專利名稱：層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)及測試方法
層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)及測試方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于土工試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測量層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)的測試系統(tǒng)及測試方法。
背景技術(shù)：
土體滲透系數(shù)是反映土體透水性能的定量指標(biāo)，是工程中評價土體的透水能力、 抗?jié)B透變形能力、抗?jié)B透破壞能力等的一個極其重要的指標(biāo)。在土體工程中，常見的施工方法是土料逐層虛鋪后壓實，形成的土工結(jié)構(gòu)具有顯著的層狀特性。由于施工方法引起土工結(jié)構(gòu)具有了層狀特性，導(dǎo)致其滲透特性也呈現(xiàn)顯著的各向異性特性，即平行于層面的滲透系數(shù)明顯不同于垂直于層面的滲透系數(shù)。研究層狀土體的各向異性滲透系數(shù)的測定問題具有重要的現(xiàn)實意義。
測試土體滲透系數(shù)的方法主要有現(xiàn)場原位試驗和室內(nèi)試驗兩種，其中室內(nèi)試驗分為常水頭試驗和變水頭試驗，均基于達(dá)西定律計算滲透系數(shù)。常水頭試驗適用于測試滲透性較強土體的滲透系數(shù)。我國現(xiàn)行土工試驗規(guī)程中的常水頭試驗只能測試均質(zhì)土樣或?qū)訝钔翗哟怪庇趯用娴臐B透系數(shù)，無法測試平行于層面的滲透系數(shù)。
目前，室內(nèi)測定土體滲透系數(shù)的儀器已有多種，按照試樣周圍的約束條件分為硬壁式滲透儀和柔壁式滲透儀；按照施加水頭的情況分為常水頭試驗和變水頭試驗。常用的硬壁式滲透儀主要有70型滲透儀、南55型滲透儀等。70型滲透儀適用于測定砂性土的滲透系數(shù)，南55型滲透儀適用于測定粘性土的滲透系數(shù)。柔壁式滲透儀多以三軸試驗儀改進(jìn)而成，將土樣套入橡膠模以施加側(cè)向圍壓，進(jìn)行滲透試驗。現(xiàn)有的滲透儀普遍存在試樣尺寸較小、提供的滲透壓力小、測試周期長、密封止水效果差、無法測量平行于層面的滲透系數(shù)、 儀器操作復(fù)雜等缺陷。不少學(xué)者針對特定問題，對常規(guī)滲透儀進(jìn)行了改進(jìn)或研制了新的儀器，但或仍無法測試平行于層面的滲透系數(shù)；或即使能夠測試平行于層面的滲透系數(shù)，仍存在操作復(fù)雜、測試時間長、試樣不易飽和，無法在同一儀器中測試兩個方向的滲透系數(shù)等缺陷。
對于常規(guī)滲透儀以及已有改進(jìn)儀器不能滿足準(zhǔn)確測定層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)的問題，需要研制一種滲透試驗系統(tǒng)以測試層狀粗粒土體的各向異性滲透系數(shù)的測試方法。發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何測試層狀粗粒土體的各向異性滲透系數(shù)。
本發(fā)明的目的之一是提出一種層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)；本發(fā)明的目的之二是提出一種層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試方法。
本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明提供的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)，包括上游供水裝置、滲透裝置、下游量水裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述上游供水裝置將儲存的試驗用水注入到滲透裝置， 經(jīng)過滲透裝置的滲透水將被收集到下游量水裝置，所述滲透裝置和下游量水裝置通過設(shè)置的信息采集裝置將采集的滲水信息輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。
進(jìn)一步，所述上游供水裝置包括用于儲存試驗用水的水汽交換器和用于給水汽交換器提供難溶于水的高壓氣體的高壓氣體源；所述高壓氣體源通過壓力氣體進(jìn)氣管將高壓氣體通入水汽交換器中，所述水汽交換器通過壓力水進(jìn)水管將試驗用水壓入滲透裝置中。
進(jìn)一步，所述滲透裝置包括進(jìn)水室、試樣室和出水室；所述進(jìn)水室和試樣室之間設(shè)置有透水板；所述試樣室和出水室之間設(shè)置有透水板；所述進(jìn)水室安裝有用于測量進(jìn)水室水頭的水壓力傳感器；所述出水室安裝有用于測量出水室水頭的水壓力傳感器；所述試樣室等間距安裝有多個用于測量固定過水?dāng)嗝嫠^的孔隙水壓力傳感器；所述進(jìn)水室通過壓力水進(jìn)水管與上游供水裝置連接；所述出水室通過出水管與下游量水裝置連接。
進(jìn)一步，所述試樣室的形狀為長方體形，其尺寸為aXaXb，且b為a的2—4倍； 所述試樣室的一個aXb長方形側(cè)面和一個aXa正方形側(cè)面為能打開的側(cè)面；所述進(jìn)水室和出水室的尺寸為aXaXc，其中，c為進(jìn)水室和出水室的厚度，c為a的O. 1—0. 5倍。
進(jìn)一步，所述下游量水裝置包括儲水容器及設(shè)置于儲水容器上的稱重傳感器、流量傳感器和計時傳感器；所述儲水容器，用于容納通過試樣的滲透水，為了防止液面蒸發(fā)損失水量，該容器為半密封結(jié)構(gòu)；所述稱重傳感器，用于測量儲水容器內(nèi)水的質(zhì)量變化；所述流量傳感器，用于測量進(jìn)入儲水容器內(nèi)水的流量；所述計時傳感器，用于記錄儲水容器水量變化過程的歷時；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于自動采集、儲存和分析采集到滲透裝置和下游量水裝置的試驗數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明提供的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)來進(jìn)行各向異性滲透系數(shù)測試方法，包括以下步驟SI:準(zhǔn)備試驗土料，并把土料平均分成至少2份；S2:根據(jù)制備試樣的層面與過水?dāng)嗝嫫叫谢虼怪钡囊筮x擇打開前述層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室的相應(yīng)側(cè)面；S3:把其中一份試驗土料裝入層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)的試樣室，并壓實到要求的密實度；S4:重復(fù)步驟S3，直至層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室完全充滿試樣；55:密閉步驟S2中打開的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室的側(cè)面；56:飽和試樣；57:直接對經(jīng)過飽和的試樣進(jìn)行滲透系數(shù)測試；58:結(jié)束試驗。
進(jìn)一步，所述試樣的形狀為長方體形，其尺寸為aXaXb，垂直于滲透方向的試樣斷面為正方形，其邊長為a,且a為試樣粒徑d85的5 —10倍；b為試樣長度,且b為a的2— 4倍。
進(jìn)一步，所述試樣制備采用分層壓實的方法進(jìn)行制備，制備后的試樣直接用于測試其滲透系數(shù)；所述試樣制備具體步驟如下所述試樣制備包括平行于層面滲透試樣的制備和垂直于層面滲透試樣的制備；所述試樣制備平行于層面滲透系數(shù)試樣的制備，采用在滲透裝置內(nèi)分層虛鋪試驗土料并逐層壓實制樣，所述制備試樣的層面與試樣的長邊平行、與試樣橫截斷面垂直，使得層面與試驗中滲透方向一致；所述垂直于層面滲透試樣的制備；采用在滲透裝置內(nèi)分層虛鋪試驗土料并逐層壓實制樣，所述制備試樣的層面與試樣的長邊垂直、與試樣橫截斷面平行，使得層面與試驗中滲透方向垂直；所述試樣層面間距、土料類型根據(jù)試驗?zāi)康拇_定。
進(jìn)一步，所述滲透系數(shù)測試具體包括以下步驟551:確定試樣內(nèi)的兩個過水?dāng)嗝妫y量兩個過水?dāng)嗝骈g的距離和過水?dāng)嗝娴拿娣e；552:測試過水?dāng)嗝嫣幍乃^，所述過水?dāng)嗝嫣幍乃^通過安裝在過水?dāng)嗝嫣幍目紫端畨毫鞲衅骰蚩紫端畨毫y壓管實時精確測定；S53:測試通過過水?dāng)嗝娴乃?，所述通過過水?dāng)嗝娴乃坎捎冒惭b在試樣出水口的流量傳感器直接測定或稱重傳感器間接測定；S54 :試驗歷時測量，所述試驗歷時通過計時器或計時傳感器測定。
進(jìn)一步，所述滲透系數(shù)測試包括平行于層面的滲透系數(shù)測試和垂直于層面的滲透系數(shù)測試；所述平行于層面的滲透系數(shù)測試，用于對平行于層面滲透試樣的滲透系數(shù)測試；所述垂直于層面的滲透系數(shù)測試，用于對垂直于層面滲透試樣的滲透系數(shù)測試。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明提供的測量層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)的測試系統(tǒng)采用上游供水裝置、滲透裝置、下游量水裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；使得滲透試驗測試的試樣能夠在本裝置的試樣室中進(jìn)行制備試樣、飽和試樣、實時測量過水?dāng)嗝嫣幍乃^和通過試樣的水量，以便依據(jù)達(dá)西定律計算滲透系數(shù)。本發(fā)明采用分層壓實的方法制備試樣，并將制備后的試樣直接用于測試其滲透系數(shù)，這樣避免了對試樣的擾動。采用形狀為長方體形的試樣，垂直于滲透方向的試樣斷面為正方形，平行于滲透方向的斷面為長方形，且沿滲透方向邊長大于垂直滲透方向邊長的2倍，該試樣適合于測試層狀粗粒土體的各向異性滲透系數(shù)。



為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖I是本發(fā)明滲透系數(shù)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明上游供水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的滲透裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的下游量水裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明的試樣形狀及尺寸示意圖；圖6是本發(fā)明的制備用于測試平行于層面滲透系數(shù)的試樣示意圖；圖7是本發(fā)明的制備用于測試垂直于層面滲透系數(shù)的試樣示意圖；圖8是本發(fā)明的滲透系數(shù)測試方法示意圖。
圖中11_上游供水裝置；12_滲透裝置；13_下游量水裝置；14_數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 21-水汽交換器；22_高壓氣體源；23_壓力氣體進(jìn)氣管；24_壓力水進(jìn)水管；31_進(jìn)水室； 32-試樣室；33_出水室；34_透水板；35_出水管；36-孔隙水壓力傳感器；37、38_水壓力傳感器；41_儲水容器；42_稱重傳感器；43_流量傳感器；44_計時傳感器；51_上游水頭；52_下游水頭；53_滲透方向；54_平行于滲透方向的層面；55_垂直于滲透方向的層面； 81-上游過水?dāng)嗝嫣幍乃^；82_下游過水?dāng)嗝嫣幍乃^；83_兩過水?dāng)嗝骈g的距離；84_上游過水?dāng)嗝妫?5_下游過水?dāng)嗝妗?br> 具體實施方式
以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
圖1是本發(fā)明滲透系數(shù)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明上游供水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的滲透裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明的下游量水裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示本發(fā)明提供的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)，包括上游供水裝置 11、滲透裝置12、下游量水裝置13和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14 ；上游供水裝置的目的是給試樣提供試樣飽和及滲透系數(shù)測試所需的水，且具有一定的 水頭，該裝置與滲透裝置的進(jìn)水室相連。所述上游供水裝置將儲存的試驗用水注入到滲透裝置，經(jīng)過滲透裝置的滲透水將被收集到下游量水裝置，所述滲透裝置和下游量水裝置通過設(shè)置的信息采集裝置將采集的滲水信息輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。
所述上游供水裝置包括用于儲存試驗使用的水的水汽交換器21和用于給水汽交換器提供難溶于水的高壓氣體的高壓氣體源22 ;所述高壓氣體源通過壓力氣體進(jìn)氣管23 將高壓氣體壓入水汽交換器中；所述水汽交換器通過壓力水進(jìn)水管24將水壓入滲透裝置中。
水汽交換器可以儲存足夠試驗使用的水，并在有高壓氣源的條件下可以使水具有較高的水頭，并通過進(jìn)水管提供給滲透裝置的進(jìn)水室。高壓氣體源用于給水汽交換器提供難溶于水的高壓氣體，如氮氣。
滲透裝置是滲透試驗系統(tǒng)的核心，其目的是制備試樣、飽和試樣、實時測量過水?dāng)嗝嫣幍乃^和通過試樣的水量，以便依據(jù)達(dá)西定律計算滲透系數(shù)。所述滲透裝置包括進(jìn)水室31、試樣室32和出水室33 ;所述進(jìn)水室和試樣室之間設(shè)置有透水板34 ;所述試樣室和出水室之間設(shè)置有透水板；所述進(jìn)水室安裝有用于測量進(jìn)水室水頭的水壓力傳感器37 ;所述出水室安裝有用于測量出水室水頭的水壓力傳感器38;以便分別測量進(jìn)水室和出水室的水頭。
所述試樣室等間距安裝有用于測量固定過水?dāng)嗝嫠^的孔隙水壓力傳感器36 ； 本實施例中試樣室等間距安裝4個孔隙水壓力傳感器，以便同時測量4個固定過水?dāng)嗝娴乃^。所述進(jìn)水室通過壓力水進(jìn)水管24與上游供水裝置連接，出水室通過出水管35與下游量水裝置連接。
所述試樣室的形狀為長方體形，其尺寸為aXaXb (a為垂直于滲透方向的邊長，b 為平行于滲透方向的邊長)，且b宜不小于a的2倍，即b彡2a，本實施例中b為a的2— 4 倍，也可以按實際要求進(jìn)行改變；所述試樣室的一個aX b長方形側(cè)面和一個aX a正方形側(cè)面為能打開的側(cè)面；所述進(jìn)水室和出水室的尺寸為aXaXc (c為進(jìn)水室和出水室的厚度， c約為a的O. I—0.5倍)。
下游量水裝置的目的是測量通過試樣的水量和經(jīng)歷的時間，該裝置與滲透裝置的出水室相連。所述下游量水裝置包括儲水容器41及設(shè)置于儲水容器上的稱重傳感器42、流量傳感器43和計時傳感器44 ；所述儲水容器，用于容納通過試樣滲透的水，為了防止液面蒸發(fā)損失水量，該容器為半密封結(jié)構(gòu)。
所述稱重傳感器，用于測量儲水容器內(nèi)水的質(zhì)量變化，以便間接得到水的體積，可計算得到流量。
所述流量傳感器，用于測量進(jìn)入儲水容器內(nèi)水的流量，流量傳感器用于直接測量流量。稱重傳感器和流量傳感器相互補充，以確保流量測量結(jié)果正確。
所述計時傳感器，用于記錄儲水容器水量變化過程的歷時。
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于自動采集、儲存和分析采集到滲透裝置和下游量水裝置的試驗數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)用于自動采集、儲存和分析試驗數(shù)據(jù)，與滲透裝置和下游量水裝置中的各傳感器相連，由數(shù)據(jù)采集箱、計算機和數(shù)據(jù)采集分析軟件三部分組成。
還包括試驗附件，所述試驗附件包括制樣壓實器和天平。
圖5是本發(fā)明的試樣形狀及尺寸示意圖，圖6是本發(fā)明的制備用于測試平行于層面滲透系數(shù)的試樣示意圖，圖7是本發(fā)明的制備用于測試垂直于層面滲透系數(shù)的試樣示意圖，圖8是本發(fā)明的滲透系數(shù)測試方法示意圖，圖中，上游水頭51 ;下游水頭52 ;滲透方向 53 ;平行于滲透方向的層面54 ;垂直于滲透方向的層面55 ;上游過水?dāng)嗝嫣幍乃^81 ;下游過水?dāng)嗝嫣幍乃^82 ;兩過水?dāng)嗝骈g的距離83 ;上游過水?dāng)嗝?4 ;下游過水?dāng)嗝?5，如圖所示本發(fā)明提供的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試方法，包括以下步驟51:準(zhǔn)備試驗土料，并把試驗土料平均分成至少2份，也可以根據(jù)實際要求來分配試驗土料；52:確定試樣尺寸。試樣的形狀為長方體形，其尺寸為aXaXb，垂直于滲透方向的試樣斷面為正方形，其邊長為a，且a不小于試樣粒徑d85的5倍，本實施例中取a為試樣粒徑 d85的5 —10倍；b為試樣長度，b為a的2— 4倍。
S3:根據(jù)制備試樣的層面與過水?dāng)嗝嫫叫谢虼怪钡囊筮x擇打開前述層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室的相應(yīng)側(cè)面；54:把其中一份試驗土料裝入層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)的試樣室，并壓實到要求的密實度；S4:重復(fù)步驟S3，直至層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室完全充滿試樣；55:密閉步驟S2中打開的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室的側(cè)面。
所述試樣制備采用分層壓實的方法制備，制備后的試樣直接用于測試其滲透系數(shù)。所述試樣制備具體步驟如下所述試樣制備包括平行于層面滲透試樣的制備和垂直于層面滲透試樣的制備；所述試樣制備平行于層面滲透系數(shù)試樣的制備，采用在滲透裝置內(nèi)分層虛鋪試驗土料并逐層壓實制樣，所制備試樣的層面與試樣的長邊平行、與試樣橫截斷面垂直，使得層面與試驗中滲透方向一致；所述垂直于層面滲透試樣的制備；采用在滲透裝置內(nèi)分層虛鋪試驗土料并逐層壓實制樣，所制備試樣的層面與試樣的長邊垂直、與試樣橫截斷面平行，使得層面與試驗中滲透方向垂直。
所述試樣層面間距、土料類型根據(jù)試驗?zāi)康拇_定。試樣內(nèi)的各層面間距可以是相同的，也可以是不同的；試樣內(nèi)各層土料可以是相同的，也可以是不同的。
所述滲透裝置為長方體形的試樣室，所述試樣室設(shè)置有能分別打開的兩個相互垂直的方向的側(cè)面，根據(jù)制備試樣的層面與過水?dāng)嗝嫫叫谢虼怪钡囊筮x擇打開試樣室的相應(yīng)側(cè)面，然后在試樣室內(nèi)制備滿足試驗要求的試樣。
S6 :飽和試樣；S7:直接對經(jīng)過飽和的試樣進(jìn)行滲透系數(shù)測試；按照地下水滲流理論，測試土體的滲透系數(shù)，所述滲透系數(shù)測試具體包括以下步驟571:確定試樣內(nèi)的兩個過水?dāng)嗝?，并測量兩個過水?dāng)嗝骈g的距離和過水?dāng)嗝娴拿娣e；572:測試過水?dāng)嗝嫣幍乃^，所述過水?dāng)嗝嫣幍乃^通過安裝在過水?dāng)嗝嫣幍目紫端畨毫鞲衅骱?或孔隙水壓力測壓管實時測定；573:測試通過過水?dāng)嗝娴乃?，所述通過過水?dāng)嗝娴乃客ㄟ^安裝在試樣出水口的流量傳感器直接測定和/或稱重傳感器間接測定；574:試驗歷時測量，所述試驗歷時通過計時器和/或計時傳感器測定。
所述滲透系數(shù)測試包括平行于層面的滲透系數(shù)測試和垂直于層面的滲透系數(shù)測試；所述平行于層面的滲透系數(shù)測試，用于對平行于層面滲透試樣的滲透系數(shù)測試；所述垂直于層面的滲透系數(shù)測試，用于對垂直于層面滲透試樣的滲透系數(shù)測試。
S8 :結(jié)束試驗。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于包括上游供水裝置、滲透裝置、下游量水裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述上游供水裝置將儲存的試驗用水注入到滲透裝置，并將經(jīng)過滲透裝置的滲透水收集到下游量水裝置，所述滲透裝置和下游量水裝置通過設(shè)置的信息采集裝置將采集的滲水信息輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于所述上游供水裝置包括用于儲存試驗用水的水汽交換器和用于給水汽交換器提供難溶于水的高壓氣體的高壓氣體源；所述高壓氣體源通過壓力氣體進(jìn)氣管將高壓氣體通入水汽交換器中，所述水汽交換器通過壓力水進(jìn)水管將試驗用水壓入滲透裝置中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于所述滲透裝置包括進(jìn)水室、試樣室和出水室；所述進(jìn)水室和試樣室之間設(shè)置有透水板；所述試樣室和出水室之間設(shè)置有透水板；所述進(jìn)水室安裝有用于測量進(jìn)水室水頭的水壓力傳感器；所述出水室安裝有用于測量出水室水頭的水壓力傳感器；所述試樣室等間距安裝有多個用于測量固定過水?dāng)嗝嫠^的孔隙水壓力傳感器；所述進(jìn)水室通過壓力水進(jìn)水管與上游供水裝置連接；所述出水室通過出水管與下游量水裝置連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于所述試樣室的形狀為長方體形，其尺寸為aXaXb，且b為a的2— 4倍；所述試樣室的一個aXb長方形側(cè)面和一個aXa正方形側(cè)面為能打開的側(cè)面；所述進(jìn)水室和出水室的尺寸為aXaXc，其中，c為進(jìn)水室和出水室的厚度，c為a的0. 1—0. 5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于所述下游量水裝置包括儲水容器及設(shè)置于儲水容器上的稱重傳感器、流量傳感器和計時傳感器；所述儲水容器，用于容納通過試樣的滲透水，為了防止液面蒸發(fā)損失水量，該儲水容器為半密封結(jié)構(gòu)；所述稱重傳感器，用于測量儲水容器內(nèi)水的質(zhì)量變化；所述流量傳感器，用于測量進(jìn)入儲水容器內(nèi)水的流量；所述計時傳感器，用于記錄儲水容器水量變化過程的歷時；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于自動采集、儲存和分析采集到滲透裝置和下游量水裝置的試驗數(shù)據(jù)。
6.利用權(quán)利要求1-5中任一項所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)來進(jìn)行各向異性滲透系數(shù)的測試方法，其特征在于包括以下步驟 51:準(zhǔn)備試驗土料，并把土料平均分成至少2份； 52:根據(jù)制備試樣的層面與過水?dāng)嗝嫫叫谢虼怪钡囊筮x擇打開前述層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室的相應(yīng)側(cè)面； 53:把其中一份試驗土料裝入層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)的試樣室，并壓實到要求的密實度； S4:重復(fù)步驟S3，直至層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室完全充滿試樣； 55:密閉步驟S2中打開的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)試樣室的側(cè)面； 56:飽和試樣； 57:直接對經(jīng)過飽和的試樣進(jìn)行滲透系數(shù)測試； 58:結(jié)束試驗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試方法，其特征在于所述試樣的形狀為長方體形，其尺寸為aXaXb，垂直于滲透方向的試樣斷面為正方形，其邊長為a,且a為試樣粒徑d85的5 —10倍；b為試樣長度，b為a的2— 4倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試方法，其特征在于所述試樣制備采用分層壓實的方法進(jìn)行制備，制備后的試樣直接用于測試其滲透系數(shù)；所述試樣制備具體步驟如下 所述試樣制備包括平行于層面滲透試樣的制備和垂直于層面滲透試樣的制備；所述試樣制備平行于層面滲透系數(shù)試樣的制備，采用在滲透裝置內(nèi)分層虛鋪試驗土料并逐層壓實制樣，所述制備試樣的層面與試樣的長邊平行、與試樣橫截斷面垂直，使得層面與試驗中滲透方向一致； 所述垂直于層面滲透試樣的制備；采用在滲透裝置內(nèi)分層虛鋪試驗土料并逐層壓實制樣，所述制備試樣的層面與試樣的長邊垂直、與試樣橫截斷面平行，使得層面與試驗中滲透方向垂直；所述試樣層面間距、土料類型根據(jù)試驗?zāi)康拇_定。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試方法，其特征在于所述滲透系數(shù)測試具體包括以下步驟 551:確定試樣內(nèi)的兩個過水?dāng)嗝妫y量兩個過水?dāng)嗝骈g的距離和過水?dāng)嗝娴拿娣e； 552:測試過水?dāng)嗝嫣幍乃^，所述過水?dāng)嗝嫣幍乃^通過安裝在過水?dāng)嗝嫣幍目紫端畨毫鞲衅骰蚩紫端畨毫y壓管實時測定； 553:測試通過過水?dāng)嗝娴乃浚鐾ㄟ^過水?dāng)嗝娴乃坎捎冒惭b在試樣出水口的流量傳感器直接測定或稱重傳感器間接測定； 554:試驗歷時測量，所述試驗歷時通過計時器或計時傳感器測定。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試方法，其特征在于所述滲透系數(shù)測試包括平行于層面的滲透系數(shù)測試和垂直于層面的滲透系數(shù)測試； 所述平行于層面的滲透系數(shù)測試，用于對平行于層面滲透試樣的滲透系數(shù)測試； 所述垂直于層面的滲透系數(shù)測試，用于對垂直于層面滲透試樣的滲透系數(shù)測試。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種層狀粗粒土體各向異性滲透系數(shù)測試系統(tǒng)及測試方法，包括上游供水裝置、滲透裝置、下游量水裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；上游供水裝置將儲存的試驗用水注入到滲透裝置，經(jīng)過滲透裝置的滲透水將被收集到下游量水裝置，滲透裝置和下游量水裝置通過設(shè)置的信息采集裝置將采集的滲水信息輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。直接在該系統(tǒng)的試樣室中制備試樣、飽和試樣、實時測量過水?dāng)嗝嫣幍乃^和通過試樣的水量，避免了對試樣的擾動。試樣的形狀為長方體形，垂直于滲透方向的試樣斷面為正方形，平行于滲透方向的試樣斷面為長方形，且沿滲透方向邊長大于垂直滲透方向邊長的2倍，該試樣適于測試層狀粗粒土體的各向異性滲透系數(shù)。
文檔編號G01N15/08GK102980842SQ20121053067
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者王俊杰, 邱珍鋒, 馬偉 申請人:重慶交通大學(xué)