土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法

2023-05-07 18:38:46

土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法
【專利摘要】土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法，其特徵是該方法採用一種試驗裝置，該裝置包括集水瓶(2)，水箱(11)，加壓框架(14)，加壓軸(16)，第一滲流管(17)，第二滲流管(18)，滲流桶(20)和加壓槓桿(41)。在滲流桶(20)中安裝試樣(37)，為試樣(37)施加垂直固結壓力，固結完畢後注入純淨水至集水瓶(2)中，水通過下底座(22)，進入透水石(21)與濾紙後，沿試樣(37)上升，記錄滲流鋒面沿試樣(37)上升停止後所用時間和浸溼水位刻度值，該刻度值與所用時間的比值，即為固結與定水頭壓力條件下試樣(37)的滲透速率。該方法簡單易行，適用於土木工程或巖土工程中遇到的各種多孔介質在定水頭條件下滲透特性的研究。
【專利說明】土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種土工測試方法，屬於土木(巖土)工程【技術領域】。
【背景技術】
[0002]我國地質災害頻繁發生，對人民生命財產安全造成危害。滑坡多因降雨或地下水位上升導致複雜的地質體強度降低，甚至產生崩滑流，這說明了地質體內部滲流的危害性，尤其在有壓水頭條件下的反向滲流，目前還沒有合適的實驗設備進行測量，還沒有形成統一的規範化操作流程。該申請就是要發明一種測試方法，以適用於多種多孔介質滲流特性的測試或毛細水上升高度與速率的測量。

【發明內容】

[0003]本發明目的是提供一種土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法，用於解決多孔介質包括碎石土、砂土、粉土或粘性土的反向滲透特性與毛細水上升高度及速率等測量問題。
[0004]本發明的技術解決方案，其特徵是該方法採用一種試驗裝置，該裝置包括帶刻度的集水瓶2，水箱11，加壓框架14，加壓軸16，第一滲流管17，第二滲流管18，帶刻度的滲流桶20和加壓槓桿41，集水瓶2頂部安裝有瓶塞1，集水瓶2安裝有第一排氣口 3，第二排氣口 4，第三排氣口 5，第一排氣口 3安裝有第一閥門6，第二排氣口 4安裝有第二閥門7，第三排氣口 5安裝有第三閥門8，集水瓶2通過連通管36與水箱11連接，連通管36兩端分別安裝有第四閥門9和第五閥門10，用於分別控制集水瓶2與水箱11，水箱11連接帶刻度的第一滲流管17，帶刻度的第二滲流管18，滲流桶20和位移計35，滲流桶20內裝有試樣37，試樣37頂部安裝有頂帽19，試樣37底部安裝有透水石21，透水石21上面貼有試紙，透水石21下面安裝有下底座22，下底座22為螺旋形結構設計，滲流桶20 —側安裝有第一取樣口 23，第二取樣口 24和第三取樣口 25，分別用於取不同水頭位置處的浸溼樣品，進行含水量測試，第一取樣口 23安裝有第六閥門26，第二取樣口 24安裝有第七閥門27，第三取樣口25安裝有第八閥門28，滲流桶20對稱一側安裝有第一監測口 29，第二監測口 30和第三監測口 31，分別用於安裝微型探頭，進行含水量等項目測試，第一監測口 29安裝有第九閥門32，第二監測口 30安裝有第十閥門33，第三監測口 31安裝有第十一閥門34，加壓框架14通過加壓軸16與頂帽19接觸，加壓框架14通過固定栓12與水箱11連接，加壓框架14通過轉動軸13與加壓槓桿41連接，轉動軸13連接有第一吊鉤38，加壓槓桿通過第二吊鉤39與砝碼15連接，轉動軸連接有大砝碼40。
[0005](1)採用該裝置進行非飽和土體一維固結條件下垂直滲流試驗的方法如下:
[0006]①將下底座22安裝於滲流桶20底部，下底座22上面安裝透水石21，透水石21上面安裝濾紙，濾紙上面安裝試樣37，打開第九閥門32，第十閥門33和第十一閥門34，通過第一監測口 29，第二監測口 30和第三監測口 31在試樣37內部分別安裝微型含水量探頭，關閉第九閥門32，第十閥門33和第十一閥門34，用於監測試樣37不同層位含水量變化情況；[0007]②試樣37上面安裝頂帽19，頂帽19與加壓軸16接觸，按照試樣要求安裝砝碼15，為試樣37施加垂直固結壓力，待位移計35顯示值達到試驗要求後，固結完畢；
[0008]③關閉第一閥門6，第二閥門7，第三閥門8，第四閥門9，第五閥門10，按照試驗要求的定水頭高度，調整集水瓶2與水箱11之間的高差，且保持第三排氣口 5始終高於水箱2的上表面，打開瓶塞1，注入純淨水至集水瓶2中，使集水瓶2內水面距離集水瓶2頂面3—5cm時停止注水，預留一部分空間，塞緊瓶塞I ;
[0009]④按照試驗要求打開第一閥門6進行排氣排水，待第一排氣口 3沒有水流出後，關閉第一閥門6，記錄第一排氣口 3的刻度值及集水瓶2與水箱11上表面高差值，二者之和即為滲流試驗的定水頭高度值；
[0010]⑤打開第四閥門9，再打開第五閥門10，水進入水箱2，第一滲流管17與第二滲流管18水面開始上升，水通過螺旋形結構的下底座22，進入透水石21與濾紙後，沿試樣37上升，從水進入第一滲流管17與第二滲流管18時，開始計時，記錄滲流鋒面沿試樣37上升停止後所用時間，記錄試樣37內部浸溼水位刻度值，該刻度值與所用時間的比值，即為固結與定水頭壓力條件下試樣37的滲透速率；
[0011]⑥打開第六閥門26，第七閥門27和第八閥門28，分別取土樣進行含水量測定，並與試樣37內部微型含水量探頭獲取的監測數據進行對比分析。
[0012](2)採用該裝置進行飽和土體一維固結條件下垂直滲流試驗的方法如下:
[0013]①將下底座22安裝於滲流桶20底部，下底座22上面安裝透水石21，透水石21上面安裝濾紙，濾紙上面安裝已經飽和過的試樣37，打開第九閥門32，第十閥門33和第十一閥門34，通過第一監測口 29，第二監測口 30和第三監測口 31在試樣37內部分別安裝微型含水量探頭，關閉第九閥門32，第十閥門33和第十一閥門34，用於監測試樣37不同層位含水量變化情況；
[0014]②試樣37上面安裝頂帽19，頂帽19與加壓軸16接觸，按照試樣要求安裝砝碼15，為試樣37施加垂直固結壓力，固結水分通過下底座22排入水箱11，待位移計35顯示值達到試驗要求後，固結完畢； [0015]③關閉第一閥門6，第二閥門7，第三閥門8，第四閥門9，第五閥門10，按照試驗要求的定水頭高度，調整集水瓶2與水箱11之間的高差，且保持第三排氣口 5始終高於水箱2的上表面，打開瓶塞1，注入混有紅墨水的純淨水至集水瓶2中，使集水瓶2內水面距離集水瓶2頂面3-5cm時停止注水，預留一部分空間，塞緊瓶塞I ;
[0016]④按照試驗要求打開第一閥門6進行排氣排水，待第一排氣口 3沒有水流出後，關閉第一閥門6，記錄第一排氣口 3的刻度值及集水瓶2與水箱11上表面高差值，二者之和即為滲流試驗的定水頭高度值；
[0017]⑤打開第四閥門9，再打開第五閥門10，水進入水箱2，第一滲流管17與第二滲流管18水面開始上升，水通過螺旋形結構的下底座22，進入透水石21與濾紙後，沿試樣37上升，從水進入第一滲流管17與第二滲流管18時，開始計時，記錄紅色滲流鋒面沿試樣37上升停止後所用時間，記錄試樣37內部紅色滲流鋒面刻度值，該刻度值與所用時間的比值，即為飽和固結與定水頭壓力條件下試樣37的滲透速率；
[0018]⑥打開第六閥門26，第七閥門27和第八閥門28，分別取土樣進行含水量測定，並與試樣37內部微型含水量探頭獲取的監測數據進行對比分析。[0019]本發明優點:
[0020]儀器製造簡單，測量精度高，使用方便，滿足樣品加載條件下反向滲透控制要求，可提供穩定的水頭壓力，並進行有效的補水控制，可直接測定各種多孔介質包括碎石土、砂土、粉土、粘土等的滲透規律及毛細水上升高度與速率等參數。
[0021]本發明適用範圍:
[0022]可用於土木工程或地質工程中遇到的各種多孔介質滲透特性測量與毛細水上升高度與速率等參數的室內或現場測試。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0023]圖1是土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法所用試驗裝置的結構示意圖。其中有瓶塞1，集水瓶2，第一排氣口 3，第二排氣口 4，第三排氣口 5，第一閥門6，第二閥門7，第三閥門8，第四閥門9，第五閥門10，水箱11，固定栓12，轉動軸13，加壓框架14，砝碼15，加壓軸16，第一滲流管17，第二滲流管18，頂帽19，滲流桶20，透水石21，下底座22，第一取樣口 23，第二取樣口 24，第三取樣口 25，第六閥門26，第七閥門27，第八閥門28，第一監測口29，第二監測口 30，第三監測口 31，第九閥門32，第十閥門33，第十一閥門34，連通管36，試樣37，第一吊鉤38，第二吊鉤39，大砝碼40，加壓槓桿41。
[0024]圖2是土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法所用試驗裝置的結構示意圖A— A側視圖。其中有水箱11，固定栓12，轉動軸13，加壓框架14，砝碼15，加壓軸16，位移計35。
[0025]圖3是土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法所用試驗裝置中下底座22的螺旋形排水槽結構示意圖。其中有下底座22。
【具體實施方式】:
[0026]實施例:`
[0027](I)採用該裝置進行非飽和土體一維固結條件下垂直滲流試驗:
[0028]①將下底座22安裝於滲流桶20底部，下底座22上面安裝透水石21，透水石21上面安裝濾紙，濾紙上面安裝試樣37，打開第九閥門32，第十閥門33和第十一閥門34，通過第一監測口 29，第二監測口 30和第三監測口 31在試樣37內部分別安裝微型含水量探頭，關閉第九閥門32，第十閥門33和第十一閥門34，試樣37上面安裝頂帽19，頂帽19與加壓軸16接觸，安裝砝碼15，為試樣37施加垂直固結壓力達到IOOkPa,待位移計35顯示值變化小於0.01mm / min時，固結完畢；
[0029]②關閉第一閥門6，第二閥門7，第三閥門8，第四閥門9，第五閥門10，調整集水瓶2的第一排氣口 3與水箱11上表面之間的高差為100cm，打開瓶塞I，注入純淨水至集水瓶2中，使集水瓶2內水面距離集水瓶2頂面5cm時停止注水，塞緊瓶塞I ;
[0030]③打開第一閥門6進行排氣排水,待第一排氣口 3沒有水流出後,關閉第一閥門6,記錄滲流試驗的定水頭高度值為IOOcm ；
[0031]④打開第四閥門9，再打開第五閥門10，水進入水箱2，第一滲流管17與第二滲流管18水面開始上升，水通過螺旋形結構的下底座22，進入透水石21與濾紙後，沿試樣37上升，從水進入第一滲流管17與第二滲流管18時，開始計時，記錄滲流鋒面沿試樣37上升停止後所用時間T，記錄試樣37內部浸溼水位刻度值H，即定水頭IOOcm水柱壓力與IOOkPa垂直荷載固結條件下，該試樣的平均滲透速率為H/T，並可獲得浸溼水位刻度變化值h隨試驗用時t的變化曲線規律；
[0032]⑤打開第六閥門26，第七閥門27和第八閥門28，分別取土樣進行含水量測定，並與試樣37內部微型含水量探頭獲取的監測數據進行對比分析。
[0033](2)採用該裝置進行飽和土體一維固結條件下垂直滲流試驗:
[0034]①將下底座22安裝於滲流桶20底部，下底座22上面安裝透水石21，透水石21上面安裝濾紙，濾紙上面安裝已經飽和過的試樣37，打開第九閥門32，第十閥門33和第十一閥門34，通過第一監測口 29，第二監測口 30和第三監測口 31在試樣37內部分別安裝微型含水量探頭，關閉第九閥門32，第十閥門33和第十一閥門34，試樣37上面安裝頂帽19，頂帽19與加壓軸16接觸，安裝砝碼15，為試樣37施加垂直固結壓力達到IOOkPa,待位移計35顯示值變化小於0.01mm / min時，固結完畢；
[0035]②關閉第一閥門6，第二閥門7，第三閥門8，第四閥門9，第五閥門10，調整集水瓶2的第一排氣口 3與水箱11上表面之間的高差為100cm，打開瓶塞I，注入混有紅墨水的純淨水至集水瓶2中，使集水瓶2內水面距離集水瓶2頂面5cm時停止注水，塞緊瓶塞I ;
[0036]③打開第一閥門6進行排氣排水,待第一排氣口 3沒有水流出後,關閉第一閥門6,記錄滲流試驗的定水頭高度值為IOOcm ；
[0037]④打開第四閥門9 ，再打開第五閥門10，水進入水箱2，第一滲流管17與第二滲流管18水面開始上升，水通過螺旋形結構的下底座22，進入透水石21與濾紙後，沿試樣37上升，從水進入第一滲流管17與第二滲流管18時，開始計時，記錄紅色滲流鋒面沿試樣37上升停止後所用時間T，記錄試樣37內部紅色滲流鋒面刻度值H，即定水頭IOOcm水柱壓力與IOOkPa垂直荷載固結條件下，該試樣的平均滲透速率為H / T，並可獲得浸溼水位刻度變化值h隨試驗用時t的變化曲線規律；
[0038]⑤打開第六閥門26，第七閥門27和第八閥門28，分別取土樣進行含水量測定，並與試樣37內部微型含水量探頭獲取的監測數據進行對比分析。
【權利要求】
1.土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法，其特徵是該方法採用一種試驗裝置，該裝置包括集水瓶(2)，水箱(11)，加壓框架(14)，加壓軸(16)，第一滲流管(17)，第二滲流管(18)，滲流桶(20)和加壓槓桿(41)，集水瓶(2)頂部安裝有瓶塞(1)，集水瓶(2)安裝有第一排氣口(3)，第二排氣口(4)，第三排氣口(5)，第一排氣口(3)安裝有第一閥門(6)，第二排氣口(4)安裝有第二閥門(7)，第三排氣口(5)安裝有第三閥門(8)，集水瓶(2)通過連通管(36)與水箱(11)連接，連通管(36)兩端分別安裝有第四閥門(9)和第五閥門(10)，水箱(11)連接第一滲流管(17)，第二滲流管(18)，滲流桶(20)和位移計(35)，滲流桶(20)內裝有試樣(37)，試樣(37)頂部安裝有頂帽(19)，試樣(37)底部安裝有透水石(21)，透水石(21)上面貼有試紙，透水石(21)下面安裝有下底座(22)，下底座(22)為螺旋形結構設計，滲流桶(20) —側安裝有第一取樣口(23)，第二取樣口(24)和第三取樣口(25)，第一取樣口(23)安裝有第六閥門(26)，第二取樣口(24)安裝有第七閥門(27)，第三取樣口(25)安裝有第八閥門(28)，滲流桶(20)對稱一側安裝有第一監測口(29)，第二監測口(30)和第三監測口(31)，第一監測口(29)安裝有第九閥門(32)，第二監測口(30)安裝有第十閥門(33)，第三監測口 (31)安裝有第十一閥門(34)，加壓框架(14)通過加壓軸(16)與頂帽(19)接觸，加壓框架(14)通過固定栓(12)與水箱(11)連接，加壓框架(14)通過轉動軸(13)與加壓槓桿(41)連接，轉動軸(13)連接有第一吊鉤(38)，加壓槓桿通過第二吊鉤(39)與砝碼(15)連接，轉動軸連接有大砝碼(40)， 採用該裝置進行非飽和土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法如下: (1)將下底座(22)安裝於滲流桶(20)底部，下底座(22)上面安裝透水石(21)，透水石(21)上面安裝濾紙，濾紙上面安裝試樣(37)，打開第九閥門(32)，第十閥門(33)和第十一閥門(34)，通過第一監測口(29)，第二監測口(30)和第三監測口(31)在試樣(37)內部分別安裝微型含水量探頭，關閉第九閥門(32)，第十閥門(33)和第十一閥門(34)，用於監測試樣37不同層位含水量變化情況； (2)試樣(37)上面安裝頂帽(19)，頂帽(19)與加壓軸(16)接觸，按照試樣要求安裝砝碼(15)，為試樣(37)施加垂直固結壓力，待砬移計(35)顯示值達到試驗要求後，固結完畢； (3)關閉第一閥門(6)，第二閥門(7)，第三閥門(8)，第四閥門(9)，第五閥門(10)，按照試驗要求的定水頭高度，調整集水瓶(2與水箱(11)之間的高差，且保持第三排氣口(5)始終高於水箱(2)的上表面，打開瓶塞(I)，注入純淨水至集水瓶(2)中，使集水瓶(2)內水面距離集水瓶(2)頂面3-5cm時停止注水，塞緊瓶塞(I)； (4)按照試驗要求打開第一閥門(6)進行排氣排水，待第一排氣口(3)沒有水流出後，關閉第一閥門出)，記錄第一排氣口(3)的刻度值及集水瓶(2)與水箱(11)上表面高差值，二者之和即為滲流試驗的定水頭高度值； (5)打開第四閥門(9)，再打開第五閥門(10)，水進入水箱(2)，第一滲流管(17)與第二滲流管(18)水面開始上升，水通過下底座(22)，進入透水石(21)與濾紙後，沿試樣(37)上升，從水進入第一滲流管(17)與第二滲流管(18)時，開始計時，記錄滲流鋒面沿試樣(37)上升停止後所用時間，記錄試樣(37)內部浸溼水位刻度值，該刻度值與所用時間的比值，即為固結與定 水頭壓力條件下試樣(37)的滲透速率； (6)打開第六閥門(26)，第七閥門(27)和第八閥門(28)，分別取土樣進行含水量測定，並與試樣(37)內部微型含水量探頭獲取的監測數據進行對比分析， 採用該裝置進行飽和土體一維固結條件下垂直滲流試驗方法如下: (1)將下底座(22)安裝於滲流桶(20)底部，下底座(22)上面安裝透水石(21)，透水石(21)上面安裝濾紙，濾紙上面安裝已經飽和過的試樣(37)，打開第九閥門(32)，第十閥門(33)和第十一閥門(34)，通過第一監測口(29)，第二監測口(30)和第三監測口(31)在試樣(37)內部分別安裝微型含水量探頭，關閉第九閥門(32)，第十閥門(33)和第十一閥門(34)，用於監測試樣(37)不同層位含水量變化情況； (2)試樣(37)上面安裝頂帽(19)，頂帽(19)與加壓軸(16)接觸，按照試樣要求安裝砝碼(15)，為試樣(37)施加垂直固結壓力，固結水分通過下底座(22)排入水箱(11)，待位移計(35)顯示值達到試驗要求後，固結完畢； (3)關閉第一閥門(6)，第二閥門(7)，第三閥門(8)，第四閥門(9)，第五閥門(10)，按照試驗要求的定水頭高度，調整集水瓶(2)與水箱(11)之間的高差，且保持第三排氣口(5)始終高於水箱(2)的上表面，打開瓶塞(I)，注入混有紅墨水的純淨水至集水瓶(2)中，使集水瓶(2)內水面距離集水瓶(2)頂面3-5cm時停止注水，塞緊瓶塞(I)； (4)按照試驗要求打開 第一閥門(6)進行排氣排水，待第一排氣口(3)沒有水流出後，關閉第一閥門出)，記錄第一排氣口(3)的刻度值及集水瓶(2)與水箱(11)上表面高差值，二者之和即為滲流試驗的定水頭高度值； (5)打開第四閥門(9)，再打開第五閥門(10)，水進入水箱(2)，第一滲流管(17)與第二滲流管(18)水面開始上升，水通過下底座(22)，進入透水石(21)與濾紙後，沿試樣(37)上升，從水進入第一滲流管(17)與第二滲流管(18)時，開始計時，記錄紅色滲流鋒面沿試樣(37)上升停止後所用時間，記錄試樣(37)內部紅色滲流鋒面刻度值，該刻度值與所用時間的比值，即為飽和固結與定水頭壓力條件下試樣(37)的滲透速率； (6)打開第六閥門(26)，第七閥門(27)和第八閥門(28)，分別取土樣進行含水量測定，並與試樣(37)內部微型含水量探頭獲取的監測數據進行對比分析。
【文檔編號】G01N15/08GK103808643SQ201410072866
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月3日 優先權日:2014年3月3日
【發明者】李志清, 孫喬寶, 王珏, 周應新, 李晶哲, 王高, 張汝文, 錢坤, 馬贇, 嶽銳強 申請人:中國科學院地質與地球物理研究所