粉土抗滲強度測定裝置的製作方法
2023-05-31 10:45:56
專利名稱：粉土抗滲強度測定裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種土壤性能測試裝置。更具體地說，本實用新型涉及一種粉土 抗滲強度測定裝置。
背景技術：
粉土為介於砂土和粘性土之間，塑性指數Ip ^ 10且粒徑大於0. 075mm的顆粒含 量不超過全重50%的土。由於構造和冰川活動，第四紀被認為是富含粉土沉積物的地質時 期。世界上在經歷過冰川活動或衝積作用的地區，粉土非常普遍。粉土具有特殊工程性質，粉土結構較敏感，易擾動，水與土之間的作用在粘性土與 在砂土中有明顯的區別。土體抵抗滲透破壞的能力稱為抗滲強度，即單位土體能承受的極 限滲透力YWJF。Jf為破壞水力比降或抗滲比降，也可做為抗滲強度。粉土在地下水動水壓 力作用下極易產生滲透變形，導致地質災害和工程問題非常突出，因此對粉土抗滲強度的 研究有重要意義。粉土滲透變形是一個十分複雜的問題，它的形式及其發生發展與粉土地質情況、 顆粒級配、水力條件、水流方向等因素有關，通常可歸結為為以下4種(1)流土土體的顆 粒群在滲流作用下同時起動並帶走，它可以是整體性，也可以是局部性(2)管湧在滲流 作用下，顆粒沿著孔隙通道移動或被水流帶走(3)接觸衝刷滲流沿著不同介質的接觸面 流動時，把顆粒帶走(4)接觸流土 滲流垂直與不同介質的接觸面流動時，把其中一層的 顆粒移入到另一層中去。在實際工程中，滲透變形發生的形式，可以是單一形式出現，也可 以是幾種形式伴隨出現於不同部位。縱觀國內外滲透破壞研究現狀，集中在大壩滲流管湧方面較多，大多數是針對無 粘性土或粘性土的，垂直滲透變形儀也只適用於測定粗顆粒土的垂直滲透係數和滲透變 形。因此，針對粉土特性研製粉土抗滲強度測定裝置，測定粉土在不同地質情況、顆粒級配、 水力條件和不同防治措施下的滲透變形發展規律和特徵，粉土發生滲透破壞時處於臨界狀 態的指標，為粉土地基滲透破壞的防控提供參考。對於粉土的滲透變形，對粉土的臨界水力 比降、粉土抗滲強度的研究有重要意義。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種粉土抗滲強 度測定裝置。為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的本實用新型提供了一種粉土抗滲強度測定裝置，包括主體為環形護筒的滲透容 器，內置一個環刀；所述滲透容器的頂部為設有溢水口的頂蓋，其底部為設有排氣管和進水 口的底座；所述進水口經三通閥與供水管和進水管相連，供水管連接至水位調節裝置，進水 管連接至變水頭裝置；所述水位調節裝置是一個帶有水位計的貯水器，供水管與貯水器底 部出水閥連通；所述變水頭裝置包括帶毫升刻度的變水頭管及帶毫米刻度尺的固定支架，進水管與變水頭管底部連通。作為--種改進，所述進水管上設管夾。[0010]作為--種改進，所述溢水口、排氣管和進水口分別設置閥門。[0011]作為--種改進，所述貯水器設於升降架之上。[0012]作為--種改進，所述滲透容器設於臺座之上，並配有透明接水容器。[0013]作為--種改進，所述環刀與頂蓋及底座之間設密封圈。[0014]作為--種改進，所述環刀的上端和下端分別設置模擬抗滲層和模擬下臥層；所述
模擬抗滲層為土工布或壓重材料；所述模擬下臥層為透水石或砂土。作為一種改進，所述粉土抗滲強度測定裝置包括兩組以上滲透容器和變水頭裝 置，每個滲透容器均通過管路和三通閥連接至與其配套的變水頭裝置，並與同一個水位調 節裝置的出水閥連通。基於前述粉土抗滲強度測定裝置的粉土抗滲強度測定方法包括以下步驟(1)將滲透容器底座的進水口與水位調節裝置連通；檢查滲透容器，要求密封至 不漏水不漏氣；在滲透容器底座上放置模擬下臥層，模擬下臥層為透水石或砂土 ；(2)將裝有粉土試樣的環刀裝入滲透容器；由於粉土結構敏感，在試樣上端加保 護網布後，再放入上透水石並蓋緊頂蓋；開排氣管，排除滲透容器底部的空氣；(3)飽和關排氣管，用變水頭裝置的水頭進行試樣飽和；滲透容器的溢水口為水 位零點，調節貯水器的水位高度，打開變水頭裝置中的進水管的閥門使水位與變水頭管相 通，飽和水頭根據粉粒含量，應確保不出現飽和破壞；當溢水口連續出水，說明粉土樣已充 分飽和，粉粒含量越高飽和時間越久；(4)設置模擬抗滲層關進水管的閥門，打開頂蓋取出上透水石；根據粉土抗滲強 度測定的需要設置模擬抗滲層後，重新蓋上頂蓋，當溢水口重新出水時進行試驗；所述模擬 抗滲層為土工布或壓重材料；(5)試驗根據粉土的顆粒級配、防治措施等選擇初始水力比降、水力比降遞增值 和滲水量；調節貯水器的水位，待變水頭管水位穩定，記錄水頭高度；關變水頭管管夾，當 溢水口有水溢出時隨即開動秒表，測記預定滲水量所需要的時間；通過出水口和透明接水 容器，仔細觀察出水情況，當粉粒開始跳動被水帶出，達到臨界水力比降Jra ；破壞水力比降Jf 隨水頭不斷加大，出水口出水渾濁，滲透流量變大，此時水頭增 加到試樣失去抗滲強度，根據公式(a)得到的水力比降Jf為抗滲比降或抗滲強度；J=△h/L (a)公式(a)中，J為粉土滲流的水力比降；Ah為滲透水頭差，每級水力比降下變水頭 管穩定水位至溢水口高度(cm) ；L為滲透路徑，即土樣高度(cm)。本實用新型有益效果是相對於現有技術，本實用新型提供的測定裝置可用於測定粉土在不同地質情況、 顆粒級配、水力條件和不同防治措施下的滲透變形發展規律和特徵，粉土發生滲透破壞時 處於臨界狀態的指標，為粉土地基滲透破壞的防控提供參考。對於粉土的滲透變形，對粉土 的臨界水力比降、粉土抗滲強度的研究有重要意義。此外，本實用新型可實現多個樣本同時 分析，大大縮減了測定時間，提高了工作效率。
圖1為本實用新型中單套式粉土抗滲強度測定裝置的結構示意圖；圖2為圖1中滲透容器的結構放大示意圖；圖3為多套式粉土抗滲強度測定裝置的安裝示意圖。圖中的附圖標記1水位調節裝置、2變水頭裝置、3滲透容器、4模擬層、5粉土樣、6透明接水容器、7 臺座；10貯水器、11水位計、12升降架、13出水閥；20變水頭管、21支板、22三通閥、23供水 管、24進水管、25管夾、26固定支架；30頂蓋、31溢水口、32密封圈、33護筒、34環刀(內徑 61. 8mm，高40mm)、35排氣管、36進水口、37底座；40模擬抗滲層(土樣飽和時放透水石)、 41模擬下臥層。
具體實施方式
參考附圖，下面對本實用新型進行詳細描述。本實用新型中的粉土抗滲強度測定裝置，包括主體為環形護筒33的滲透容器3， 內置一個環刀34。所述滲透容器3設於臺座之上，其頂部為設有溢水口 31的頂蓋30，環刀 34與頂蓋30和底座37之間設密封圈32。滲透容器3底部為設有排氣管35和進水口 36的 底座37，溢水口 31、排氣管35和進水口 36分別設置閥門。所述進水口 36經三通閥22與 供水管23和進水管24相連，供水管23連接至水位調節裝置1，進水管24連接至變水頭裝 置2，進水管24上設管夾25 ；所述水位調節裝置1是一個帶有水位計11的貯水器10，供水 管23與貯水器10底部的出水閥13連通，貯水器10設於升降架12之上。所述變水頭裝置 2包括帶毫升刻度的變水頭管20及帶毫米刻度尺的固定支架26，變水頭管20由支板21固 定在固定支架26上，進水管24與變水頭管20的底部連通。本實用新型中，粉土抗滲強度測定裝置可以包括兩組以上滲透容器3和變水頭裝 置2，每個滲透容器3均通過管路和三通閥22連接至與其配套的變水頭裝置2，並與水位調 節裝置1的出水閥13連通。將多個滲透容器3並聯成多套裝置，可進行多個粉土樣滲透變 形試驗(如圖3所示)。基於前面所述的粉土抗滲強度測定裝置，粉土抗滲強度測定方法包括以下步驟1、設置模擬下臥層41 將滲透容器3底座37的進水口 36與水位調節裝置1連通。 檢查滲透容器3，要求密封至不漏水不漏氣。根據工程實際情況，在滲透容器3底座上放置 模擬下臥層41，模擬下臥層41為透水石或砂土。2、裝樣將裝有粉土試樣的環刀34裝入滲透容器3。由於粉土結構敏感，在試樣 上端加保護網布後，再放入上透水石並蓋緊頂蓋30 ；開排氣管35，排除滲透容器3底部的空氣。3、飽和關排氣管35。用變水頭裝置2的水頭進行試樣飽和。滲透容器3的溢水 口為水位零點，調節貯水器10的水位高度，打開變水頭裝置2中的進水管24閥門使水位與 變水頭管20相通，飽和水頭根據粉粒含量，應確保不出現飽和破壞現象。當溢水口 31連續 出水，說明粉土樣已充分飽和，粉粒含量越高飽和時間越久。4、設置模擬抗滲層40 關進水管24的閥門，打開頂蓋30取出上透水石。根據粉土抗滲強度測定的需要設置模擬抗滲層40。重新蓋上頂蓋30，當溢水口 31重新出水時可 進行試驗。所述模擬抗滲層40為土工布或壓重材料；5、試驗根據粉土的顆粒級配、防治措施等選擇初始水力比降、水力比降遞增值和 滲水量。調節貯水器的水位，待變水頭管20水位穩定，記錄水頭高度；關變水頭管20管夾， 當溢水口 31有水溢出時隨即開動秒表，測記預定滲水量所需要的時間；並測記出水口的水 溫和室溫。如果連續3次測得的水位及滲水量基本穩定，又無異常現象，可逐級提升下一級 水頭直至土樣破壞。每次升高水頭後需穩定10分鐘左右後可進行下次記錄。仔細觀察溢 水口 31和接水容器6中水的渾濁情況。接近臨界比降，比降遞增值應酌量減小。當粉粒開 始跳動被水帶出，達到臨界水力比降J 。7、破壞水力比降Jf 隨水頭不斷加大，出水口出水渾濁，滲透流量變大，此時水頭 增加到試樣失去抗滲強度，此時水力比降Jf為抗滲比降(抗滲強度)。打開頂蓋30，用洗 耳球吸掉上部水，拍攝粉土破壞形態，進行描述。8、水力比降計算公式 公式(a)中，J為粉土滲流的水力比降；Ah為滲透水頭差，即每級水力比降下變水 頭管穩定水位至溢水口高度(cm) ；L為滲透路徑，即土樣高度(cm)。此外，根據粉土特性採用二次飽和，選擇初始水力比降和水力比降遞增值；根據實 際工程地質條件設置模擬下臥層41 對粘性土下臥層可用不同透水性的透水石，對砂類土 可用相近級配和密實度的砂土 ；根據工程抗滲要求設置模擬抗滲層40，可用不同材質的土 工布或壓重材料。本裝置在測定抗滲強度的同時，還可測定粉土的滲透性。利用粉土達臨界水力比 降Jct前試樣完好，出水清澈條件下，各級水力比降下的水頭、滲水量和時間記錄，可求得粉 土的滲透係數，不同水頭下測定的滲透係數的允許差值範圍不大於2X10_ncm/s。最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用 新型不限於以上實施例，還可以有許多實現方法。本領域的普通技術人員能從本實用新型 公開的內容直接導出或聯想到的所有實現方法，均應認為是本實用新型的保護範圍。
權利要求一種粉土抗滲強度測定裝置，包括主體為環形護筒的滲透容器，內置一個環刀，其特徵在於，所述滲透容器的頂部為設有溢水口的頂蓋，其底部為設有排氣管和進水口的底座；所述進水口經三通閥與供水管和進水管相連，供水管連接至水位調節裝置，進水管連接至變水頭裝置；所述水位調節裝置是一個帶有水位計的貯水器，供水管與貯水器底部出水閥連通；所述變水頭裝置包括變水頭管及帶刻度尺的固定支架，進水管與變水頭管底部連通。
2.根據權利要求1所述的粉土抗滲強度測定裝置，其特徵在於，所述進水管上設管夾。
3.根據權利要求1所述的粉土抗滲強度測定裝置，其特徵在於，所述溢水口、排氣管和 進水口分別設置閥門。
4.根據權利要求1所述的粉土抗滲強度測定裝置，其特徵在於，所述貯水器設於升降架之上。
5.根據權利要求1所述的粉土抗滲強度測定裝置，其特徵在於，所述滲透容器設於臺 座之上，並配有透明接水容器。
6.根據權利要求1所述的粉土抗滲強度測定裝置，其特徵在於，所述環刀與頂蓋及底 座之間設密封圈。
7.根據權利要求1所述的粉土抗滲強度測定裝置，其特徵在於，所述環刀的上端和下 端分別設置模擬抗滲層和模擬下臥層；所述模擬抗滲層為土工布或壓重材料；所述模擬下 臥層為透水石或砂土。
8.根據權利要求1所述的粉土抗滲強度測定裝置，其特徵在於，包括兩組以上滲透容 器和變水頭裝置，每個滲透容器均通過管路和三通閥連接至與其配套的變水頭裝置，並與 同一個水位調節裝置的出水閥連通。
9.根據權利要求8所述的粉土抗滲強度測定裝置，其特徵在於，所述環刀的上端和下 端分別設置模擬抗滲層和模擬下臥層；所述模擬抗滲層為土工布或壓重材料；所述模擬下 臥層為透水石或砂土。
專利摘要本實用新型涉及土壤性能測試裝置，旨在提供一種粉土抗滲強度測定裝置。該裝置包括內置環刀的滲透容器；滲透容器頂部為頂蓋，底部為底座；其進水口經三通閥與供水管和進水管相連，供水管連接至水位調節裝置，進水管連接至變水頭裝置。本實用新型提供的測定裝置可用於測定粉土在不同地質情況、顆粒級配、水力條件和不同防治措施下的滲透變形發展規律和特徵，粉土發生滲透破壞時處於臨界狀態的指標，為粉土地基滲透破壞的防控提供參考。對於粉土的滲透變形，對粉土的臨界水力比降、粉土抗滲強度的研究有重要意義。此外，本實用新型可實現多個樣本同時分析，大大縮減了測定時間，提高了工作效率。
文檔編號G01N15/08GK201666864SQ20102011220
公開日2010年12月8日 申請日期2010年2月9日 優先權日2010年2月9日
發明者周春平, 平梁忠, 徐根洪, 楊迎曉, 王一旻, 陳華 申請人:浙江樹人大學;浙江中材工程勘測設計有限公司