一種土體水?氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土體水?氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，包括濕陷固結(jié)滲透儀、滲水系數(shù)測定系統(tǒng)和滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)，其中濕陷固結(jié)滲透儀包括底座和環(huán)刀，環(huán)刀內(nèi)填充有土試樣，土試樣頂端設(shè)置有加壓控制系統(tǒng)，加壓控制系統(tǒng)上安裝有用于測量加壓系統(tǒng)中活塞位移的百分表和測量氣壓的壓力表；滲水系數(shù)測定系統(tǒng)和滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)分別通過管接口與濕陷固結(jié)滲透儀連接。該儀器采用模塊化設(shè)計，既可以進行標準高度土樣試驗，也可以根據(jù)需要制備不同高度的土樣進行試驗，同時具有測定滲透系數(shù)、滲氣系數(shù)、固結(jié)系數(shù)、黃土濕陷系數(shù)以及黃土濕陷后的滲透系數(shù)、滲氣系數(shù)的測定。該儀器具有靈活性好，試驗周期短，壓力控制穩(wěn)定可靠，省時省力，性價比高等特點。
【專利說明】
一種土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，尤其是涉及一種土體濕陷 試驗、固結(jié)試驗、滲水系數(shù)測定、滲氣系數(shù)測定以及濕陷后土體滲透系數(shù)測定、滲氣系數(shù)測 定的儀器。
【背景技術(shù)】
[0002] 水(大氣降水、灌溉水、工業(yè)用水、生活廢水等)對巖土體災(zāi)害（崩塌、滑坡、泥流、地 面沉降等）的不利影響已經(jīng)得到廣泛認同。在濕陷性黃土地區(qū)許多的地質(zhì)災(zāi)害都與水在黃 土中的滲流密切相關(guān)。然而，在天然環(huán)境中，土體中的滲流不但有液相的滲透，也有氣相的 滲透，土體中液相和氣相的滲透規(guī)律及其滲透系數(shù)的測定方法一直都是非飽和土力學研究 的重要內(nèi)容。同時，水、氣在地層中的滲水系數(shù)、滲氣系數(shù)也是綜合反映土體滲透能力的重 要指標，其測試結(jié)果的準確性對地基工程及斜坡穩(wěn)定性計算有著非常重要的意義。
[0003] 目前，對于粘性土的滲透試驗多采用南京土壤儀器廠生產(chǎn)的TST-55型滲透儀進 行。然而，針對粘性土滲透性較低，試樣飽和需要的時間長且飽和不理想這一問題，王桂堯 等人(CN201561921U)研制出變水頭壓力滲透儀。針對用環(huán)刀切取試樣時，由于環(huán)刀下壓的 力度不均勻，使環(huán)刀內(nèi)壁與試樣之間出現(xiàn)不同程度的空隙，致使發(fā)生側(cè)壁滲漏/水流短路現(xiàn) 象，嵇其偉等人(CN204718934U)研制出采用對開套筒裝樣，用凡士林涂抹內(nèi)壁的一種新型 粘性土滲透儀。然而，水頭管的水頭測量以及相應(yīng)計時都為人工讀數(shù)和秒表計時，誤差較 大，精度低，很難滿足測試要求。
[0004] 對于土體滲氣系數(shù)測量多采用液體流量來換算氣體流量，如丁樸榮 (CN85204904U)采用水的流量來換算氣體流量，研制出能夠測量滲氣系數(shù)范圍在10* 3~10- 6cm/s的瀝青混凝土集粒材料滲氣系數(shù)的滲透儀。針對采用液體流量來換算氣體流量的方 法測量精度差、操作復(fù)雜且費時等缺陷，方祥位等人(CN2032168621U)對土工三軸試驗儀進 行改裝，采用高于大氣壓10~20kpa圍壓來防止氣體從乳膠膜與試樣之間滲出，通過雙量程 流量計能夠精確的測量排出氣體體積，計算得到低滲氣性土壤的滲氣系數(shù)。但是圍壓是否 會影響土體結(jié)構(gòu)的完整性或?qū)ν馏w結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動卻是一個值得考慮的問題。
[0005] 黃土濕陷試驗是黃土濕陷性研究的重要試驗，濕陷變形量的準確測定是濕陷性黃 土地區(qū)建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)設(shè)計的主要依據(jù)之一。而對于濕陷性黃土地區(qū)采用預(yù)先浸水方式處 理的建筑物地基，測定建筑物運營期黃土地層的二次乃至多次濕陷（亦即"滲透一濕陷--滲 透變形指標也是非常重要的。然而，目前的室內(nèi)二次濕陷試驗均需要待現(xiàn)場預(yù)浸水穩(wěn) 定后進行取樣，再測定其二次濕陷變形指標，其費時、費力且成本高昂。目前，黃土濕陷試 驗、固結(jié)試驗，大都采用普通單杠桿固結(jié)儀進行，不僅費時、費力，成本高，而且不能在避免 二次人為擾動的條件下進行"滲透一濕陷一滲透"試驗以及滲氣系數(shù)的測定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種水-氣濕陷固結(jié)滲 透聯(lián)合測定儀。該儀器采用模塊化設(shè)計，既可以進行標準高度土樣試樣，也可以根據(jù)需要制 備不同高度的土試樣進行試驗，同時具有測定滲透系數(shù)、滲氣系數(shù)、固結(jié)系數(shù)、黃土濕陷系 數(shù)以及黃土濕陷后的滲透系數(shù)、滲氣系數(shù)的測定。該儀器具有靈活性好，試驗周期短，壓力 控制穩(wěn)定可靠，省時省力，性價比高等特點。
[0007] 為了實現(xiàn)上述特點，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] 一種水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，包括濕陷固結(jié)滲透儀，所述的固結(jié)滲透儀包 括底座和環(huán)刀，所述的底座上設(shè)置有階梯式凹槽，所述的環(huán)刀安裝在階梯式凹槽內(nèi)，環(huán)刀內(nèi) 填充有土試樣，其特征在于，所述的環(huán)刀外套裝有圓筒形滲透模，所述的滲透模側(cè)壁上設(shè)置 有與環(huán)刀內(nèi)部相通的第二管接口； 土試樣頂端設(shè)置有加壓控制系統(tǒng)，加壓控制系統(tǒng)包括設(shè) 置在土試樣上方的活塞，所述的加壓控制系統(tǒng)上安裝有用于測量活塞位移的百分表和壓力 表;所述的底座側(cè)壁上對稱設(shè)置有與凹槽底部相通的第三管接口和第四管接口；所述的測 定儀還包括滲水系數(shù)測定系統(tǒng)和滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)，所述的滲水系數(shù)測定系統(tǒng)分別通過第 二管接口和第三管接口與濕陷固結(jié)滲透儀連接，所述的滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)通過第四管接口 與濕陷固結(jié)滲透儀連接。
[0009] 進一步地，所述的環(huán)刀和滲透模之間設(shè)置有圓筒形試樣套座，所述的試樣套座內(nèi) 徑與環(huán)刀外徑相匹配;所述的土試樣的底端和頂端分別設(shè)置有下透水石和上透水石，其中 上透水石位于土試樣與活塞之間，下透水石位于凹槽與土試樣之間。
[0010] 進一步地，所述的加壓控制系統(tǒng)包括氣缸，所述的底座上設(shè)置有立柱，氣缸通過法 蘭可拆卸安裝在環(huán)刀的頂部，且氣缸內(nèi)徑與環(huán)刀內(nèi)徑相同；
[0011] 所述的活塞裝配在氣缸內(nèi)，活塞與一個穿透氣缸頂部的活塞桿連接，在活塞桿內(nèi) 部設(shè)置有通氣道，活塞桿的外壁上設(shè)置有與通氣道連通的第一通道，第一通道上裝配有第 一孔塞;所述的百分表的測量端與活塞桿頂部接觸;氣缸頂部設(shè)置與氣缸內(nèi)部連通的第二 通道，第二通道上裝配有第二孔塞，氣缸側(cè)壁上對稱設(shè)置有第一管接口和第三通道，第三通 道上裝配有第三孔塞；
[0012] 所述的加壓控制系統(tǒng)還包括減壓閥，減壓閥的一端通過第一截止閥與氣源連接， 加壓閥的另一端通過一個三通管接口分別連接所述的壓力表、第一管接口；在第一管接口 與三通管接口之間設(shè)置有第二截止閥。
[0013] 進一步地，所述的滲水系數(shù)測定系統(tǒng)包括閥組I和分別與閥組I連接的測液壓系 統(tǒng)、真空系統(tǒng)、充水系統(tǒng)；
[0014] 所述的測液壓系統(tǒng)包括控制儀、圓柱形測壓管，所述的測壓管內(nèi)設(shè)置有浮子，所述 的測壓管外套裝有光電傳感器組;所述的光電傳感器組包括固定套，固定套上沿軸向分布 有多個用于檢測浮子位置的光電傳感器，所述的光電傳感器均與控制儀連接，在控制儀上 還設(shè)置有顯示屏；
[0015] 所述的真空系統(tǒng)包括一個帶有塞子的儲備瓶，儲備瓶內(nèi)部通過管道穿過塞子與一 個抽真空裝置連接；
[0016] 所述的充水系統(tǒng)包括水箱，所述的水箱中設(shè)置有供水栗，水箱的側(cè)壁上開設(shè)有一 個管接口，水箱通過管接口連接有溢流器，所述的溢流器位置高于水箱；
[0017] 所述的測液壓系統(tǒng)中的測壓管與充水系統(tǒng)中的水箱連接。
[0018] 進一步地，所述的閥組I包括E閥、F閥、G閥、Η閥、I閥和J閥，其中I閥兩端分別與E閥 和G閥的一端連接，E閥的另一端與測壓控制系統(tǒng)中的測壓管底部連接，G閥的另一端通過管 道與真空系統(tǒng)中的儲備瓶內(nèi)部連通，J閥兩端分別與Η閥和F閥的一端連接，Η閥的另一端與 充水系統(tǒng)中的供水栗連接，F(xiàn)閥的另一端與充水系統(tǒng)的溢流器連接，I閥與Ε閥連接的一端還 連接有第五管接口，J閥與F閥連接的一端還連接有第六管接口，所述的第五管接口與所述 的第四管接口連接，所述的第六管接口與所述的第三管接口連接。
[0019] 進一步地，所述的滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、閥組Π、測氣壓系統(tǒng)、真空栗 和氣室;其中閥組Π分別與真空栗、氣室、測氣壓系統(tǒng)連接；
[0020] 所述的測氣壓系統(tǒng)包括汞柱測壓管，所述的汞柱測壓管為U形結(jié)構(gòu)，汞柱測壓管的 一端開設(shè)有汞柱入口，汞柱測壓管的外部套裝有多個沿汞柱測壓管軸向分布的紅外光電組 合模塊，每個紅外光電組合模塊都與所述的控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)連接有蓄電池電源;所 述的測氣壓系統(tǒng)還包括緩沖室，所述的緩沖室包括矩形的箱體，箱體內(nèi)設(shè)置有一個U形口朝 下的緩沖腔，緩沖腔一端與汞柱測壓管的端部連接，緩沖腔的另一端位于在箱體中，在箱體 側(cè)壁上開設(shè)有通孔，通孔位于箱體外壁的一端裝配有第四孔塞；
[0021] 汞柱測壓管側(cè)面設(shè)置有標尺，標尺位于緩沖室下，并且標尺與汞柱測壓管平行。 [0022]進一步地，所述的閥組Π由三個接口閥組成，分別為Α閥、Β閥、C閥；其中C閥的一端 連接有第七管接口，C閥的另一端分別與A閥、B閥以及緩沖室中的緩沖腔連接;A閥與真空栗 連接，B閥與所述的氣室連接。
[0023] 進一步地，所述的環(huán)刀內(nèi)壁涂有一層凡士林薄層。
[0024] 進一步地，所述的氣缸上安裝有固定柱，固定柱上設(shè)置有表夾，所述的百分表安裝 在表夾上。
[0025]本發(fā)明具有以下技術(shù)特點：
[0026] 1、本發(fā)明將濕陷固結(jié)滲透儀、滲透系數(shù)測定系統(tǒng)、滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)采用模塊化 設(shè)計，提高了儀器的靈活性；
[0027] 2、濕陷固結(jié)滲透儀采用氣壓控制技術(shù)加壓穩(wěn)定、壓力范圍大，能向土體提供不同 級別大小的荷載；
[0028] 3、通過配備"0"型圈、膠墊，氣缸部件可實現(xiàn)"活塞式"運動，行程大且密封性能優(yōu) 良；
[0029] 4、配備真空抽氣機易使土試樣快速飽和；
[0030] 5、配備百分表以精確測量土樣由于荷載作用產(chǎn)生的位移，并由此可推算出相應(yīng)的 孔隙比；
[0031] 6、濕陷固結(jié)滲透儀的取樣環(huán)刀長度增加，可以取不同長度原狀土試樣進行試驗， 以便研究土試樣長度對固結(jié)滲透的規(guī)律；
[0032] 7、可以制備控制含水量和干密度的重塑土試樣進行滲透試驗，以便研究重塑土的 滲透規(guī)律；
[0033] 8、土試樣與環(huán)刀之間采用黃土 /凡士林密封，放置側(cè)壁滲漏，保證整個試驗過程中 水流、氣流只能在土樣中通過；
[0034] 9、濕陷固結(jié)滲透儀可以進行二次濕陷試驗，無需進行現(xiàn)場浸水試驗，也無需使?jié)?陷后試樣脫離出來，保證了濕陷后試樣的完整性，方便、省時、省力；
[0035] 10、滲透系數(shù)測定模塊，采用光電傳感器組進行讀數(shù)和計時，提高其準確性，避免 了人為誤差；
[0036] 11、滲氣系數(shù)測定模塊，采用汞柱測壓管、紅外光電組合模塊、智能控制系統(tǒng)、真空 栗等能夠快捷、方便的測定土體滲氣系數(shù)，以便研究氣相在土體的滲透規(guī)律；
[0037] 12、整個試驗系統(tǒng)是密封的，不受蒸發(fā)的影響，同時試驗應(yīng)在恒溫下進行，以免溫 度變化對試驗造成影響。
[0038] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎合理，實現(xiàn)方便，實用性強，使用效果好，便于推廣。
【附圖說明】
[0039]圖1為本發(fā)明的原理系統(tǒng)不意圖；
[0040] 圖2為本發(fā)明的土體水-氣濕陷固結(jié)滲透儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖3為圖2中表夾部分俯視圖；
[0042] 圖4為本發(fā)明的滲水系數(shù)測定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043] 圖5為本發(fā)明的滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖中標號代表：I-濕陷固結(jié)滲透儀；π -滲水系數(shù)測定系統(tǒng)；m-滲氣系數(shù)測定系 統(tǒng)；
[0045] 1-1-第一孔塞，1-2-第二孔塞，1-3-第三孔塞，1-4 一第四孔塞，2-1-第一管接 口，2-2-第二管接口，2-3-第三管接口，2-4-第四管接口，2-5-第五管接口，2-6-第六 管接口，2-7-第七管接口，3-法蘭，4 一膠墊，5-試樣套座，6-滲透模，7-環(huán)刀，8-底座， 9一下透水石，10-土試樣，11 一上透水石，12-活塞，13-氣缸，14 一固定柱，15-表夾， 16-百分表，17-壓力表，18-三通管接口，19一減壓閥，20-1-第一截止閥，20-2-第二截 止閥，21 -氣源，22-溢流器，23-供水栗，24-水箱，25-儲備瓶，26-抽真空裝置，27-固 定套，28-浮子，29-測壓管，30-光電傳感器組，31-顯示屏，32-控制儀，33-閥組I， 34一箱體，35-緩沖腔，36-萊柱入口，37-標尺，38-萊柱測壓管，39-電源，40-控制系 統(tǒng)，41一紅外光電組合模塊，42-氣室，43-真空栗，44一閥組Π。
【具體實施方式】
[0046] 遵從上述技術(shù)方案，如圖1至圖4所示，一種水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，包括 濕陷固結(jié)滲透儀I、滲水系數(shù)測定系統(tǒng)Π和滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)m。
[0047] 濕陷固結(jié)滲透儀1(圖2)包括底座8和環(huán)刀7,底座8上設(shè)置有階梯式凹槽，環(huán)刀7安 裝在階梯式凹槽內(nèi)，底座8側(cè)壁上對稱設(shè)置有與凹槽底部相通的第三管接口2-3和第四管接 口 2-4,為滲透過程溢出水的排水通道，環(huán)刀7外套裝有圓筒形滲透模6,環(huán)刀7和滲透模6之 間設(shè)置有用于保護環(huán)刀7的圓筒形試樣套座5,試樣套座5內(nèi)徑與環(huán)刀7外徑相匹配，使得試 樣套座5能夠剛好套在環(huán)刀7外，滲透模6側(cè)壁上對稱設(shè)置有與環(huán)刀7內(nèi)部相通的第二管接口 2-2和第三通道，為滲透過程溢出水的排水通道，滲透模上方有起密封作用的膠墊4,環(huán)刀內(nèi) 填充有土試樣10,在環(huán)刀7設(shè)計高度范圍內(nèi)可削制任意高度原狀土試樣10或壓制任意高度 重塑土試樣10,土試樣10頂端設(shè)置有加壓控制系統(tǒng)，加壓控制系統(tǒng)包括設(shè)置在土試樣10上 方的活塞12,加壓控制系統(tǒng)上安裝有用于測量活塞12位移的百分表16和壓力表17; 土試樣 10的底端和頂端分別設(shè)置有下透水石9和上透水石11，其中上透水石11位于土試樣10與活 塞12之間，下透水石9位于凹槽與土試樣10之間，其中滲水系數(shù)測定系統(tǒng)Π分別通過第二管 接口 2-2和第三管接口 2-3與濕陷固結(jié)滲透儀I連接，滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)ΙΠ通過第四管接口 2-4與濕陷固結(jié)滲透儀I連接。
[0048] 滲水系數(shù)測定系統(tǒng)Π(圖4)包括閥組133和分別與閥組133連接的測液壓系統(tǒng)、真 空系統(tǒng)、充水系統(tǒng)。其中測液壓系統(tǒng)包括控制儀32、圓柱形測壓管29,測壓管29內(nèi)設(shè)置有浮 子28,測壓管29外套裝有光電傳感器組30;光電傳感器組30包括固定套27,固定套27上沿軸 向分布有多個用于檢測浮子28位置的光電傳感器，光電傳感器均與控制儀32連接，在控制 儀32上還設(shè)置有顯示屏31;真空系統(tǒng)包括一個帶有塞子的儲備瓶25,儲備瓶25內(nèi)部通過管 道穿過塞子與一個抽真空裝置26連接;充水系統(tǒng)包括水箱24,所述的水箱24中設(shè)置有供水 栗23，水箱24的側(cè)壁上開設(shè)有一個管接口，水箱24通過管接口連接有溢流器22，溢流器22位 置高于水箱24;測液壓系統(tǒng)中的測壓管29與充水系統(tǒng)中的水箱24連接；閥組133包括Ε閥、F 閥、G閥、Η閥、I閥和J閥，其中I閥兩端分別與Ε閥和G閥的一端連接，Ε閥的另一端與測壓控制 系統(tǒng)中的測壓管29底部連接，G閥的另一端通過管道與真空系統(tǒng)中的儲備瓶25內(nèi)部連通，J 閥兩端分別與Η閥和F閥的一端連接，Η閥的另一端與充水系統(tǒng)中的供水栗23連接，F(xiàn)閥的另 一端與充水系統(tǒng)中溢流器22溢出水位處設(shè)置的開口連接，I閥與Ε閥連接的一端還連接有第 五管接口 2-5, J閥與F閥連接的一端還連接有第六管接口 2-6,所述的第五管接口 2-5與所述 的第四管接口 2-4連接，所述的第六管接口 2-6與所述的第三管接口 2-3連接。
[0049] 滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)m(圖5)包括控制系統(tǒng)40、閥組Π 44、測氣壓系統(tǒng)、真空栗43和 氣室42;其中閥組Π 44分別于真空栗43、氣室42、測氣壓系統(tǒng)連接;測氣壓系統(tǒng)包括蓄電池 電源39,電源39與控制系統(tǒng)40連接，控制系統(tǒng)40連接紅外光電組合模塊41，通過紅外光電組 合模塊41測量U形結(jié)構(gòu)的汞柱測壓管38內(nèi)一側(cè)汞柱的位置變化，由汞注入口 36向汞柱測壓 管38內(nèi)注入水銀，汞柱測壓管38另一側(cè)配制標尺37,標尺37上設(shè)有幾個位置刻度線，汞柱測 壓管38內(nèi)汞柱超過標尺37最高紅刻度線位置時，即可開始滲氣系數(shù)測量操作。汞柱測壓管 38另一側(cè)頂端與緩沖室連接，緩沖室的作用是:緩沖氣室內(nèi)負壓對汞柱測壓管38內(nèi)汞柱大 幅變化造成水銀倒吸，緩沖室包括矩形的箱體34，箱體34內(nèi)設(shè)置有一個U形口朝下的緩沖腔 35,緩沖腔35-端與汞柱測壓管38的端部連接，緩沖腔35的另一端位于在箱體34中，在箱體 34側(cè)壁上開設(shè)有通孔，通孔位于箱體34外壁的一端裝配有第四孔塞1-4;閥組Π44由三個接 口閥組成，分別為A閥、B閥、C閥；其中C閥的一端連接有第七管接口 2-7，C閥的另一端分別與 A閥、B閥以及緩沖室中的緩沖腔35連接;A閥與真空栗43連接，B閥與所述的氣室42連接。
[0050] 下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0051 ] 實施例1
[0052]結(jié)合圖1、圖2,本發(fā)明土體水-氣固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀固結(jié)過程為：
[0053] 步驟一，根據(jù)土工試驗規(guī)程SL237-002-1999規(guī)定，切取原狀土試樣10或制備給定 密度與含水率的擾動土試樣10;
[0054]步驟二，放置安裝好透水石襯套的下透水石9、濾紙，鋪好底座的0形圈和膠墊4，將 按土工實驗規(guī)程制備削制好的環(huán)刀7置入試樣套座5中，再放置濾紙、上透水石11，鋪好試樣 套座5上方的膠墊4,扣上加壓系統(tǒng)(氣缸13,活塞12)，用法蘭3固定；
[0055]步驟三，連接好氣壓與濕陷固結(jié)滲透儀的第一管接口 2-1，啟動加壓控制裝置。安 裝百分表16。使指針讀數(shù)為零。按土工操作規(guī)程施加預(yù)壓力，帶預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定后，調(diào)整壓力表 17指針為"零"，再逐級加壓；
[0056] 步驟四，試驗完成后，打開減壓閥19卸壓，迅速拆除儀器各部件，取出待環(huán)刀7的試 樣，取出試樣，測定試驗后的含水率。將儀器全部擦拭干凈，如有較長時間不用，應(yīng)在表面塗 以油脂，預(yù)防銹蝕。
[0057] 步驟五，計算及制圖：
[0058]按式1-1計算試樣的初始孔隙比eo:
[0060] 式中，Gs--土粒比重;Ρω--水的密度，g/cm3;P0--試樣的初始密度，g/cm 3; ω 〇 試樣的初始含水率，％。
[0061] 按式1-2計算各級壓力下固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比e1:
[0063] 式中，ei-一某級壓力下的孔隙比；Λ hi-一某級壓力下試樣高度變化，Cm;ho-一 試樣初始高度，cm 〇
[0064] 按式1-3計算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)av:
[0066] 式中，pi--某一壓力值，kpa;
[0067]按1-4、1-5公式計算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮模量Es和體積壓縮系數(shù)mv:
[0070]以孔隙比e為縱坐標，壓力p為橫坐標，繪制e~p關(guān)系曲線。
[0071 ]按式1-6計算壓縮指數(shù)C。及回彈指數(shù)Cs:
[0073] 繪制e~lgp關(guān)系曲線，Cc為e~lgp曲線直線段的斜率;Cs為e~lgp曲線上求其平均 斜率，確定原狀土的先期固結(jié)壓力 Pc。
[0074] 按1-7式求算固結(jié)系數(shù)Cv:
[0076] 式中忑一最大排水距離，等于某一壓力下試樣初始與終了高度的平均值之半，cm; t9〇一固結(jié)度達90 %所需的時間，s。
[0077] 通過曲線或d~lgt曲線求t90。
[0078] 實施例2
[0079] 結(jié)合圖1、圖2、圖4,本發(fā)明水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀測定滲水系數(shù)過程為：
[0080] 步驟一，按實施例1中的步驟一、步驟二裝樣并緊固好，用孔塞塞分別塞住第一通 道、第二通道、第三通道和第四管接口 2-4;
[0081]步驟二，將圖1中滲水系數(shù)測定系統(tǒng)Π 與濕陷固結(jié)滲透儀I通過軟管聯(lián)接，濕陷固 結(jié)滲透儀I中第二管接口 2-2與滲水系數(shù)測定系統(tǒng)Π 中第五管接口 2-5聯(lián)接，濕陷固結(jié)滲透 儀I中第三管接口 2-3與滲水系數(shù)測定系統(tǒng)Π 中第六管接口 2-6聯(lián)接。閥組133共有六個閥 門，起始狀態(tài)為全部關(guān)閉狀態(tài)；
[0082] 步驟三，打開H、I、J、E閥，啟動供水栗23進行充水；
[0083]步驟四，打開G、H、J閥，關(guān)閉E、F閥，啟動抽真空裝置26排氣；
[0084]步驟五，反復(fù)交替進行步驟三、步驟四，使試樣處于充水飽和狀態(tài)；
[0085] 步驟六，打開E、F、H、I閥，保持幾分鐘，依次關(guān)閉I、Η閥和供水栗23，打開光電傳感 器控制儀32開關(guān)，光電傳感器控制儀32自動檢測、計時、計算滲透系數(shù)kt，并自動存儲。
[0086] 滲透系數(shù)計算原理如下：
[0089] 式中，kT一一水溫T°C時試樣的滲透系數(shù)，cm/s;12.7-一標準試樣截面積與滲徑 的比值，滲透試驗的標準試樣為Φ 101 X 63mm，截面積為80cm2，滲徑為6.3cm; L-一實際試 樣長度，cm;A--實際試樣截面積，cm2;riT--T°C時水的動力粘滯系數(shù)，kpa · s( 10 6);
n2〇--20°C時水的動力粘滯系數(shù)，kpa · s(10-6)。比值ητ/η2〇與溫度的關(guān)系，查SL237-014-1999表。
[0090] 例：試件尺寸為 Φ 79 · 8 X 100mm時，L= 10cm
[0091] 實施例3
[0092] 結(jié)合圖1、圖2、圖5,本發(fā)明土體水-氣固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀測定滲氣系數(shù)過程為：
[0093] 步驟一，按實施例1中的步驟一、步驟二裝樣并緊固好，打開第一孔塞1-1，用孔塞 塞住第二通道、第三通道、第二管接口 2-2和第三管接口 2-3;
[0094] 步驟二，開啟B閥，使測壓管與大氣連通，改變汞的加入量，使汞柱位置對準標尺零 位；
[0095] 步驟三，將圖1中滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)m與濕陷固結(jié)滲透儀I通過軟管聯(lián)接，濕陷固 結(jié)滲透儀I中第四管接口 2-4與滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)m中第七管接口 2-7聯(lián)接；
[0096] 步驟四，使汞柱測壓管38與濕陷固結(jié)滲透儀I連通，開啟A閥，接通微型電動真空栗 43抽氣，使?jié)裣莨探Y(jié)滲透儀I內(nèi)部形成一定的負壓，待汞柱測壓管38中的汞柱升至紅線位置 時關(guān)閉A閥，此時外界空氣通過土試樣10內(nèi)部間隙滲透進入，依據(jù)汞柱測壓管38中汞柱高度 的變化率，控制系統(tǒng)40進行自動檢測和數(shù)據(jù)處理并將滲氣系數(shù)顯示出來上。
[0097]滲氣系數(shù)1^計算原理如下：
[0099] 式中，Μ--儀器常數(shù)，無氣室狀態(tài)用M〇，帶氣室狀態(tài)用Mv; L--滲徑，cm; R--汞 的密度，13.6g/cm3; A--隔氣罩面積，A = 30cm2; T--水銀柱由hi降到h2所經(jīng)歷的時間，s;
[0100] 實施例4
[0101] 結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明土體水-氣固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀黃土自重濕陷試驗過程為：
[0102] 步驟一，土試樣10應(yīng)在天然濕度下，按實施例1中的步驟一、步驟二裝樣并緊固好；
[0103] 步驟二，施加預(yù)應(yīng)力使土試樣10與儀器上、下各部件接觸，并調(diào)整測量土試樣10變 形量的百分表16的零位或初始值；
[0104] 步驟三，逐步加壓至土試樣10所處的上覆飽和自重壓力，待變形穩(wěn)定后，浸水使試 樣濕陷變形，按照土工試驗規(guī)程(SL237-016-1999)規(guī)定進行操作，連續(xù)2次每小時變形量讀 數(shù)不大于〇. 〇 1mm，即變形穩(wěn)定為止；
[0105]步驟四，試驗完畢，放掉積水，拆除儀器，取出試樣，測定土試樣10含水率，檢查浸 水后土試樣10的飽和度；
[0106] 步驟五，計算自重濕陷系數(shù)繪制p~δΖ5關(guān)系曲線。
[0107] 按式4-1計算自重濕陷系數(shù)δΖ5:
[0109] 式中，h0--試樣初始高度，mm;hz--在飽和自重壓力下試樣變形穩(wěn)定后的高 度，rnm;]^ z--在飽和自重壓力下，試樣浸水濕陷變形穩(wěn)定后的高度，_。
[0110] 實施例5
[0111]結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明土體水-氣固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀黃土濕陷試驗過程為：
[0112] 步驟一，按實施例4中的步驟一、步驟二操作；
[0113] 步驟二，施加第一級壓力后，按照土工試驗規(guī)程(SL237-016-1999)規(guī)定進行操作， 連續(xù)2次每小時變形量不大于0.01mm，即認為變形穩(wěn)定。如此，依次施加第二級及以后各級 壓力；
[0114]步驟三，根據(jù)工程需要及土的沉積條件確定浸水壓力。在不同的浸水壓力下待變 形穩(wěn)定后，保持壓力不變，根據(jù)工程情況，用自上而下或自下而上的浸水方式，浸水宜用純 水，并按上述步驟三測定變形量至變形穩(wěn)定為止；
[0115] 步驟四，測定溶慮變形時，則在浸水壓力下待濕陷變形穩(wěn)定后，繼續(xù)使水滲流，開 始每隔2、4、8h讀數(shù)一次，以后每日讀數(shù)1~3次，直到變形穩(wěn)定為止(穩(wěn)定標準為每3天不大 于0.01mm);
[0116] 步驟五，試驗完畢，放掉積水，拆除儀器，取出試樣，測定土試樣10含水率，檢查浸 水后土試樣10的飽和度；
[0117] 步驟六，計算濕陷系數(shù)δ5、溶慮變形系數(shù)δω?和p~δ5、ρ~δ ω?關(guān)系曲線圖。
[0118] 按式5-1計算濕陷系數(shù)δ5:
[0120]式中，ho--試樣初始高度，mm; hi--在某級壓力下，試樣變形穩(wěn)定后的高度，mm; h2--在某級壓力下，試樣浸水濕陷變形穩(wěn)定后的高度，mm;
[0121]按式5-2計算溶慮變形系數(shù)δω?:
[0123] 式中，h3-一在某級壓力下，試樣在溶慮變形穩(wěn)定后的高度，_。
[0124] 實施例6
[0125] 結(jié)合圖1、圖2、圖4,本發(fā)明土體水-氣固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀黃土濕陷后其滲透系數(shù) 過程為：
[0126] 步驟一，按照實施例5中的步驟一、二、三、四進行黃土濕陷試驗；
[0127] 步驟二，按照實施例2的操作測定黃土濕陷后試樣的滲透系數(shù)。
[0128] 計算滲透系數(shù)原理參見實施例2。
[0129] 實施例7
[0130]結(jié)合圖1、圖2、圖5,本發(fā)明土體水-氣固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀黃土濕陷后其滲氣系數(shù) 過程為：
[0131] 步驟一，按照實施例5中的步驟一、二、三、四進行黃土濕陷試驗；
[0132] 步驟二，按照實施例3的操作測定黃土濕陷后試樣的滲氣系數(shù)。
[0133] 計算滲透系數(shù)原理參見實施例3。
[0134] 以上所述，僅是本發(fā)明較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技 術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù) 方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，包括濕陷固結(jié)滲透儀（I)，所述的濕陷固 結(jié)滲透儀包括底座(8)和環(huán)刀（7)，所述的底座(8)上設(shè)置有階梯式凹槽，所述的環(huán)刀（7)安 裝在凹槽內(nèi)，環(huán)刀(7)內(nèi)填充有土試樣（10)，其特征在于，所述的環(huán)刀(7)外套裝有圓筒形滲 透模(6)，所述的滲透模(6)側(cè)壁上設(shè)置有與環(huán)刀（7)內(nèi)部相通的第二管接口（2-2);土試樣 (10)頂端設(shè)置有加壓控制系統(tǒng)，加壓控制系統(tǒng)包括設(shè)置在土試樣（10)上方的活塞（12)，所 述的加壓控制系統(tǒng)上安裝有壓力表(17)有和用于測量活塞（12)位移的百分表(16);所述的 底座(8)側(cè)壁上對稱設(shè)置有與凹槽底部相通的第三管接口（2-3)和第四管接口（2-4);所述 的測定儀還包括滲水系數(shù)測定系統(tǒng)（Π )和滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)（ΙΠ )，所述的滲水系數(shù)測定系 統(tǒng)（Π )分別通過第二管接口（2-2)和第三管接口（2-3)與濕陷固結(jié)滲透儀（I)連接，所述的 滲氣系數(shù)測定系統(tǒng)（ΙΠ )通過第四管接口（2-4)與濕陷固結(jié)滲透儀(I)連接。2. 如權(quán)利要求1所述的土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，其特征在于，所述的環(huán)刀 (7)和滲透模(6)之間設(shè)置有圓筒形試樣套座(5)，所述的試樣套座(5)內(nèi)徑與環(huán)刀（7)外徑 相匹配;所述的土試樣（10)的底端和頂端分別設(shè)置有下透水石(9)和上透水石（11)，其中上 透水石位于土試樣（10)與活塞（12)之間，下透水石(9)位于凹槽與土試樣（10)之間。3. 如權(quán)利要求1所述的所述的土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，其特征在于，所述 的加壓控制系統(tǒng)包括氣缸（13)，所述的底座上設(shè)置有立柱，氣缸通過法蘭(3)可拆卸安裝在 環(huán)刀（7)的頂部，且氣缸(13)內(nèi)徑與環(huán)刀（7)內(nèi)徑相同； 所述的活塞裝配在氣缸（13)內(nèi)，活塞（12)與一個穿透氣缸（13)頂部的活塞桿連接，在 活塞桿內(nèi)部設(shè)置有通氣道，活塞桿的外壁上設(shè)置有與通氣道連通的第一通道，第一通道上 裝配有第一孔塞（1-1);所述的百分表(16)的測量端與活塞桿頂部接觸;氣缸（13)頂部設(shè)置 與氣缸（13)內(nèi)部連通的第二通道，第二通道上裝配有第二孔塞（1-2)，氣缸（13)側(cè)壁上對稱 設(shè)置有第一管接口（ 2-1)和第三通道，第三通道上裝配有第三孔塞（1 -3); 所述的加壓控制系統(tǒng)還包括減壓閥（19)，減壓閥（19)的一端通過第一截止閥（20-1)與 氣源（21)連接，減壓閥（19)的另一端通過一個三通管接口（18)分別連接所述的壓力表 (17)、第一管接口（2-1);在第一管接口（2-1)與三通管接口（18)之間設(shè)置有第二截止閥 (20-2)〇4. 如權(quán)利要求1所述的所述的土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，其特征在于，所述 的滲水系數(shù)測定系統(tǒng)（Π )包括閥組1(33)和分別與閥組1(33)連接的測液壓系統(tǒng)、真空系 統(tǒng)、充水系統(tǒng)； 所述的測液壓系統(tǒng)包括控制儀(32)、圓柱形測壓管（29)，所述的測壓管（29)內(nèi)設(shè)置有 浮子(28)，所述的測壓管（29)外套裝有光電傳感器組(30);所述的光電傳感器組（30)包括 固定套(27)，固定套(27)上沿軸向分布有多個用于檢測浮子(28)位置的光電傳感器，所述 的光電傳感器均與控制儀(32)連接，在控制儀(32)上還設(shè)置有顯示屏(31); 所述的真空系統(tǒng)包括一個帶有塞子的儲備瓶(25)，儲備瓶(25)內(nèi)部通過管道穿過塞子 與一個抽真空裝置(26)連接； 所述的充水系統(tǒng)包括水箱(24)，所述的水箱(24)中設(shè)置有供水栗（23)，水箱(24)的側(cè) 壁上開設(shè)有一個管接口，水箱(24)通過管接口連接有溢流器(22)，所述的溢流器(22)位置 1?于水箱； 所述的測液壓系統(tǒng)中的測壓管(29)與充水系統(tǒng)中的水箱(24)連接。5. 如權(quán)利要求4所述的種土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，其特征在于，所述的閥 組I (33)包括E閥、F閥、G閥、Η閥、I閥和J閥，其中I閥兩端分別與E閥和G閥的一端連接，E閥的 另一端與測壓控制系統(tǒng)中的測壓管（29)底部連接，G閥的另一端通過管道與真空系統(tǒng)中的 儲備瓶(25)內(nèi)部連通，J閥兩端分別與Η閥和F閥的一端連接，Η閥的另一端與充水系統(tǒng)中的 供水栗(23)連接，F(xiàn)閥的另一端與充水系統(tǒng)的溢流器(22)連接，I閥與Ε閥連接的一端還連接 有第五管接口（2-5)，J閥與F閥連接的一端還連接有第六管接口（2-6)，所述的第五管接口 (2-5)與所述的第四管接口（2-4)連接，所述的第六管接口（2-6)與所述的第三管接口（2-3) 連接。6. 如權(quán)利要求1所述的土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，其特征在于，所述的滲氣 系數(shù)測定系統(tǒng)（Π )包括控制系統(tǒng)、閥組Π (44)、測氣壓系統(tǒng)、真空栗(43)和氣室(42);其中 閥組Π (44)分別與真空栗(43)、氣室(42)、測氣壓系統(tǒng)連接； 所述的測氣壓系統(tǒng)包括汞柱測壓管(38)，所述的汞柱測壓管(38)為U形結(jié)構(gòu)，汞柱測壓 管(38)的一端開設(shè)有汞柱入口（36)，汞柱測壓管(38)的外部套裝有多個沿汞柱測壓管(38) 軸向分布的紅外光電組合模塊(41 )，每個紅外光電組合模塊(41)都與所述的控制系統(tǒng)(40) 連接，控制系統(tǒng)(40)連接有蓄電池電源(39);所述的測氣壓系統(tǒng)還包括緩沖室，所述的緩沖 室包括矩形的箱體(34)，箱體(34)內(nèi)設(shè)置有一個U形口朝下的緩沖腔(35)，緩沖腔(35)-端 與汞柱測壓(38)管的端部連接，緩沖腔(35)的另一端位于箱體(34)中，在箱體(34)側(cè)壁上 開設(shè)有通孔，通孔位于箱體外壁的一端裝配有第四孔塞(1 -4); 汞柱測壓管（38)側(cè)面設(shè)置有標尺(37)，標尺(37)位于緩沖室下，并且標尺(37)與汞柱 測壓管(38)平行。7. 如權(quán)利要求6所述的土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，其特征在于，所述的閥組 Π (44)由三個接口閥組成，分別為A閥、B閥、C閥；其中C閥的一端連接有第七管接口（2-7)，C 閥的另一端分別與A閥、B閥以及緩沖室中的緩沖腔(35)連接;A閥與真空栗(43)連接，B閥與 所述的氣室(42)連接。8. 如權(quán)利要求1所述的土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，其特征在于，所述的環(huán)刀 (7)內(nèi)壁涂有一層凡士林薄層。9. 權(quán)利要求5所述的土體水-氣濕陷固結(jié)滲透聯(lián)合測定儀，其特征在于，所述的氣缸上 安裝有固定柱（14)，固定柱（14)上設(shè)置有表夾（15)，所述的百分表（16)安裝在表夾（15) 上。
【文檔編號】G01N15/08GK106092853SQ201610401997
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】孟振江, 李喜安, 洪勃
【申請人】長安大學