变控制系统等组成看，可以进行岩石渗流与应力耦合关系测试。该装置主要靠油压或气压驱动向装置内的试件施加渗透围压，该类装置重点测试渗压作用下应力应变关系，无法实现试样的渗透变形测试。

此外还有采用常规渗透仪做渗透试验并CT观测的方法，该方法是采用非金属渗透试验装置，做完渗透试验再搬到CT机上进行观测，这样需要对渗透仪供水管路进行拆除，再将渗透仪搬到CT机上观测，若试验过程中需要不同时段观测，则需重复前述动作过程，容易对已发生渗透变形的试样造成扰动。该方法的不足之处在于，渗透变形试验过程中断，搬动过程试样易受到扰动使试验结果失真，更无法实现渗透变形过程连续观测；此外，这种试验装置仅限于无压渗透试验。

因此，现有技术中，尚没有一种设备能够在测试试样渗透特性及渗透变形发生发展变化过程及其对应的空间微观结构。

综上所述，目前已有的渗透仪存在的问题主要有：

1、常规渗透仪通常是固定在一定位置或配套设备上，无法进行CT扫描条件下进行试样渗透变形测试。

2、当采用岩土干湿循环渗透率测试装置，无法进行渗透变形测试，也就不能测试试样的临界比降和破坏比降。

3、当采用岩石高压或低压三轴和渗透压加载装置，通常采用油压或气压给试件周边的水施压而形成渗压，无法进行渗透变形试验，无法开展渗透变形试验。

4、当采用常规渗透仪，无法实现对试验过程中渗透变形现象和过程进行连续观测，无法捕捉到渗透变形的临界状态特征，内部渗透破坏过程难以观测。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本实用新型提供一种能进行岩土体渗透变形全过程测试及内部微观结构观测的空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，解决了目前常见的渗透试验装置无法CT观测或不足、体积小的问题，且安装简便，可以实现不同水头作用下渗透变形试验并CT实时过程观测，填补了对岩土体渗透变形试验过程中试样临界状态和破坏比降现象发生时刻进行试样内部微观观测和记录的空白。

一种空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，包括CT移动台、与CT移动台配合使用的CT机、设于CT移动台的基座、安装于基座的透明有机玻璃槽、分别设于透明有机玻璃槽上部和下底部的上部多孔板和下部多孔板，有机玻璃槽与上部多孔板和下部多孔板构成容纳试样的空间；所述透明有机玻璃槽中的下部多孔板以下区域形成与进水管连通的进水压力室，透明有机玻璃槽的两侧分别设置与进水压力室连通的进口段测压管和底部排气管；所述透明有机玻璃槽中的上部多孔板与顶部固定盖板之间形成出水室，顶部固定盖板上设置与出水室连通的顶部排水管；所述透明有机玻璃槽的两侧分别设置与出水室的连通的溢流出水管和出口段测压管。

进一步的，所述上部多孔板和下部多孔板分别置于透明有机玻璃槽内侧上卡槽和下卡槽内。

进一步的，所述进水管上设有进水管控制阀，底部排气管上设有排气阀，顶部排水管上设有顶部排气阀。

进一步的，所述透明有机玻璃槽的顶部设有顶部固定盖板，基座通过拉杆与顶部固定盖板相连接并由拉杆紧固螺栓固定。

进一步的，所述下部多孔板上铺置尼龙纱网，试样置于尼龙纱网上。

进一步的，所述透明有机玻璃槽由多块有机玻璃板组成，竖直有机玻璃板内侧上下各刻有至少两个上卡槽和至少两个下卡槽。

进一步的，所述有机玻璃板长和宽度各22cm，高度30cm，厚度1cm。

进一步的，所述有机玻璃板长和宽度各22cm，高度30cm，厚度1cm。

本实用新型与现有技术相比，具有明显的优势，由于体积小，安装简便，通过软管连接进、出水管，可以实现渗透变形试验过程中对试样进行CT实时扫描，不会对渗透变形试验过程中的试样造成扰动，保证观测到的临界状态或破坏现象结果可靠；试验装置可进行岩土体无压和有压渗透变形试验，通过有压进水室连接的测压管和顶部溢流水管可以实现全程进水压力和溢出流量数据的量测记录。

附图说明

图1是本实用新型空间扫描岩土CT渗透变形试验装置其中一个实施例的结构示意图；

图2是图1中B部分放大示意图；

图3是图1中C部分放大示意图；

图4是图1中上部多孔板的结构示意图；

图5是图1中下部多孔板的结构示意图。

图中：1－透明有机玻璃槽；2－拉杆；3－上部多孔板；4－下部多孔板；5－有压进水室；6－基座；7－顶部固定盖板；8－进口段测压孔；9－进水管；10－进水管控制阀；11－底部排气管；12－底部排气阀；13－溢流出水管；14－出口段测压管；15－顶部排气管；16－顶部排气阀；17－尼龙纱网；18－试样；19－拉杆紧固螺栓；20－上卡槽；21－下卡槽；22－CT移动台；23－CT机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1，本实用新型实施例提供一种空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，包括CT移动台22、与CT移动台22配合使用的CT机23、设于CT移动台22的基座6、安装于基座6的透明有机玻璃槽1、与透明有机玻璃槽1连通的进水管9和溢流出水管13、分别设于透明有机玻璃槽1上部和下底部的上部多孔板3和下部多孔板4，上部多孔板3和下部多孔板4分别置于透明有机玻璃槽1内侧上卡槽20和下卡槽21内构成容纳试样18的空间。下部多孔板4上可铺置尼龙纱网17(80目)，试样18置于尼龙纱网17上。如图4和图5所示，上部多孔板3是超大孔板，下部多孔板4是密集小孔板。

所述透明有机玻璃槽1中的下部多孔板4以下区域形成与进水管9连通的进水压力室5，进水管9上设有进水管控制阀10，透明有机玻璃槽1的两侧分别设置与进水压力室5连通的进口段测压管8和底部排气管11，底部排气管11上设有排气阀2。

所述透明有机玻璃槽1中的上部多孔板3与顶部固定盖板7之间形成出水室，顶部固定盖板7上设置与出水室连通的顶部排水管15，顶部排水管15上设有顶部排气阀16；所述透明有机玻璃槽1的两侧分别设置与出水室的连通的溢流出水管13和出口段测压管14。

所述透明有机玻璃槽1的顶部设有顶部固定盖板7，透明有机玻璃槽1安放于基座6上，并通过拉杆2与顶部固定盖板7相连接并由拉杆紧固螺栓19固定。所述顶部固定盖板7与基座6、拉杆2及拉杆紧固螺栓19形成试验装置的紧固系统，保证透明有机玻璃槽1在试验过程中稳定的同时不漏水。

所述透明有机玻璃槽1是核心部件，在其中一个实施例中，所述透明有机玻璃槽1由多块厚度1cm的有机玻璃板组成，长和宽度各22cm，高度30cm，竖直有机玻璃板内侧上下各刻有间隔为1cm的三排上卡槽20和下卡槽21(如图2和图3所示)，卡槽深度0.3cm，内侧上部多孔板3和下部多孔板4分别固定于上卡槽20和下卡槽21内，构成空间用以装载试样7；上部多孔板3和下部多孔板4厚度为0.5cm，透明有机玻璃槽1内空间高度可根据需要结合多孔板在卡槽中的位置设置。

所述部多孔板3和下部多孔板4至顶部固定盖板7和基座6各4.5cm，透明有机玻璃槽1与上部多孔板3和下部多孔板4形成试样装载空间。透明有机玻璃槽1的底部安装有基座6，所述进水管9穿过基座6进入有压进水室5，所述底部排气管11和排气阀12安装于有压进水室5顶部一侧，另一侧设置有进口段测压管8，下部多孔板4设置于有压进水室的上方大约4.5cm的位置。

所述溢流出水管3设置于上部多孔板3上部1cm高度位置，在溢流管3和多孔板3之间形成1cm水深，另一侧为顶部测压管4。

所述透明有机玻璃槽1及其紧固系统整体置于CT移动台20上。

本实用新型实施例还提供一种空间扫描岩土CT渗透变形试验方法，其采用上述试验装置进行，所述方法包括如下步骤：

将试样18安装于透明有机玻璃槽1内的下部多孔板后，在有机玻璃槽1顶部安装上部多孔板3，若是无压渗透试验则取消上部多孔板3，盖好顶部固定盖板7并用拉杆2和拉杆紧固螺栓1与9基座紧固；

打开底部排气阀12，再打开进水管控制阀10，让外部水源平稳地通过进水管9进入有压进水室5内，水将有压进水室5内的气体经底部排气管11排出，直到有压进水室5内气体排空，关闭底部排气阀12，此时根据试验需要进行试验浸润饱和，浸润阶段有压进水室5内水压保持26cm。

进行渗透试验，所述渗透试验包括两种试验模式，分别是无压渗透试验和有压渗透试验，具体如下：

试验模式一：无压渗透试验，浸润饱和后稍加压1cm直到溢流出水管13出水，渗透试验即可开始，根据试样情况逐级增加水压力，直至试样18发生临界比降和破坏现象，水压流量全程记录同时通过CT机23进行CT监测试样状态。该试验模式下取消上部多孔板3，试样相当于顶部临空状态，随着水压逐级递增，试样渗透破坏持续发生和发展，破坏土体细颗粒经溢流管逸出，经过不同时段溢流出水管13水量和泥沙量流失统计，结合CT扫描可以量化分析和揭示试样渗透破坏全过程。

试验模式二：有压渗透试验，在试样浸润饱和完成开始试验前需将顶部排气阀16打开，直到顶部气体排空，即可关闭顶部排气阀16，然后开始试验并记录，根据试样情况逐级增加水压力，观测出口段测压管14的水压和溢流出水管13的渗流量，并同时进行CT实时监测渗透变形试验。该试验模式下需安装上部多孔板3用于固定试样。

试样CT扫描过程中，CT切片轴向方向为图1中A-A线相垂直方向。

利用水压和流量测量数据，根据公式K＝QL/AHt计算渗透系数，i＝H₁-H₂/L计算渗透比降，其中Q为时间t秒内的渗出水量(cm³)，L为两侧压管中心的距离(cm)，A为试样的断面积(cm²)，H为平均水位差，t为时间(s)。

利用J-V曲线判断临界比降和破坏比降大小，根据CT观测结果判断临界比降和破坏现象发生时试样内部微观结构特征。

试验结束后，关闭进水管控制阀10，慢慢放空装置内的水。

本实用新型充分利用了达西定律，透明有机玻璃槽1为主体的渗透仪，在试验室可以通过软管连接供水和流量测量系统与CT机23配合，能实现CT扫描状态下岩土体全过程渗透试验，突破岩土体渗透变形试验过程中试样临界状态和渗透破坏现象三维透视观测的瓶颈；岩土CT渗透变形试验装置主体部分全部采用透明有机材料，保证CT扫描效果可靠，观察清晰；装置顶部采用超大孔的上部多孔板3，仅起固定试验作用，或可不安装上部多孔板3，实现试样顶部临空，结合流失的颗粒量化统计和CT扫描，揭示试样渗透破坏渐变全过程；通过有压进水室连接的测压管和顶部溢流水管可以实现全程进水压力和溢出流量数据的量测记录。

与现有技术相比，本实用新型具有明显的优势，由于体积小，安装简便，通过软管连接进、出水管，可以实现试验过程中对试样进行CT实时扫描，不会对渗透变形试验过程中的试样造成扰动，保证观测到试样的临界状态或破坏现象结果可靠；试验装置可进行岩土体无压和有压渗透变形试验，揭示试样渗透破坏渐变全过程，透明有机玻璃槽1采用透明有机玻璃材质，也可清晰观察试样与渗透仪边壁接触情况。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，其特征在于：包括CT移动台、与CT移动台配合使用的CT机、设于CT移动台的基座、安装于基座的透明有机玻璃槽、分别设于透明有机玻璃槽上部和下底部的上部多孔板和下部多孔板，有机玻璃槽与上部多孔板和下部多孔板构成容纳试样的空间；所述透明有机玻璃槽中的下部多孔板以下区域形成与进水管连通的进水压力室，透明有机玻璃槽的两侧分别设置与进水压力室连通的进口段测压管和底部排气管；所述透明有机玻璃槽中的上部多孔板与顶部固定盖板之间形成出水室，顶部固定盖板上设置与出水室连通的顶部排水管；所述透明有机玻璃槽的两侧分别设置与出水室的连通的溢流出水管和出口段测压管。

2.如权利要求1所述的空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，其特征在于：所述上部多孔板和下部多孔板分别置于透明有机玻璃槽内侧上卡槽和下卡槽内。

3.如权利要求1所述的空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，其特征在于：所述进水管上设有进水管控制阀，底部排气管上设有排气阀，顶部排水管上设有顶部排气阀。

4.如权利要求1所述的空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，其特征在于：所述透明有机玻璃槽的顶部设有顶部固定盖板，基座通过拉杆与顶部固定盖板相连接并由拉杆紧固螺栓固定。

5.如权利要求1所述的空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，其特征在于：所述下部多孔板上铺置尼龙纱网，试样置于尼龙纱网上。

6.如权利要求1所述的空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，其特征在于：所述透明有机玻璃槽由多块有机玻璃板组成，竖直有机玻璃板内侧上下各刻有至少两个上卡槽和至少两个下卡槽。

7.如权利要求6所述的空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，其特征在于：所述有机玻璃板长和宽度各22cm，高度30cm，厚度1cm。

8.如权利要求6所述的空间扫描岩土CT渗透变形试验装置，其特征在于：所述上卡槽和下卡槽间隔为1cm，卡槽深度0.3cm，部多孔板和下部多孔板厚度为0.5cm。

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