專利名稱：一種多功能土的固結(jié)及滲透試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于土工試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種多功能土的固結(jié)及滲透試驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
針對(duì)飽和土的常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)、K0固結(jié)試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單，但已有使用成熟 的經(jīng)驗(yàn)，其成果能滿足一般的要求，仍作為主要的測(cè)試手段，被廣泛使用。但常規(guī)滲透試驗(yàn) 不能反應(yīng)不同固結(jié)狀態(tài)對(duì)土樣滲透性的影響。在不同固結(jié)壓力及側(cè)壓力作用下變形穩(wěn)定后 的土樣，其滲透系數(shù)與孔隙比之間的變化關(guān)系不能得到反映；同時(shí)，在某級(jí)固結(jié)壓力施加之 后，土樣的滲透系數(shù)隨時(shí)間的明顯變化也不能得到反映。另一方面，土樣常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)不能 提供一定的側(cè)壓力水頭，無法量測(cè)靜止側(cè)壓力系數(shù)和孔隙水壓力。由于滲透試驗(yàn)和固結(jié)試 驗(yàn)的脫節(jié)，在常規(guī)滲透、固結(jié)試驗(yàn)中無法模擬土固結(jié)過程中的應(yīng)力和密度狀態(tài)。針對(duì)非飽和土，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)非飽和土的滲透試驗(yàn)裝置進(jìn)行了大量的研究。 在非飽和土的滲透試驗(yàn)中，單一考慮水或單一考慮氣來研究滲透性都是比較容易的，但在 非飽和土中水氣運(yùn)動(dòng)時(shí)相互影響的。為揭示和反映非飽和土中流體的真實(shí)情況，最重要的 是研制出水氣運(yùn)動(dòng)聯(lián)合測(cè)試的設(shè)備。西安理工大學(xué)則研制了非飽和土水-氣運(yùn)動(dòng)聯(lián)合測(cè)定 儀，該儀器較好地實(shí)現(xiàn)了非飽和土的水-氣運(yùn)動(dòng)聯(lián)合測(cè)定，但軸向加壓范圍不大，最大軸向 加壓為IOkPa,周圍壓力的施加上也有待改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)和不足，提供一種多功能 土的固結(jié)及滲透試驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一、多功能土的固結(jié)及滲透試驗(yàn)裝置(簡(jiǎn)稱試驗(yàn)裝置)本裝置包括動(dòng)荷載系統(tǒng)、靜荷載系統(tǒng)、傳壓蓋板、壓力室、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高壓氣瓶 和水箱；其連接關(guān)系是動(dòng)荷載系統(tǒng)和靜荷載系統(tǒng)分別與傳壓蓋板連接；傳壓蓋板、壓力室和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前后依次連接；高壓氣瓶分別與傳壓蓋板和壓力室連接；水箱分別與傳壓蓋板和壓力室連接。本試驗(yàn)裝置的工作原理通過動(dòng)荷載系統(tǒng)和靜荷載系統(tǒng)分別施加動(dòng)、靜力荷載，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)采集，進(jìn)行飽和土的動(dòng)、靜力固結(jié)試驗(yàn)；通過涂抹黃油和加密封圈的方式實(shí)現(xiàn)傳壓蓋板與壓力室之間的密封并減小摩阻 力；通過靜荷載系統(tǒng)施加荷載進(jìn)行靜力固結(jié)，在不同固結(jié)狀態(tài)下，通過水箱施加水頭進(jìn)行飽和土的滲透固結(jié)聯(lián)合測(cè)定；通過高壓氣瓶和水箱向壓力室上、下部施加孔隙氣壓力和孔隙水壓力，采用軸平 移技術(shù)控制吸力，通過靜荷載系統(tǒng)施加軸向荷載，進(jìn)行非飽和土的壓縮、固結(jié)及滲透試驗(yàn)；整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)了動(dòng)靜組合條件下試樣動(dòng)態(tài)響應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及飽和、非飽和土 樣固結(jié)、滲透試驗(yàn)的聯(lián)合測(cè)定。二、多功能土的固結(jié)及滲透試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法(簡(jiǎn)稱試驗(yàn)方法)本試驗(yàn)方法按以下步驟進(jìn)行①首先制備土樣，將覆蓋有濾紙的透水石放入壓力室底部，然后裝入制備好的土 樣；②在土樣上部放置覆蓋有濾紙的透水石，然后安放好帶有0型密封圈的傳壓蓋 板，放入前在傳壓蓋板側(cè)壁涂抹一定量黃油；③連接好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與動(dòng)荷載系統(tǒng)、靜荷載系統(tǒng)、傳壓蓋板、壓力室、高壓氣瓶 和水箱之間的連接線；④在完成步驟①②③的基礎(chǔ)上，進(jìn)行以下試驗(yàn)a、飽和土動(dòng)力固結(jié)試驗(yàn)；b、飽和土滲透固結(jié)聯(lián)合測(cè)定；C、控制基質(zhì)吸力的壓縮試驗(yàn)；d、排氣不排水壓縮試驗(yàn)；e、控制豎向凈正應(yīng)力為常數(shù)的收縮試驗(yàn)；f、穩(wěn)態(tài)滲流試驗(yàn)；g、滲水系數(shù)、滲氣系數(shù)測(cè)定；h、非飽和土浸水試驗(yàn)。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果①動(dòng)荷載的頻率、振幅和激振力可控，可預(yù)加設(shè)定的靜載荷；②能夠?qū)ν辉嚇臃謩e進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、應(yīng)力松弛試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、滲透 試驗(yàn)和動(dòng)力固結(jié)試驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)不同固結(jié)壓力下的固結(jié)滲透聯(lián)合測(cè)定；③能夠?qū)Ψ秋柡驮嚇臃謩e進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)，在滲透試驗(yàn)過程 中還可施加10_200kPa軸向荷載；④能夠準(zhǔn)確量測(cè)和控制非飽和試樣的孔隙水壓力和氣壓力，并實(shí)現(xiàn)水、氣體的施 加及滲入、滲出試樣的流體體積的量測(cè)；⑤采用軸平移技術(shù)，能夠方便快捷的控制和量測(cè)基質(zhì)吸力；⑥實(shí)現(xiàn)所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)采集，不需人工值守讀數(shù)；⑦該裝置測(cè)試原理直觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性好、易于操作、拆卸方便，對(duì)安 裝測(cè)試人員沒有很高的技術(shù)要求。本實(shí)用新型適用于飽和土動(dòng)力固結(jié)、固結(jié)滲透聯(lián)合測(cè)定、應(yīng)力松弛和流變的試驗(yàn)， 還適用于非飽和土的固結(jié)、滲水和滲氣的試驗(yàn)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方框圖；[0043]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。_為連接管線，---------為信號(hào)連接線。其中1-動(dòng)荷載系統(tǒng)，1. 1-功率放大器， 1.2-激振器 1.3-壓力傳感器，1.4-立柱，1.5-激振梁；2-靜荷載系統(tǒng)，2. 1-百分表，2.2-砝碼， 2.3-傳壓支架，2. 4-螺栓， 2.5-杠桿式加載裝置，2.6底座；3-傳壓蓋板，3.1-第1透水石， 3.2-排氣孔， 3.3-第1水壓力孔道，3. 4-第1氣壓力孔道， 3.5-0型密封圈， 3.6-第1陶土板，3. 7-滲水孔，3.8-第2透水石， 3.9-第1防水透氣膜，3. 10-第 1 玻璃管，3.11-三通閥；3. 12-第1體積壓力控制器，3.13-第2體積壓力控制器；4-壓力室，4.1-上環(huán)，4.2-中環(huán) 4.3-隔膜室，4. 4-第2玻璃管，4.5-第1三通閥 4.6-第2三通閥，4. 7-排水孔，4.8-第2陶土板， 4.9-孔隙水壓力孔道，4. 10-第 3 透水石，4.11-下環(huán)，4.12-第2防水透氣膜，4. 13-第2氣壓力孔道，4.14-第2水壓力孔道，4. 15-第3體積壓力控制器，4.16-第4體積壓力控制器，4. 17-第 3 三通閥；4.18-第3玻璃管；5-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，5. 1-第1壓力變送器，5.2-第2壓力變送器，5. 3-第3壓力變送器，5.4-第4壓力變送器，5. 5-側(cè)壓力傳感器，5.6-孔隙水壓力傳感器，5. 7-計(jì)算機(jī)， 移傳感器；5.8-動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，5.9-位移傳感器[0071]6-高壓氣瓶；7-水箱。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明一、試驗(yàn)裝置1、總體如圖1，本裝置包括動(dòng)荷載系統(tǒng)1、靜荷載系統(tǒng)2、傳壓蓋板3、壓力室4、數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)5、高壓氣瓶6和水箱7 ；其連接關(guān)系是動(dòng)荷載系統(tǒng)1和靜荷載系統(tǒng)2分別與傳壓蓋板3連接；傳壓蓋板3、壓力室4和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5前后依次連接；高壓氣瓶6分別與傳壓蓋板3和壓力室4連接；水箱7分別與傳壓蓋板3和壓力室4連接。2、功能塊1)動(dòng)荷載系統(tǒng)1動(dòng)荷載系統(tǒng)1包括功率放大器1. 1、激振器1. 2、壓力傳感器1. 3、立柱1. 4和激振 梁 1.5;其連接關(guān)系是激振梁1. 5橫于立柱1. 4之間，在激振梁1. 5中部開孔并架設(shè)有激振器1. 2，在激 振器1. 2上嵌套有壓力傳感器1. 3，壓力傳感器1. 3與功率放大器1. 1相連。功率放大器1. 1和壓力傳感器1. 3分別通過信號(hào)傳輸線與計(jì)算機(jī)5. 7相連。動(dòng)荷載系統(tǒng)1的工作原理是功率放大器1. 1將計(jì)算機(jī)5. 7的控制信號(hào)傳入激振器1. 2，對(duì)傳壓蓋板3施加向下 的沖擊荷載，并通過壓力傳感器1. 3和動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)5. 8采集和控制動(dòng)荷載的施加頻率和大小。動(dòng)荷載系統(tǒng)1的功能是使動(dòng)荷載施加的頻率、振幅和激振力可控，進(jìn)行動(dòng)力固結(jié)試驗(yàn)。2)靜荷載系統(tǒng)2靜荷載系統(tǒng)2包括百分表2. 1、砝碼2. 2、傳壓支架2. 3、螺栓2. 4、杠桿式加載裝置 2. 5和底座2. 6 ；其連接關(guān)系是在底座2. 6內(nèi)部設(shè)置有杠桿式加載裝置2. 5，在杠桿式加載裝置2. 5的前端通過放 置砝碼2. 2施加靜荷載，杠桿式加載裝置2. 5通過螺栓2. 4與傳壓支架2. 3相連接，傳壓支 架2. 3將靜荷載傳遞于傳壓蓋板3，在傳壓支架2. 3上架設(shè)有百分表2. 1。靜荷載系統(tǒng)2的工作原理是通過杠桿式加載裝置2. 5和傳壓支架2. 3將靜荷載傳遞至傳壓蓋板3。靜荷載系統(tǒng)2的功能是通過砝碼2. 2向壓力室4內(nèi)施加50-800kPa各級(jí)荷載，進(jìn)行靜力固結(jié)試驗(yàn)。[0100]3)傳壓蓋板3傳壓蓋板3包括第1透水石3. 1、排氣孔3. 2、第1水壓力孔道3. 3、第1氣壓力孔 道3. 4、0型密封圈3. 5、第1陶土板3. 6、滲水孔3. 7、第2透水石3. 8、第1防水透氣膜3. 9、 第1玻璃管3. 10、三通閥3. 11、第1體積壓力控制器3. 12和第2體積壓力控制器3. 13 ；其連接關(guān)系是傳壓蓋板3外側(cè)為0型密封圈3. 5 ；在傳壓蓋板3內(nèi)部設(shè)置有第1水壓力孔道3. 3、 滲水孔3. 7和第1氣壓力孔道3. 4 ；第1水壓力孔道3. 3 一端通過第1陶土板3. 6與壓力室4相連，另一端與第1體 積壓力控制器3. 12相連，第1體積壓力控制器3. 12和水箱7相連；滲水孔3. 7 一端通向壓力室4，另一端通過第1透水石3. 1后分為兩路，一路與排 氣孔3. 2相連，另一路通過三通閥3. 11與第1玻璃管3. 10相連；第1氣壓力孔道3. 4 一端通過第1防水透氣膜3. 9和第2透水石3. 8與壓力室4 相連，另一端與第2體積壓力控制器3. 13相連，第2體積壓力控制器3. 13和高壓氣瓶6連接。傳壓蓋板3的工作原理是第1水壓力孔道3. 3 一端通過第1陶土板3. 6與壓力室4相連，第1陶土板為高進(jìn) 氣陶土板，在不超過其進(jìn)氣值的條件下能阻止氣體通過，從而實(shí)現(xiàn)水壓力的施加和量測(cè)；第1氣壓力孔道3. 4 一端通過第1防水透氣膜3. 9和第2透水石3. 8與壓力室4 相連，第1防水透氣膜3. 9為一只透氣不透水的半透膜，從而可實(shí)現(xiàn)氣壓力的施加量測(cè)。傳壓蓋板3的功能是實(shí)現(xiàn)試樣上部水壓力和氣壓力的施加，通過軸平移技術(shù)控制試樣內(nèi)部吸力。所述的軸平移技術(shù)是指通過增加試樣內(nèi)部的孔隙氣壓力，從而引起試樣內(nèi)部的孔 隙水壓力也相應(yīng)增加，且兩者的變化量保持相等，即使試樣內(nèi)部基質(zhì)吸力保持為定值的同 時(shí)，可將負(fù)孔隙水壓力增為正值。4)壓力室4壓力室4包括上環(huán)4. 1、中環(huán)4. 2、隔膜室4. 3、第2玻璃管4.4、第1三通閥4. 5、 第2三通閥4. 6、排水孔4. 7、第2陶土板4. 8、孔隙水壓力孔道4. 9、第3透水石4. 10、下環(huán) 4. 11、第2防水透氣膜4. 12、第2氣壓力孔道4. 13、第2水壓力孔道4. 14、第3體積壓力控 制器4. 15、第4體積壓力控制器4. 16、第3三通閥4. 17、第3玻璃管4. 18 ；其連接關(guān)系是上環(huán)4. 1、中環(huán)4. 2和下環(huán)4. 11通過緊固螺栓連接成壓力室4 ；中環(huán)4. 2內(nèi)設(shè)置有隔膜室4. 3，隔膜室4. 3外側(cè)通過第1、2三通閥4. 5、4. 6分別與 第2玻璃管4. 4和側(cè)壓力傳感器5. 5相連；下環(huán)4. 11中部設(shè)置有第2氣壓力孔道4. 13、孔隙水壓力孔道4. 9和第2水壓力孔 道4. 14，下環(huán)4. 11側(cè)壁設(shè)置有排水孔4. 7 ；第2氣壓力孔道4. 13 一端通過第2防水透氣膜 4. 12和第3透水石4. 10通向壓力室4的底部，另一端與第3體積壓力控制器4. 15相連，第 3體積壓力控制器4. 15和高壓氣瓶6連接；孔隙水壓力孔道4. 9通過第3三通閥4. 17分別與第3玻璃管4. 18和孔隙水壓力 傳感器5. 6相連，第2水壓力孔道4. 14 一端通過第2陶土板4. 8通向壓力室4的底部，另一端與第4體積壓力控制器4. 16相連，第4體積壓力控制器4. 16和水箱7相連。壓力室4的工作原理是在隔膜室4. 3內(nèi)注滿水，通過側(cè)壓力傳感器5. 5可測(cè)得固結(jié)過程中試樣的側(cè)壓力 變化情況，從而得到試樣的靜止側(cè)壓力系數(shù)；第2水壓力孔道4. 14 一端通過第2陶土板4. 8 通向壓力室4的底部，第2陶土板為高進(jìn)氣陶土板，在不超過其進(jìn)氣值的條件下能阻止氣體 通過，從而實(shí)現(xiàn)水壓力的施加和量測(cè)；第2氣壓力孔道4. 13—端通過第2防水透氣膜4. 12 和第3透水石4. 10通向壓力室4的底部，第2防水透氣膜4. 12為一只透氣不透水的半透 膜，從而可實(shí)現(xiàn)氣壓力的施加量測(cè)。壓力室4的功能是放置試樣，實(shí)現(xiàn)試樣底部水壓力和氣壓力的施加和量測(cè)，通過軸平移技術(shù)控制試 樣內(nèi)部吸力。5)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5包括第1壓力變送器5. 1、第2壓力變送器5. 2、第3壓力變送器 5. 3、第4壓力變送器5. 4、側(cè)壓力傳感器5. 5、孔隙水壓力傳感器5. 6、計(jì)算機(jī)5. 7、動(dòng)態(tài)測(cè)試 系統(tǒng)5. 8和位移傳感器5. 9 ；其連接關(guān)系是第1壓力變送器5. 1、第2壓力變送器5. 2、第3壓力變送器5. 3、第4壓力變送器 5. 4、側(cè)壓力傳感器5. 5、孔隙水壓力傳感器5. 6和位移傳感器5. 9分別通過信號(hào)傳輸線與動(dòng) 態(tài)測(cè)試系統(tǒng)5. 8和計(jì)算機(jī)5. 7連接。第1壓力變送器5. 1設(shè)置于第2體積壓力控制器3. 13與壓力室4之間；第2壓力變送器5. 2設(shè)置于第3體積壓力控制器4. 15與壓力室4之間；第3壓力變送器5. 3設(shè)置于第1體積壓力控制器3. 12與壓力室4之間；第4壓力變送器5. 4設(shè)置于第4體積壓力控制器4. 16與壓力室4之間。側(cè)壓力傳感器5. 5位于隔膜室4. 3外側(cè)，通過信號(hào)傳輸線與動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)5. 8相 連接；孔隙水壓力傳感器5. 6位于壓力室4底部的孔隙水壓力孔道4. 9上，通過信號(hào)傳 輸線與動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)5. 8相連接；位移傳感器5. 9設(shè)置于百分表2. 1上，通過信號(hào)傳輸線與動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)5. 8相連接。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5的功能是通過第1壓力變送器5. 1、第2壓力變送器5. 2、第3壓力變送器5. 3、第4壓力變 送器5. 4量測(cè)壓力室4內(nèi)氣壓力和水壓力的變化情況；分別通過孔隙水壓力傳感器5. 6、側(cè) 壓力傳感器5. 5和位移傳感器5. 9監(jiān)測(cè)固結(jié)試驗(yàn)過程中試樣的孔隙水壓力、側(cè)壓力及位移 變化情況。6)高壓氣瓶6高壓氣瓶6是一種常用部件，提供高壓氣體。7)水箱 7水箱7是一種常用部件，提供高壓水。二、試驗(yàn)方法[0142]本實(shí)施例以粘性土為例，使用本實(shí)用新型進(jìn)行固結(jié)滲透試驗(yàn)的過程為①首先制備土樣，將覆蓋有濾紙的透水石放入壓力室4的底部，通過第3玻璃管 4. 18向壓力室4底部注入一定量的水，打開底座排水孔4. 7。然后放入制備好的土樣，待排 水孔4. 7無氣泡逸出時(shí)，安裝好孔隙水壓力傳感器5. 6，關(guān)閉排水孔4. 7和第3三通閥4. 17。②在土樣上部放置覆蓋有濾紙的透水石，打開傳壓蓋板3上的排氣孔3. 2，并在其 側(cè)壁涂抹一定黃油，安放好傳壓蓋板3，通過第1玻璃管3. 10注入一定量水，待排氣孔3. 2 無氣泡逸出時(shí)關(guān)閉排氣孔3. 2，關(guān)閉三通閥3. 11，停止注水。③打開第1三通閥4. 5，當(dāng)隔膜室4. 3內(nèi)充滿無氣水后關(guān)閉第2三通閥4. 6，安裝 好側(cè)壓力傳感器5. 5，通過第2玻璃管4. 4向隔膜室4. 3施加2_5cm水頭，使隔膜室4. 3與 試樣密切接觸。④在步驟①②③完成的基礎(chǔ)上，進(jìn)行以下試驗(yàn)a、動(dòng)力固結(jié)試驗(yàn)通過立柱1. 4和激振梁1. 5之上的激振器1. 2施加沖擊荷載，進(jìn)行動(dòng)力固結(jié)試驗(yàn)。 激振器1. 2中部設(shè)有壓力傳感器1. 3，試驗(yàn)過程中通過計(jì)算機(jī)5. 7和動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)5. 8采集 試樣在動(dòng)荷載作用下的變形和孔壓變化情況。動(dòng)荷載施加頻率和大小通過功率放大器1. 1 和計(jì)算機(jī)5. 7控制。b、飽和土固結(jié)滲透聯(lián)合測(cè)定安裝好傳壓支架2. 3，通過杠桿式加載裝置2. 5向土樣施加預(yù)壓力，使壓力室上、 下透水石與土樣及上部透水石與傳壓板之間密切接觸，預(yù)壓力的大小應(yīng)剛好克服掉傳壓蓋 板3與側(cè)壁之間的摩擦力。然后安裝好百分表2. 1并調(diào)零。按照試驗(yàn)方案，通過添加砝碼2. 2施加50_800kPa各級(jí)荷載，進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，按照 累禾只固結(jié)時(shí)間為 15s、30s、Imin、2min 15s、4min、6min 15s、9min、12minl5s、16min、20minl5s、 25min、30minl5s、36min、49min、64min、100min、200min、400min、23h、24h 的時(shí)間序列記錄變 形量，當(dāng)土樣每小時(shí)變形量小于0. Olmm時(shí)認(rèn)為土樣變形達(dá)到穩(wěn)定。試驗(yàn)過程中通過動(dòng)態(tài)測(cè) 試系統(tǒng)5. 8和計(jì)算機(jī)5. 7采集側(cè)壓力和孔隙水壓力變化情況。滲透試驗(yàn)則根據(jù)需要在特定固結(jié)壓力、累積固結(jié)時(shí)間或固結(jié)變形下，固定杠桿式 加載裝置2. 5，使土樣保持該變形后的高度不變，打開三通閥3. 11和第3三通閥4. 17，通過 第1玻璃管3. 10或第3玻璃管4. 18施加l_2m水頭，進(jìn)行變水頭滲透試驗(yàn)。從而可測(cè)得該 固結(jié)壓力下不同時(shí)刻及變形穩(wěn)定后的滲透系數(shù)。滲透試驗(yàn)完成后，關(guān)閉三通閥3. 11和第3 三通閥4. 17，停止?jié)B水。繼續(xù)固結(jié)試驗(yàn)，并按累積固結(jié)時(shí)間記錄變形量。C、控制基質(zhì)吸力的壓縮試驗(yàn)安裝好傳壓支架2. 3，通過杠桿式加載裝置2. 5向土樣施加預(yù)壓力，然后安裝好百 分表2. 1并調(diào)零。通過第2體積壓力控制器3. 13、第1體積壓力控制器3. 12和第3體積 壓力控制器4. 15、第4體積壓力控制器4. 16量測(cè)出土樣上、下部的初始吸力，然后通過第2 體積壓力控制器3. 13、第3體積壓力控制器4. 15向試樣施加一定的氣壓力，待百分表2. 1 和4個(gè)體積壓力控制器讀數(shù)穩(wěn)定后，保持這一氣壓力使基質(zhì)吸力保持為常數(shù)。再通過杠桿 式加載裝置2. 5施加50-800kPa各級(jí)軸向荷載，按所需時(shí)間序列記錄變形量，進(jìn)行非飽和土 的壓縮試驗(yàn)。d、排氣不排水壓縮試驗(yàn)[0156]安裝好傳壓支架2. 3，通過杠桿式加載裝置2. 5向土樣施加預(yù)壓力，然后安裝好百 分表2. 1并調(diào)零。通過第2體積壓力控制器3. 13、第1體積壓力控制器3. 12和第3體積壓 力控制器4. 15、第4體積壓力控制器4. 16量測(cè)出土樣上、下部的初始吸力。然后拆除第1 氣壓力孔道3. 4、第2氣壓力孔道4. 13與第2體積壓力控制器3. 13、第3體積壓力控制器 4. 15之間的連接線，讓試樣與大氣連通，通過杠桿式加載裝置2. 5施加50-800kPa各級(jí)軸向 荷載，按所需時(shí)間序列記錄變形量和孔隙水壓力變化情況，進(jìn)行排氣不排水壓縮試驗(yàn)。e、控制豎向凈正應(yīng)力為常數(shù)的收縮試驗(yàn)安裝好傳壓支架2. 3，通過杠桿式加載裝置2. 5向土樣施加預(yù)壓力，然后安裝好百 分表2. 1并調(diào)零。通過第2體積壓力控制器3. 13、第1體積壓力控制器3. 12和第3體積壓 力控制器4. 15、第4體積壓力控制器4. 16量測(cè)出土樣上、下部的初始吸力。通過杠桿式加 載裝置2. 5給試樣施加的一定軸向壓應(yīng)力，待百分表2. 1和4個(gè)體積壓力控制器讀數(shù)穩(wěn)定 后，然后通過第2體積壓力控制器3. 13、第3體積壓力控制器4. 15逐級(jí)施加氣壓力，即逐 級(jí)增大基質(zhì)吸力。試驗(yàn)過程中可通過第2體積壓力控制器3. 13、第1體積壓力控制器3. 12 和第3體積壓力控制器4. 15、第4體積壓力控制器4. 16測(cè)得基質(zhì)吸力與含水率之間的關(guān)系 曲線，從而可得到不同豎向凈正應(yīng)力下的廣義土-水特征曲線。f、穩(wěn)態(tài)滲流試驗(yàn)安裝好傳壓支架2. 3，通過杠桿式加載裝置2. 5向土樣施加預(yù)壓力，安裝好百分表 2. 1并調(diào)零。利用水箱7向第1玻璃管3. 10或第3玻璃管4. 18提供常水力梯度。試驗(yàn)由低 基質(zhì)吸力開始，然后通過第2體積壓力控制器3. 13、第3體積壓力控制器4. 15逐級(jí)施加氣 壓力，逐級(jí)增加基質(zhì)吸力。在常水力梯度的作用下，當(dāng)水流入和流出試樣的速率相等，且試 樣上下部基質(zhì)吸力隨時(shí)間保持為常數(shù)時(shí)即達(dá)到穩(wěn)定滲流條件，通過記錄特定時(shí)刻下第1玻 璃管3. 10或第3玻璃管4. 18的液面變化，即可計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)流過土斷面的水量以及 土中的水力梯度，從而計(jì)算出該土樣的滲透系數(shù)。試驗(yàn)過程中還可根據(jù)需要施加10_200kPa 軸向荷載。g、滲水系數(shù)、滲氣系數(shù)測(cè)定安裝好傳壓支架2. 3，通過杠桿式加載裝置2. 5向土樣施加預(yù)壓力，安裝好百分表 2. 1并調(diào)零。通過第2體積壓力控制器3. 13、第1體積壓力控制器3. 12和第3體積壓力控 制器4. 15、第4體積壓力控制器4. 16量測(cè)出土樣上、下部的初始吸力。再通過第2體積壓 力控制器3. 13、第3體積壓力控制器4. 15向試樣施加一個(gè)不大的氣壓力，將孔隙水壓力增 至正值。然后通過第1體積壓力控制器3. 12或第4體積壓力控制器4. 16向試樣施加一定 的水，當(dāng)水分運(yùn)移平衡時(shí)，即可利用一定時(shí)間內(nèi)通過試樣斷面的水的體積計(jì)算出該吸力下 的滲水系數(shù)。測(cè)定滲氣系數(shù)則利用第2體積壓力控制器3. 13或第3體積壓力控制器4. 15 向試樣施加一定量的氣體，當(dāng)滲氣達(dá)到穩(wěn)定后，通過量測(cè)一定時(shí)間內(nèi)滲過試樣的氣體體積， 即可計(jì)算出該吸力下的滲氣系數(shù)。試驗(yàn)過程中還可根據(jù)需要施加10-200kPa軸向荷載。h、浸水試驗(yàn)安裝好傳壓支架2. 3，通過杠桿式加載裝置2. 5向土樣施加預(yù)壓力，安裝好百分表 2. 1并調(diào)零。通過第2體積壓力控制器3. 13、第1體積壓力控制器3. 12和第3體積壓力控 制器4. 15、第4體積壓力控制器4. 16量測(cè)出土樣上、下部的初始吸力。在自然浸水條件下 測(cè)定非飽和土的滲水系數(shù)，通過第2體積壓力控制器3. 13、第3體積壓力控制器4. 15向試樣施加一個(gè)不大的氣壓力，將孔隙水壓力增至正值。然后通過第1體積壓力控制器3. 12或 第4體積壓力控制器4. 16按需要的級(jí)數(shù)向試樣施加一定量的水，根據(jù)滲氣系數(shù)的穩(wěn)定或試 樣上、下部基質(zhì)吸力相等來判定滲透穩(wěn)定時(shí)間，通過第2體積壓力控制器3. 13、第1體積壓 力控制器3. 12和第3體積壓力控制器4. 15、第4體積壓力控制器4. 16量測(cè)每級(jí)加水后的 吸力變化以及滲氣系數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，進(jìn)行水氣運(yùn)動(dòng)聯(lián)合測(cè)定。
權(quán)利要求一種多功能土的固結(jié)及滲透試驗(yàn)裝置，其特征在于包括動(dòng)荷載系統(tǒng)(1)、靜荷載系統(tǒng)(2)、傳壓蓋板(3)、壓力室(4)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)、高壓氣瓶(6)和水箱(7)；動(dòng)荷載系統(tǒng)(1)和靜荷載系統(tǒng)(2)分別與傳壓蓋板(3)連接；傳壓蓋板(3)、壓力室(4)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)前后依次連接；高壓氣瓶(6)分別與傳壓蓋板(3)和壓力室(4)連接；水箱(7)分別與傳壓蓋板(3)和壓力室(4)連接。
2.按權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的動(dòng)荷載系統(tǒng)(1)包括功率放大器(1. 1)、激振器(1. 2)、壓力傳感器(1. 3)、立柱 (1. 4)和激振梁(1. 5)；激振梁(1. 5)橫于立柱(1. 4)之間，在激振梁(1. 5)中部開孔并架設(shè)有激振器(1. 2)， 在激振器(1. 2)上嵌套有壓力傳感器(1. 3)，壓力傳感器(1. 3)與功率放大器(1. 1)相連； 功率放大器(1. 1)和壓力傳感器(1. 3)分別通過信號(hào)傳輸線與計(jì)算機(jī)(5. 7)相連。
3.按權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的靜荷載系統(tǒng)(2)包括百分表(2. 1)、砝碼(2. 2)、傳壓支架(2. 3)、螺栓(2. 4)、杠 桿式加載裝置(2. 5)和底座(2. 6)；在底座(2.6)內(nèi)部設(shè)置有杠桿式加載裝置(2. 5)，在杠桿式加載裝置(2.5)的前端通 過放置砝碼(2. 2)施加靜荷載，杠桿式加載裝置(2. 5)通過螺栓(2. 4)與傳壓支架(2. 3) 相連接，傳壓支架(2. 3)將靜荷載傳遞于傳壓蓋板(3)，在傳壓支架(2. 3)上架設(shè)有百分表 (2. 1)。
4.按權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的傳壓蓋板(3)包括第1透水石(3. 1)、排氣孔(3. 2)、第1水壓力孔道(3. 3)、第1 氣壓力孔道(3. 4)、0型密封圈(3. 5)、第1陶土板(3. 6)、滲水孔(3. 7)、第2透水石(3. 8)、 第1防水透氣膜(3. 9)、第1玻璃管(3. 10)、三通閥(3. 11)、第1體積壓力控制器(3. 12) 和第2體積壓力控制器(3. 13)；傳壓蓋板(3)外側(cè)為(0)型密封圈(3. 5)；在傳壓蓋板(3)內(nèi)部設(shè)置有第1水壓力孔 道(3. 3)、滲水孔(3. 7)和第1氣壓力孔道(3. 4)；第1水壓力孔道(3. 3) 一端通過第1陶土板(3. 6)與壓力室(4)相連，另一端與第1 體積壓力控制器(3. 12)相連，第1體積壓力控制器(3. 12)和水箱(7)相連；滲水孔(3. 7) 一端通向壓力室(4)，另一端通過第1透水石(3. 1)后分為兩路，一路與 排氣孔(3. 2)相連，另一路通過三通閥(3. 11)與第1玻璃管(3. 10)相連；第1氣壓力孔道(3.) 一端通過第1防水透氣膜(3. 9)和第2透水石(3. 8)與壓力室 (4)相連，另一端與第2體積壓力控制器(3. 13)相連，第2體積壓力控制器(3. 13)和高壓 氣瓶(6)連接。
5.按權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的壓力室(4)包括上環(huán)(4. 1)、中環(huán)(4. 2)、隔膜室(4. 3)、第2玻璃管(4. 4)、第1 三通閥(4. 5)、第2三通閥(4. 6)、排水孔(4. 7)、第2陶土板(4. 8)、孔隙水壓力孔道(4. 9)、 第3透水石(4. 10)、下環(huán)(4. 11)、第2防水透氣膜(4. 12)、第2氣壓力孔道(4. 13)、第2水 壓力孔道(4. 14)、第3體積壓力控制器(4. 15)、第4體積壓力控制器(4. 16)、第3三通閥(4. 17)、第 3 玻璃管(4. 18)；上環(huán)(4. 1)、中環(huán)(4. 2)和下環(huán)(4. 11)通過緊固螺栓連接成壓力室(4)； 中環(huán)(4. 2)內(nèi)設(shè)置有隔膜室(4. 3)，隔膜室(4. 3)外側(cè)通過第1、2三通閥(4.5,4. 6)分 別與第2玻璃管(4. 4)和側(cè)壓力傳感器(5. 5)相連；下環(huán)(4. 11)中部設(shè)置有第2氣壓力孔道(4. 13)、孔隙水壓力孔道(4. 9)和第2水壓力 孔道(4. 14)，下環(huán)(4. 11)側(cè)壁設(shè)置有排水孔(4.7)；第2氣壓力孔道(4. 13) 一端通過第2 防水透氣(4. 12)和第3透水石(4. 10)通向壓力室(4)的底部，另一端與第3體積壓力控 制器(4. 15)相連，第3體積壓力控制器(4. 15)和高壓氣瓶(6)連接；孔隙水壓力孔道(4. 9)通過第3三通閥(4. 17)分別與第3玻璃管(4. 18)和孔隙水 壓力傳感器(5. 6)相連，第2水壓力孔道(4. 14) 一端通過第2陶土板(4. 8)通向壓力室 (4)的底部，另一端與第4體積壓力控制器(4. 16)相連，第4體積壓力控制器(4. 16)和水 箱(7)相連。
6.按權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(5)包括第1壓力變送器(5. 1)、第2壓力變送器(5. 2)、第3壓 力變送器(5. 3)、第4壓力變送器(5. 4)、側(cè)壓力傳感器(5. 5)、孔隙水壓力傳感器(5. 6)、計(jì) 算機(jī)(5. 7)、動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)(5. 8)和位移傳感器(5. 9)；第1壓力變送器(5. 1)、第2壓力變送器(5. 2)、第3壓力變送器(5. 3)、第4壓力變送 器(5. 4)、側(cè)壓力傳感器(5. 5)、孔隙水壓力傳感器(5. 6)和位移傳感器(5. 9)分別通過信 號(hào)傳輸線與動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)(5. 8)和計(jì)算機(jī)(5. 7)連接；第1壓力變送器(5. 1)設(shè)置于第2體積壓力控制器(3. 13)與壓力室(4)之間； 第2壓力變送器(5. 2)設(shè)置于第3體積壓力控制器(4. 15)與壓力室(4)之間； 第3壓力變送器(5. 3)設(shè)置于第1體積壓力控制器(3. 12)與壓力室(4)之間； 第4壓力變送器(5. 4)設(shè)置于第4體積壓力控制器(4. 16)與壓力室(4)之間； 側(cè)壓力傳感器(5. 5)位于隔膜室(4. 3)外側(cè)，通過信號(hào)傳輸線與動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)(5.8) 相連接；孔隙水壓力傳感器(5.6)位于壓力室(4)底部的孔隙水壓力孔道(4.9)上，通過信號(hào) 傳輸線與動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)(5. 8)相連接；位移傳感器(5.9)設(shè)置于百分表(2. 1)上，通過信號(hào)傳輸線與動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)(5.8)相 連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多功能土的固結(jié)及滲透試驗(yàn)裝置，屬于土工試驗(yàn)領(lǐng)域。本裝置包括動(dòng)荷載系統(tǒng)、靜荷載系統(tǒng)、傳壓蓋板、壓力室、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高壓氣瓶和水箱；動(dòng)荷載系統(tǒng)和靜荷載系統(tǒng)分別與傳壓蓋板連接；傳壓蓋板、壓力室和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前后依次連接；高壓氣瓶分別與傳壓蓋板和壓力室連接；水箱分別與傳壓蓋板和壓力室連接。本裝置測(cè)試原理直觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、穩(wěn)定性好、易于操作、拆卸方便，對(duì)安裝測(cè)試人員沒有很高的技術(shù)要求。本實(shí)用新型適用于飽和土動(dòng)力固結(jié)、固結(jié)滲透聯(lián)合測(cè)定、應(yīng)力松弛和流變的試驗(yàn)，還適用于非飽和土的固結(jié)、滲水和滲氣的試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/08GK201773056SQ201020502058
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者孟慶山, 秦月, 陳能遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所