專利名稱：一種用于量測非飽和土滲透勢的試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種土工測試儀器，屬于土木工程儀器測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
非飽和土在我國分布廣泛，地球表面廣泛分布的天然沉積土，以及工程建設(shè)中遇 到的土體問題，幾乎都是非飽和土問題，真正意義上的飽和土在工程實踐中很少見到，這使 得非飽和土力學的研究具有非?，F(xiàn)實和實際的意義。水力滯后是非飽和土的一個重要特 征，水力滯后通常表現(xiàn)在土水保持曲線的滯后性，且土水保持曲線的滯后性受到多種因素 影響，如土結(jié)構(gòu)，溫度尤其是應(yīng)力狀態(tài)的影響。用來描述非飽和土水力特性的一個重要參數(shù) 就是非飽和滲透系數(shù)。直接測量非飽和土滲透系數(shù)是很費時間的，目前確定非飽和土的滲 透系數(shù)是通過間接方法，即由直接測出的水分特征曲線，再用經(jīng)驗公式計算非飽和土滲透 系數(shù)的近似值。用間接方法得到的非飽和土滲透系數(shù)的近似值對所用經(jīng)驗公式的依賴性很 大，由不同的經(jīng)驗公式得到的同樣條件土體的滲透系數(shù)差別很大。雖然大家都知道非飽和 土的滲透系數(shù)受土體的應(yīng)力狀態(tài)影響，但直接測量應(yīng)力狀態(tài)對非飽和上滲透系數(shù)影響的試 驗結(jié)果還未見報導，且目前國內(nèi)外還沒有用來專門量測非飽和滲透系數(shù)的儀器。廣義非飽 和滲透勢，即非飽和滲透系數(shù)包括非飽和水力滲透系數(shù)和非飽和氣相滲透系數(shù)。本發(fā)明就 是用來測定土體在一維側(cè)限條件下的非飽和土滲透系數(shù)的試驗裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用于量測非飽和土滲透勢的試驗裝置，用于解決土體在飽 和或非飽和土條件，在一維垂直壓力及側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)下的滲透系數(shù)量測問題。本發(fā)明的技術(shù)解決方案，其特征是一種用于量測非飽和土滲透勢的試驗裝置主要 由壓力室2、孔隙氣排氣管路12、孔隙氣進氣管路15、孔隙水排水管路9、孔隙水進水管路 23、垂直壓力進水管路24、上底座5與下底座20組成。其中壓力室底座21上安裝有下底座 20，下底座20上面安裝有下陶土板19，下陶土板上面安裝試樣17，試樣17上面是上陶土板 6，上陶土板6上面安裝上底座5，上底座5上面安裝上頂蓋4，試樣17周圍套有不銹鋼側(cè)限 環(huán)7，不銹鋼側(cè)限環(huán)7安裝在上頂蓋4與壓力室底座21之間，不銹鋼側(cè)限環(huán)7上下端有橡膠 墊16，不銹鋼側(cè)限環(huán)7左側(cè)上面安裝有第一微型氣壓傳感器8，下面安裝有第二微型水壓傳 感器25，右側(cè)上面安裝有第一微型水壓傳感器18，下面安裝有第二微型氣壓傳感器26。上 底座5和下底座20均采用螺旋線型的排水槽，上底座5連接孔隙水排水管路9和孔隙氣進 氣管路15，孔隙水排水管路9連接有第一孔隙水壓傳感器28和第一控制閥門27，孔隙氣進 氣管路15連接有第二孔隙氣壓傳感器35和第五控制閥門36，下底座20連接孔隙氣排氣管 路12和孔隙水進水管路23，孔隙氣排氣管路12連接第一孔隙氣壓傳感器30和第二控制 閥門29，孔隙水進水管路23連接第二孔隙水壓傳感器34和第四控制閥門33，壓力室連接 壓力室氣壓進氣管路22，壓力室氣壓進氣管路22連接有第三孔隙氣壓傳感器37和第六控 制閥門38。壓力室2安裝在壓力室底座21上，通過螺栓3固定，垂直加壓軸1可以上下移動，并可以頂在上頂蓋4上，壓力室底座21—側(cè)安裝有垂直位移傳感器10，壓力室底座21下面的垂直壓力升降軸13，通過垂直壓力進水管路24為試樣17提供垂直壓力，通過連接的 垂直位移升降翼11，由位移傳感器10量測試樣17的垂直位移變形量，垂直壓力進水管路 24連接有第三孔隙水壓力傳感器31和第三控制閥門32。本發(fā)明優(yōu)點儀器制造簡單，測量精度高，滿足一維垂直應(yīng)力加載要求，可以量測非飽和土滲透 系數(shù)，亦可量測飽和土滲透系數(shù)。本發(fā)明適用范圍適用于土木工程中遇到的各種土質(zhì)在飽和狀態(tài)下尤其是非飽和狀態(tài)下滲透系數(shù) 的量測。


圖1是用于量測非飽和土滲透勢的試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中有垂向加壓軸1、 壓力室2、壓力室螺栓3、上頂蓋4、上底座5、上陶土板6、不銹鋼側(cè)限環(huán)7、第一微型氣壓傳 感器8、孔隙水排水管路9、垂直位移傳感器10、垂直位移升降翼11、孔隙氣排氣管路12、垂 直壓力升降軸13、儀器底座14、孔隙氣進氣管路15、橡膠墊16、試樣17、第一微型水壓傳感 器18、下陶土板19、下底座20、壓力室底座21、壓力室氣壓進氣管路22、孔隙水進水管路 23、垂直壓力進水管路24、第二微型水壓傳感器25、第二微型氣壓傳感器26、第一控制閥門 27、第一孔隙水壓傳感器28、第二控制閥門29、第一孔隙氣壓傳感器30、第三孔隙水壓傳感 器31、第三控制閥門32、第四控制閥門33、第二孔隙水壓傳感器34、第二孔隙氣壓傳感器 35、第五控制閥門36、第三孔隙氣壓傳感器37、第六控制閥門38。圖2是上底座5與下底座20的螺旋線型排水槽結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式實施例量測飽和土與非飽和土滲透系數(shù)的方法如下所示，(1)非飽和水力滲透系數(shù)的測定方法①分別將上陶土板6和下陶土板19抽氣飽和，然后將下陶土板19安裝在下底座 20上，將橫截面積為A高度為H1的試樣17安裝在下陶土板19上，試樣17上面安裝上陶土 板6，將不銹鋼側(cè)限環(huán)7通過橡膠墊16卡在上頂蓋4和壓力室底座21之間，不銹鋼側(cè)限環(huán) 7左側(cè)上面安裝第一微型氣壓傳感器8，下面安裝第二微型水壓傳感器25，不銹鋼側(cè)限環(huán)7 右側(cè)上面安裝第一微型水壓傳感器18，下面安裝第二微型氣壓傳感器26 ；②將壓力室2安裝在壓力室底座21上，擰緊壓力室螺栓3，將垂直加壓軸1擰下 來，對準上頂蓋4，將垂直位移傳感器10安裝在垂直位移升降翼11，并將讀數(shù)歸零；③關(guān)閉第一控制閥門27、第二控制閥門29、第五控制閥門36、第六控制閥門38，打 開第三控制閥門32和第四控制閥門33，通過垂直壓力進水管路24施加壓力，使垂直壓力升 降軸13上升，對試樣17進行一維垂直壓力固結(jié)，通過第三孔隙水壓傳感器31控制壓力大 小，通過垂直位移傳感器10控制固結(jié)位移，待垂直位移傳感器10讀數(shù)每小時小于0. Olmm 時固結(jié)穩(wěn)定，測得垂直位移量H2，試樣17高度為H = H1-H2 ；④打開第一控制閥門27、第二控制閥門29、第五控制閥門36、第六控制閥門38，通過壓力室氣壓進氣管路22施加氣壓Pu，通過孔隙水進水管路23和孔隙氣進氣管路15同 時施加孔隙水壓力P11和Pu，通過孔隙水排水管路9施加孔隙水壓力P2|，使得差值S = P1I-P^+P^達到試驗要求的基質(zhì)吸力值，待孔隙氣排氣管路12有氣體排出時關(guān)閉第二控 制閥門29;⑤當孔隙水進水管路23的進水量與孔隙水排水管路9的出水量差值在5mm3范圍 內(nèi)，此時第一微型氣壓傳感器8、第一微型水壓傳感器18、第二微型水壓傳感器25、第二微 型氣壓傳感器26讀數(shù)穩(wěn)定時，認為該狀態(tài)為滲流穩(wěn)定狀態(tài)；⑥改變孔隙水進水管路23水壓力到P’ i水值，使得試樣內(nèi)部基質(zhì)吸力值達到S’ =Pin-P' α+Ρ2|，按照步驟⑤達到滲流穩(wěn)定狀態(tài)后，測得單位時間T內(nèi)流過試樣17的 水量為Qw，可計算得試樣17在該狀態(tài)下的非飽和水力滲透系數(shù)Kw= 10*ln(S’ /S)*QWH/ (ΤΑ(S，-S))。(2)飽和水力滲透系數(shù)的測定方法①分別將上陶土板6、下陶土板19和試樣17抽氣飽和，然后將下陶土板19安裝在 下底座20上，將橫截面積為a高度為Ii1的試樣17安裝在下陶土板19上，試樣17上面安 裝上陶土板6，將不銹鋼側(cè)限環(huán)7通過橡膠墊16卡在上頂蓋4和壓力室底座21之間，不銹 鋼側(cè)限環(huán)7左側(cè)下面安裝第二微型水壓傳感器25，不銹鋼側(cè)限環(huán)7右側(cè)上面安裝第一微型 水壓傳感器18 ；②將壓力室2安裝在壓力室底座21上，擰緊壓力室螺栓3，將垂直加壓軸1擰下 來，對準上頂蓋4，將垂直位移傳感器10安裝在垂直位移升降翼11，并將讀數(shù)歸零；③關(guān)閉第一控制閥門27、第二控制閥門29、第五控制閥門36、第六控制閥門38，打 開第三控制閥門32和第四控制閥門33，通過垂直壓力進水管路24施加壓力，使垂直壓力升 降軸13上升，對試樣17進行一維垂直固結(jié)，通過第三孔隙水壓傳感器31控制壓力大小，通 過垂直位移傳感器10控制固結(jié)位移，待垂直位移傳感器10讀數(shù)每小時小于0. Olmm時固結(jié) 穩(wěn)定，測得垂直位移量h2，試樣17高度為h = hrh2 ；④打開第一控制閥門27，通過孔隙水進水管路23施加孔隙水壓力pl7p通過孔隙 水排水管路9施加孔隙壓力p2|，使得差值ρ = Pn-P2I達到試驗要求的壓力水頭，當孔隙 水進水管路23的進水量與孔隙水排水管路9的出水量差值在5mm3范圍內(nèi)時，認為試樣17 在該狀態(tài)下達到滲流穩(wěn)定狀態(tài)，此時測得單位時間t內(nèi)流過試樣17的水量為qw，可計算得 試樣17在該狀態(tài)下的飽和水力滲透系數(shù)kw = qwh/(apt)。(3)非飽和氣相滲透系數(shù)的測定方法①分別將上陶土板6和下陶土板19抽氣飽和，然后將下陶土板19安裝在下底座 20上，將橫截面積為A’高度為H’ x的試樣17安裝在下陶土板19上，試樣17上面安裝上 陶土板6，將不銹鋼側(cè)限環(huán)7通過橡膠墊16卡在上頂蓋4和壓力室底座21之間，不銹鋼側(cè) 限環(huán)7左側(cè)上面安裝第一微型氣壓傳感器8，下面安裝第二微型水壓傳感器25，不銹鋼側(cè)限 環(huán)7右側(cè)上面安裝第一微型水壓傳感器18，下面安裝第二微型氣壓傳感器26 ；②將壓力室2安裝在壓力室底座21上，擰緊壓力室螺栓3，將垂直加壓軸1擰下 來，對準上頂蓋4，將垂直位移傳感器10安裝在垂直位移升降翼11，并將讀數(shù)歸零；③關(guān)閉第一控制閥門27、第二控制閥門29、第五控制閥門36、第六控制閥門38，打 開第三控制閥門32和第四控制閥門33，通過垂直壓力進水管路24施加壓力，使垂直壓力升降軸13上升，對試樣17進行一維垂直固結(jié)，通過第三孔隙水壓傳感器31控制壓力大小，通 過垂直位移傳感器10控制固結(jié)位移，待垂直位移傳感器10讀數(shù)每小時小于0. Olmm時固結(jié) 穩(wěn)定，測得垂直位移量H，2，試樣17高度為H，= H，「H，2 ；④打開第二控制閥門29、第五控制閥門36、第六控制閥門38，通過壓力室氣壓進 氣管路22施加氣壓P’ m，通過孔隙氣進氣管路15施加孔隙氣壓力P’ m，通過孔隙氣排氣 管路12施加孔隙氣壓力P’ 2〒通過孔隙水進水管路23施加孔隙水壓力P’ ^ ；⑤當孔隙氣進氣管路15的進氣量與孔隙氣排氣管路12的出氣量差值在 5mm3范圍 內(nèi)，此時第一微型氣壓傳感器8、第一微型水壓傳感器18、第二微型水壓傳感器25、第二微 型氣壓傳感器26讀數(shù)穩(wěn)定時，認為該狀態(tài)為氣相滲流穩(wěn)定狀態(tài)，此時測得單位時間T’內(nèi)流 過試樣17的氣體體積為Qatm，可計算試樣17在該狀態(tài)下非飽和氣相滲透系數(shù)Ka = QatfflH' / Τ，Α(Ρ，η-Ρ，20)。
權(quán)利要求
一種用于量測非飽和土滲透勢的試驗裝置，其特征是該裝置由壓力室(2)、孔隙氣排氣管路(12)、孔隙氣進氣管路(15)、孔隙水排水管路(9)、孔隙水進水管路(23)、垂直壓力進水管路(24)、上底座(5)與下底座(20)組成。
2.如權(quán)利要求1中所述的試驗裝置，其特征是壓力室底座(21)上安裝有下底座(20)， 下底座(20)上面安裝有下陶土板(19)，下陶土板上面安裝試樣(17)，試樣(17)上面是上 陶土板(6)，上陶土板(6)上面安裝上底座(5)，上底座(5)上面安裝上頂蓋(4)。
3.如權(quán)利要求1中所述的試驗裝置，其特征是試樣(17)周圍套有不銹鋼側(cè)限環(huán)(7)， 不銹鋼側(cè)限環(huán)(7)安裝在上頂蓋(4)與壓力室底座(21)之間，不銹鋼側(cè)限環(huán)(7)上下端均 有橡膠墊(16)，不銹鋼側(cè)限環(huán)(7)左側(cè)上面安裝有第一微型氣壓傳感器(8)，下面安裝有第 二微型水壓傳感器(25)，不銹鋼側(cè)限環(huán)(7)右側(cè)上面安裝有第一微型水壓傳感器(18)，下 面安裝有第二微型氣壓傳感器(26)。
4.如權(quán)利要求1中所述的試驗裝置，其特征是上底座(5)和下底座(20)均采用螺旋 線型的排水槽，上底座(5)連接孔隙水排水管路(9)和孔隙氣進氣管路(15)，孔隙水排水管 路(9)連接有第一孔隙水壓傳感器(28)和第一控制閥門(27)，孔隙氣進氣管路(15)連接 有第二孔隙氣壓傳感器(35)和第五控制閥門(36)，下底座(20)連接孔隙氣排氣管路(12) 和孔隙水進水管路(23)，孔隙氣排氣管路(12)連接第一孔隙氣壓傳感器(30)和第二控制 閥門(29)，孔隙水進水管路(23)連接第二孔隙水壓傳感器(34)和第四控制閥門(33)，壓 力室連接壓力室氣壓進氣管路(22)，壓力室氣壓進氣管路(22)連接有第三孔隙氣壓傳感 器(37)和第六控制閥門(38)。
5.如權(quán)利要求1中所述的試驗裝置，其特征是壓力室(2)安裝在壓力室底座(21)上， 通過螺栓(3)固定，垂直加壓軸(1)可以上下移動，并可以頂在上頂蓋(4)上，壓力室底座 (21) —側(cè)安裝有垂直位移傳感器(10)，壓力室底座(21)下面的垂直壓力升降軸(13)，通過 垂直壓力進水管路(24)為試樣(17)提供垂直壓力，通過連接的垂直位移升降翼(11)，由位 移傳感器(10)量測試樣(17)的垂直位移變形量，垂直壓力進水管路(24)連接有第三孔隙 水壓力傳感器(31)和第三控制閥門(32)。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于量測非飽和土滲透勢的試驗裝置，其特征是該裝置主要由壓力室2、孔隙氣排氣管路12、孔隙氣進氣管路15、孔隙水排水管路9、孔隙水進水管路23、垂直壓力進水管路24、上底座5與下底座20組成。其中壓力室底座21上安裝有下底座20，下底座20上面安裝有下陶土板19，下陶土板上面安裝試樣17，試樣17上面是上陶土板6，上陶土板6上面安裝上底座5，上底座5上面安裝上頂蓋4，試樣17周圍套有不銹鋼側(cè)限環(huán)7，不銹鋼側(cè)限環(huán)7安裝在上頂蓋4與壓力室底座21之間，不銹鋼側(cè)限環(huán)7上下端有橡膠墊16，上底座5和下底座20均采用螺旋線型的排水槽，上底座5連接孔隙水排水管路9和孔隙氣進氣管路15。該儀器制造簡單，測量精度高，滿足一維垂直應(yīng)力加載要求，適用于土木工程中遇到的各種土質(zhì)在飽和狀態(tài)下尤其是非飽和狀態(tài)下滲透系數(shù)的量測。
文檔編號G01N15/08GK101806701SQ20101016810
公開日2010年8月18日 申請日期2010年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月11日
發(fā)明者李志清 申請人:中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所