CN221631255U - 三轴渗透试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于岩土工程技术领域，涉及一种三轴渗透试验装置。还包括位于压力室之外的量水装置，量水装置包括基座、量水管和套筒，量水管和套筒均竖向安装于基座上；量水管位于套筒之内，量水管的顶端低于套筒的顶端，量水管的顶端具有开口、且与套筒的内腔相连通；渗水管道位于压力室内的一端穿过加压帽设置，且与试样本体的顶部相邻；套筒内侧壁与量水管外侧壁之间具有安装空腔，渗水管道位于底座之外的另一端穿过基座设置、且位于安装空腔的底部。用于低渗透性土体试样的渗透系数测定试验，使试验结果更加精确。

Description

三轴渗透试验装置

技术领域

本实用新型属于岩土工程技术领域，具体涉及一种三轴渗透试验装置。

背景技术

在岩土工程中，土力学需要研究的问题主要分为两类：变形问题和稳定问题，土体的渗透特性对于土体的变形和稳定至关重要，三轴渗透试验装置已被普遍用于研究土体的渗透特性。

授权公告号为CN101603913B的中国专利文献公开了一种水泥土渗透系数测定装置及其测定方法。其包括上盖及底座，上盖、底座之间连接一个密封罩形成压力室，上盖中部设置一根压力轴伸入压力室，在压力轴端部连接一个固定水泥土试样的压盖，底座内一侧设置一根反压进水管以及相连的压力泵，反压进水管的另一端通入底座中部设置的凸起并与压力室相通。底座内另一侧设置一根围压进水管和一根渗水管，围压进水管一端与压力室相通，渗水管向上穿过压力室与压盖相连并于其下端面相通。上述方案具有以下优点：水泥土试样侧壁采用橡皮膜这种柔性止水方式，解决了水泥土试样侧壁的密封止水问题；通过对试样施加反压力，实时控制试样的水头差大小，缩短试验所需时间。

但是仍存在以下问题：

第一，对于如渗透性低于1×10^-5cm/s的低渗透性试样，试样通过反压力饱和时间较长，并且在重塑土制样的过程中，试样在制样器中往往需要分四层制样，每层之间容易出现分层的现象，不符合现场实际情况。

第二，在渗透试验开始前需要使量管水头与试样顶部保持平齐，但是常见的三轴仪是通过手动对齐的方式将量管水头与试样顶部对齐，对齐的高度容易出现误差。

第三，在渗透的过程中，设置的渗透压力是固定的，当渗透试验开始后，量管中的水头不断升高，会与施加的渗透压力产生抵消作用，导致试验过程中通过试样的渗透压力不断减小，影响试验结果产生误差。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种使试验结果更加精确的三轴渗透试验装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：三轴渗透试验装置，包括底座，以及竖向且密封安装于所述底座上的密封筒；所述密封筒的上端开口处密封安装有上盖；所述底座、密封筒和上盖形成压力室；所述上盖上开设有与所述压力室相连通的排气孔，所述上盖上安装有用于封堵所述排气孔的堵头；

所述底座的凸台上放置有位于所述压力室内部的试样本体；所述上盖上安装有竖向设置的塞杆，所述塞杆伸入所述压力室内、其下端设置有用于固定所述试样本体的加压帽；

还包括穿过所述底座设置的反压进水管道、围压进水管道和渗水管道；

所述反压进水管道的出水口与所述试样本体的底部相邻；所述反压进水管道和围压进水管道均与所述压力室相连通；所述反压进水管道和围压进水管道位于所述压力室之外的一端均连接有液体加压装置；

还包括位于所述压力室之外的量水装置，所述量水装置包括基座、量水管和套筒，所述量水管和套筒均竖向安装于所述基座上；所述量水管位于所述套筒之内，所述量水管的顶端低于所述套筒的顶端，所述量水管的顶端具有开口、且与所述套筒的内腔相连通；

所述渗水管道位于所述压力室内的一端穿过所述加压帽设置，且与所述试样本体的顶部相邻；所述套筒内侧壁与量水管外侧壁之间具有安装空腔，所述渗水管道位于所述底座之外的另一端穿过所述基座设置、且位于所述安装空腔的底部。

进一步的，还包括位于所述底座上方的安装环，所述安装环与底座通过连接螺栓相连；

所述安装环的上表面开设有与所述密封筒相适配的环形凹槽，所述密封筒的下端安装于所述环形凹槽中、且与所述安装环密封连接，所述密封筒的内腔与所述安装环的中部通孔同轴布置、且相连通；

所述底座上的凸台位于所述安装环的中部通孔中。

进一步的，还包括位于所述压力室之外的竖杆，所述竖杆的上端与所述上盖相连，所述竖杆的下端与所述安装环相连；多根所述竖杆沿所述密封筒的周向均布。

进一步的，所述塞杆的上端与所述上盖固定连接。

进一步的，所述渗水管道上安装有第一闸阀，所述第一闸阀位于所述底座和基座之间。

进一步的，所述量水管的底部设置有与其自身内腔相连通的排水管道，所述排水管道穿过所述基座布置；

所述排水管道上安装有位于所述基座之外的第二闸阀。

进一步的，所述量水管和套筒均为玻璃制品。

进一步的，所述量水管的顶端与所述试样本体中的样品的上表面相齐平。

进一步的，所述底座、安装环、基座、上盖、堵头、塞杆、竖杆和连接螺栓均为铁制品。

进一步的，所述试样本体中的样品的厚度为2cm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种使试验结果更加精确的三轴渗透试验装置。通过反压进水管道向试样本体通水，水从下至上渗透试样，再通过渗水管道流入至套筒内侧壁与量水管外侧壁之间的安装空腔中，安装空腔中的水不断升高，达到量水管的顶端开口时流入至量水管中，此时安装空腔中的水头高度保持不变，而量水管中的水不断升高，避免水头升高对渗透压力的抵消作用，使获得的数据更加准确。无需手动调整量水管的水头高度，避免手动调整量水管的水头高度而产生的误差。将试样的厚度设置为2cm，避免分层制作试样，使试样更为贴合现场实际土体情况的同时，便于控制压实度，还能节约试样的制样时间。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

附图标记：1-底座；101-凸台；2-密封筒；3-上盖；301-堵头；4-试样本体；401-试样；402-透水石层；5-塞杆；6-加压帽；7-反压进水管道；8-围压进水管道；9-渗水管道；901-引流管；902-第一引流通道；903-连接管；904-第二引流通道；10-量水装置；1001-基座；1002-套筒；1003-量水管；1004-安装空腔；11-第一闸阀；12-排水管道；1201-第三引流通道；1202-外接管；13-第二闸阀；14-竖杆；15-安装环；16-连接螺栓；17-压力室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

三轴渗透试验装置，包括底座1，以及竖向且密封安装于所述底座1上的密封筒2；所述密封筒2的上端开口处密封安装有上盖3；所述底座1、密封筒2和上盖3形成压力室17；所述上盖3上开设有与所述压力室17相连通的排气孔，所述上盖3上安装有用于封堵所述排气孔的堵头301；所述底座1的凸台101上放置有位于所述压力室17内部的试样本体4；所述上盖3上安装有竖向设置的塞杆5，所述塞杆5伸入所述压力室17内、其下端设置有用于固定所述试样本体4的加压帽6；还包括穿过所述底座1设置的反压进水管道7、围压进水管道8和渗水管道9；所述反压进水管道7的出水口与所述试样本体4的底部相邻；所述反压进水管道7和围压进水管道8均与所述压力室17相连通；所述反压进水管道7和围压进水管道8位于所述压力室17之外的一端均连接有液体加压装置；还包括位于所述压力室17之外的量水装置10，所述量水装置10包括基座1001、量水管1003和套筒1002，所述量水管1003和套筒1002均竖向安装于所述基座1001上；所述量水管1003位于所述套筒1002之内，所述量水管1003的顶端低于所述套筒1002的顶端，所述量水管1003的顶端具有开口、且与所述套筒1002的内腔相连通；所述渗水管道9位于所述压力室17内的一端穿过所述加压帽6设置，且与所述试样本体4的顶部相邻；所述套筒1002内侧壁与量水管1003外侧壁之间具有安装空腔1004，所述渗水管道9位于所述底座1之外的另一端穿过所述基座1001设置、且位于所述安装空腔1004的底部。

现有的，试样本体4包括试样401，以及设置于试样401上下两端的透水石层402。试样本体4的外周套设有橡皮膜，将橡皮膜的上端包裹至加压帽6的顶端，再使用橡皮条绕加压帽6绑扎。将橡皮膜的下端包裹至底座1上凸台101底部，再使用橡皮条绕凸台101绑扎。使试样401置于密闭环境，试样401为待测土体。

密封筒2的下端可以直接与底座1密封连接，密封筒2的上端与上盖3密封连接，以形成压力室17。反压进水管道7的出水口位于凸台101的上表面，试样本体4位于底座1的凸台101上、且放在反压进水管道7的出水口处，将加压帽6放置于试样本体4中位于试样401上部的透水石层402上，通过塞杆5与加压帽6的配合，将试样本体4固定在凸台101上。加压帽6与塞杆5的下端可以相连，也可以在加压帽6的顶部中心处设置向下凹陷的凹槽，使塞杆5的下端伸入凹槽中并抵接。渗水管道9与试样本体4中位于试样401上部的透水石层402相邻的一端作为进水端，另一端作为出水端。渗水管道9的出水端位于基座1001的上表面、且位于安装空腔1004的底部，渗水管道9与安装空腔1004相连通。取下堵头301打开排气孔，通过围压进水管道8向压力室17内通水，等压力室17内水充满时，使用堵头301封堵排气孔，通过与围压进水管道8相连接的液体加压装置加压至设定围压值后稳定围压保持不变。通过反压进水管道7向试样本体4通水，水从下至上渗透试样401，再通过渗水管道9流入至套筒1002内侧壁与量水管1003外侧壁之间的安装空腔1004中，安装空腔1004中的水不断升高，达到量水管1003的顶端开口时流入至量水管1003中，此时安装空腔1004中的水头高度保持不变，而量水管1003中的水不断升高，避免水头升高对渗透压力的抵消作用，使获得的数据更加准确。每间隔一段时间△t读取量水管1003中的读数，根据达西定理，通过现有的计算公式计算试样401的渗透系数。

优选的，所述底座1与凸台101为一体成型的整体结构。

底座1上可以开设与密封筒2相适配的环形凹槽，密封筒2的下端安装于环形凹槽中，密封筒2的下端与环形凹槽的内壁通过橡胶圈密封。优选的，还包括位于所述底座1上方的安装环15，所述安装环15与底座1通过连接螺栓16相连；所述安装环15的上表面开设有与所述密封筒2相适配的环形凹槽，所述密封筒2的下端安装于所述环形凹槽中、且与所述安装环15密封连接，所述密封筒2的内腔与所述安装环15的中部通孔同轴布置、且相连通；所述底座1上的凸台101位于所述安装环15的中部通孔中。

作为进一步的优选，安装环15的下表面与底座1的上表面之间设置有与安装环15同轴布置的环形密封垫，密封筒2的下端与安装环15上环形凹槽的内壁通过橡胶圈密封。

优选的，还包括位于所述压力室17之外的竖杆14，所述竖杆14的上端与所述上盖3相连，所述竖杆14的下端与所述安装环15相连；多根所述竖杆14沿所述密封筒2的周向均布。通过竖杆14固定上盖3、安装环15和密封筒2，优选为六根。具体的，竖杆14的上端与上盖3通过螺栓相连，竖杆14的下端与安装环15通过螺纹结构相连。螺纹结构包括设置于竖杆14下端的螺纹连接段，以及开设于安装环15上的螺纹孔。

塞杆5可以竖向穿过上盖3、且与上盖3滑动连接，此时，塞杆5的顶部连接有对塞杆5施加向下压力的加压装置，但是塞杆5与上盖3的滑动连接处容易渗水。优选的，所述塞杆5的上端与所述上盖3固定连接。具体是通过螺栓、卡扣卡槽等固定连接。能避免塞杆5与上盖3连接处渗水的问题。

优选的，所述渗水管道9上安装有第一闸阀11，所述第一闸阀11位于所述底座1和基座1001之间。通过第一闸阀11控制渗水管道9的通断。

优选的，渗水管道9包括相连通的引流管901、第一引流通道902、连接管903和第二引流通道904；第一引流通道902贯穿底座1设置，第一引流通道902的入水口位于底座1的上表面、且位于压力室17的底部，第一引流通道902的出水口位于底座1的侧面、且位于压力室17外；第二引流通道904贯穿基座1001设置，第二引流通道904的入水口位于基座1001的侧面、且位于套筒1002外，第二引流通道904的出水口位于基座1001的上表面、且位于安装空腔1004的底部；引流管901位于压力室17内，引流管901的一端穿过加压帽6安装、且与试样本体4的顶部相邻，引流管901的另一端与第一引流通道902的入水口相连，第一引流通道902的出水口与第二引流通道904的入水口通过连接管903相连，第一闸阀11安装于连接管903上。

为了便于将量水管1003中的水排出。优选的，所述量水管1003的底部设置有与其自身内腔相连通的排水管道12，所述排水管道12穿过所述基座1001布置；所述排水管道12上安装有位于所述基座1001之外的第二闸阀13。渗透试验过程中，关闭第二闸阀13，避免量水管1003内的水从排水管道12排出。渗透试验结束后，打开第二闸阀13，使量水管1003内的水从排水管道12排出。优选的，排水管道12包括相连通的第三引流通道1201和外接管1202；第三引流通道1201贯穿基座1001设置，第三引流通道1201的入水口位于基座1001的上表面、且位于量水管1003的底部，第三引流通道1201的出水口位于基座1001的侧面、且位于套筒1002外；外接管1202与第三引流通道1201的出水口相连，第二闸阀13安装于外接管1202上。

量水管1003和套筒1002可以为透明塑料制品，优选的，所述量水管1003和套筒1002均为玻璃制品。

优选的，所述量水管1003的顶端与所述试样本体4中的试样401的上表面相齐平。无需手动调整量水管1003的水头高度，避免手动调整调量水管1003的水头高度而产生的误差。

优选的，所述底座1、安装环15、基座1001、上盖3、堵头301、塞杆5、竖杆14和连接螺栓16均为铁制品。

作为进一步的优选，所述底座1、安装环15、基座1001、上盖3、塞杆5、上设置有油漆层，以避免生锈。堵头301、竖杆14和连接螺栓16，采用不锈钢制品。

优选的，所述试样本体4中的试样401的厚度为2cm。通常情况下，试样401的厚度为8cm，分四层制作试样401，每层2cm需分别击实，以确保压实度均匀。每层分层处难以充分融合，存在分界面，与现场实际土体情况不符。将试样401的厚度设置为2cm，避免分层制作试样401，使试样401更为贴合现场实际土体情况的同时，便于控制压实度，还能节约试样401的制样时间。若将试样401制作为厚度8cm的标准试样，从制样、固结、饱和到渗透结束，一个试样大约需要12小时以上。但是将试样401厚度设置为2cm，能将时间缩短一半以上。

具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围。凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.三轴渗透试验装置，其特征在于，包括底座(1)，以及竖向且密封安装于所述底座(1)上的密封筒(2)；所述密封筒(2)的上端开口处密封安装有上盖(3)；所述底座(1)、密封筒(2)和上盖(3)形成压力室(17)；所述上盖(3)上开设有与所述压力室(17)相连通的排气孔，所述上盖(3)上安装有用于封堵所述排气孔的堵头(301)；

所述底座(1)的凸台(101)上放置有位于所述压力室(17)内部的试样本体(4)；所述上盖(3)上安装有竖向设置的塞杆(5)，所述塞杆(5)伸入所述压力室(17)内、其下端设置有用于固定所述试样本体(4)的加压帽(6)；

还包括穿过所述底座(1)设置的反压进水管道(7)、围压进水管道(8)和渗水管道(9)；

所述反压进水管道(7)的出水口与所述试样本体(4)的底部相邻；所述反压进水管道(7)和围压进水管道(8)均与所述压力室(17)相连通；所述反压进水管道(7)和围压进水管道(8)位于所述压力室(17)之外的一端均连接有液体加压装置；

还包括位于所述压力室(17)之外的量水装置(10)，所述量水装置(10)包括基座(1001)、量水管(1003)和套筒(1002)，所述量水管(1003)和套筒(1002)均竖向安装于所述基座(1001)上；所述量水管(1003)位于所述套筒(1002)之内，所述量水管(1003)的顶端低于所述套筒(1002)的顶端，所述量水管(1003)的顶端具有开口、且与所述套筒(1002)的内腔相连通；

所述渗水管道(9)位于所述压力室(17)内的一端穿过所述加压帽(6)设置，且与所述试样本体(4)的顶部相邻；所述套筒(1002)内侧壁与量水管(1003)外侧壁之间具有安装空腔(1004)，所述渗水管道(9)位于所述底座(1)之外的另一端穿过所述基座(1001)设置、且位于所述安装空腔(1004)的底部。

2.如权利要求1所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，还包括位于所述底座(1)上方的安装环(15)，所述安装环(15)与底座(1)通过连接螺栓(16)相连；

所述安装环(15)的上表面开设有与所述密封筒(2)相适配的环形凹槽，所述密封筒(2)的下端安装于所述环形凹槽中、且与所述安装环(15)密封连接，所述密封筒(2)的内腔与所述安装环(15)的中部通孔同轴布置、且相连通；

所述底座(1)上的凸台(101)位于所述安装环(15)的中部通孔中。

3.如权利要求2所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，还包括位于所述压力室(17)之外的竖杆(14)，所述竖杆(14)的上端与所述上盖(3)相连，所述竖杆(14)的下端与所述安装环(15)相连；多根所述竖杆(14)沿所述密封筒(2)的周向均布。

4.如权利要求1所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，所述塞杆(5)的上端与所述上盖(3)固定连接。

5.如权利要求1所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，所述渗水管道(9)上安装有第一闸阀(11)，所述第一闸阀(11)位于所述底座(1)和基座(1001)之间。

6.如权利要求1所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，所述量水管(1003)的底部设置有与其自身内腔相连通的排水管道(12)，所述排水管道(12)穿过所述基座(1001)布置；

所述排水管道(12)上安装有位于所述基座(1001)之外的第二闸阀(13)。

7.如权利要求1所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，所述量水管(1003)和套筒(1002)均为玻璃制品。

8.如权利要求1所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，所述量水管(1003)的顶端与所述试样本体(4)中的样品(401)的上表面相齐平。

9.如权利要求3所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，所述底座(1)、安装环(15)、基座(1001)、上盖(3)、堵头(301)、塞杆(5)、竖杆(14)和连接螺栓(16)均为铁制品。

10.如权利要求1所述的三轴渗透试验装置，其特征在于，所述试样本体(4)中的样品(401)的厚度为2cm。