一种用于真空饱和及饱和度测试的系统技术方案

本发明专利技术涉及用于真空饱和及饱和度测试的系统，包括真空饱和装置；常水头装置；真空泵；二氧化碳输气装置以及饱和度测量装置；真空饱和装置包括样品真空箱、设置在样品真空箱中的样品容器以及设置在样品真空箱上的压力表；饱和度测量装置设置在真空饱和装置上；常水头装置包括常水头真空箱、设置在常水头真空箱中的常水头装置本体、常水头进水管以及常水头出水管，常水头装置本体包括内筒、外筒、连接内筒和外筒的进出水泵，常水头进水管和出水管穿过常水头真空箱与内筒连通；真空泵与真空饱和装置和常水头装置连通；二氧化碳输气装置的输气管穿过样品真空箱与样品容器连通，同时与常水头装置连通，常水头出水管穿过样品真空箱与样品容器连通。

A system for vacuum saturation and saturation testing

The invention relates to a system for measuring vacuum saturation and saturation, including a vacuum saturation device; a constant head device; a vacuum pump; a carbon dioxide gas conveying device and a saturation measuring device; and a vacuum saturation device including a sample vacuum box, a sample container set in a sample vacuum box and a pressure set on a sample vacuum box. Force meter; Saturation measuring device is set on vacuum saturation device; constant head device includes constant head vacuum box, constant head device body in constant head vacuum box, constant head intake pipe and constant head outlet pipe, constant head device body includes inner cylinder, outer cylinder, intake pump connecting inner cylinder and outer cylinder, and constant water head device body. Head intake pipe and outlet pipe are connected with inner cylinder through constant head vacuum box; vacuum pump is connected with vacuum saturation device and constant head device; gas pipeline of carbon dioxide gas transmission device is connected with sample container through sample vacuum box, and with constant head device at the same time, and constant head outlet pipe is connected with sample vacuum box and sample container through sample vacuum box.

【技术实现步骤摘要】
一种用于真空饱和及饱和度测试的系统
本专利技术涉及土工实验技术，尤其涉及一种用于真空饱和及饱和度测试的系统。
技术介绍
在解决与各类工程建筑有关的地质问题时，必须了解岩土的工程地质，土的工程地质性质包括物理、水理以及力学性质，其中物理性质是表明土物理状态的某些性质，用土的基本物理指标来表示，这些指标中有的直接测定例如含水量、密度、比重、体积等，有的通过计算求得例如饱和度等。土的饱和度是指土体孔隙中水占的体积与土体孔隙体积的比值，其表示水在孔隙中充满的程度。饱和度可以反映土的干湿程度以及性质，在实际工程中有着重要的意义。对于岩土工程液化来讲，土的饱和度是判别砂土液化的重要指标，饱和度测试一直具有重要意义。饱和度的测定主要是通过计算间接获得，并且计算常常由于各种因素而产生偏差。目前，对于模型实验还没有相关的饱和度的测试方法。因此，存在对这方面的技术的需求。
技术实现思路
为克服现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种用于真空饱和及饱和度测试的方法以及系统，其能够测定砂土饱和度，具有操作简单方便，结果直观可靠的优点。根据本专利技术的另一方面，提供一种用于真空饱和及饱和度测试的系统，包括：真空饱和装置10；常水头装置20；真空泵30；以及二氧化碳输气装置40，以及饱和度测量装置60；其中，真空饱和装置10包括样品真空箱11、设置在样品真空箱11中的样品容器12、以及设置在样品真空箱11上的压力表14；饱和度测量装置60包括激光发射器61，饱和度测量装置60设置在真空饱和装置10上；常水头装置20包括常水头真空箱21、设置在常水头真空箱21中的常水头装置本体22、常水头进水管23以及常水头出水管24；其中常水头装置本体22包括内筒221、外筒222、连接内筒221和外筒222的进出水泵223，常水头进水管23以及常水头出水管24穿过常水头真空箱21与内筒221连通；真空泵30与真空饱和装置10和常水头装置20连通；二氧化碳输气装置40的输气管穿过样品真空箱11与样品容器12连通，常水头出水管24穿过样品真空箱11与样品容器12连通。同时二氧化碳输气装置40的输气管也与常水头装置20连通。进一步地,所述常水头装置20还包括设置在常水头真空箱21上的压力表。进一步地，所述常水头装置20还包括与常水头进水管23连接的进水泵25。进一步地，所述饱和度测量装置60设置在样品容器12上方的样品真空箱11的内部顶面上。进一步地，所述样品真空箱11上设置有开关装置。进一步地，所述用于测定砂土饱和度的系统还包括数据处理单元50，所述数据处理单元接收饱和度测量装置60的检测数据并据此计算砂土饱和度。根据本专利技术的一个实施方案，所述饱和度测量装置60设置在样品容器12内部侧壁上，所述真空饱和装置10还包括放置在样品容器12之中的带刻度的浮板15。进一步地，所述样品真空箱11的顶表面是透明的或者在顶表面上设置有观测窗。进一步地，所述常水头装置20还包括设置在常水头出水管(24)上的流量计(未示出)，用于测量对样品饱和时常水头装置20输出的水量。根据本专利技术的另一方面，提供一种测定砂土饱和度的方法，包括：(1)将体积为V的砂土样品放入样品容器中，同时对砂土样品以及常水头装置抽真空。(2)对抽真空的砂土样品以及常水头装置通入二氧化碳，(3)重复步骤(1)和(2)多次，(4)同时对砂土样品以及常水头装置抽真空；(5)利用常水头装置对砂土样品进行常水头饱和，直到水液浸没砂土样品的表面；(6)将常水头饱和后的砂土样品暴露在大气常压P1下；(7)再次对砂土样品抽真空到P2压力下；(8)测算在步骤(6)以及(7)中不同压力下样品容器中液面高度的变化，并由此获得体积的变化△V；(9)利用如下公式计算砂土样品的饱和度Sr：Sr＝Vw/Vv·100％Vv＝Va+VwVv＝V-Vs＝V-Ms/ρdVa·P1＝V2·P2V2＝Va+△V其中，V为砂土样品的总体积，Vv为砂土样品中孔隙体积，Vw为砂土样品中水的体积，Vs为砂土样品中固体体积，Va为步骤(6)中P1压力下砂土样品中气体体积，V2为步骤(7)中P2压力下砂土样品中气体体积，Ms为砂土样品的固体质量，ρd为砂土样品的干密度。进一步地，步骤(8)包括利用包括激光发生器的饱和度测量装置检测液面高度的变化△h，并利用△h乘于所述样品容器的底面积S，获得体积的变化△V。进一步地，步骤(8)包括利用包括激光发生器的饱和度测量装置发射入射光，检测入射光在液面入射位置的水平方向距离的变化△L，然后利用tanα·△L，获得液面高度的变化△h，其中α为入射光相对于液面的入射角。进一步地，步骤(8)包括利用包括激光发生器的饱和度测量装置发射入射光，垂直入射在液面上，利用反射光来测得液面高度的变化△h。进一步地，步骤(8)和(9)由计算机程序单元来完成。附图说明图1为根据本专利技术一个实施方案的用于真空饱和及饱和度测试的系统的结构示意图；图2为根据本专利技术一个实施方案的常水头装置(没有示出常水头真空箱)的结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施方案的测定砂土饱和度的方法的流程示意图；图4为根据本专利技术一个实施方案的利用饱和度测量装置检测样品容器中液面高度的变化的示意图；图5为根据本专利技术一个实施方案的样品容器中砂土样品中固液气三相示意图；图6为根据本专利技术一个实施方案的砂土样品中气体体积和压强变化的示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。图1为根据本专利技术一个实施方案的用于真空饱和及饱和度测试的系统的结构示意图。参考图1，本专利技术的真空饱和及饱和度测试系统包括：真空饱和装置10、常水头装置20、真空泵30、二氧化碳输气装置40以及数据处理单元50、以及包括激光发生器61的饱和度测量装置60(参见图4)。如图所示，真空饱和装置10包括样品真空箱11、设置在样品真空箱11中的样品容器12、以及设置在样品真空箱11上的压力表14。样品容器12用于装待检测的砂土样品，一般具有规则的形状，例如可以为长方体、立方体或圆柱体等等，由此可以预先了解其长宽高，并且可以通过检测其中的液面(利用水进行饱和之后)的变化来求得体积的变化。样品容器12的顶面一般开放，由此有利于样品的放置以及饱和度测量装置60的设置(如果设置在其上的话)和检测。样品容器12放置在样品真空箱11中，放置的位置没有特别要求，只要其放置并固定即可。样品容器12在底面或者侧面设置有与二氧化碳输气装置40的充气管以及常水头装置20的常水头出水管24相连接的接口(未示出)，由此可以给样品进行充气和充水。样品真空箱11用于内容样品容器12以及用于对样品容器12抽真空。其形状和材质没有特别的要求，只要其适合于抽真空即可，例如可以由透明有机材料制成。样品真空箱11上可以安装有压力表，用于显示样品真空箱11中的压力，例如在抽真空之后的压力值。样品真空箱11中设置有让二氧化碳输气装置40的充气管以及常水头出水管24相通过的通孔(未示出)。与样品容器12的接口一样，这样的通孔与充气管和水管之间能够实现密封，不会渗透水或者气体。包括激光发射器61的饱和度测量装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于真空饱和及饱和度测试的系统，包括：真空饱和装置(10)；常水头装置(20)；真空泵(30)；二氧化碳输气装置(40)，以及饱和度测量装置(60)；其中，真空饱和装置(10)包括样品真空箱(11)、设置在样品真空箱(11)中的样品容器(12)、以及设置在样品真空箱(11)上的压力表(14)；饱和度测量装置(60)包括激光发射器(61)，饱和度测量装置(60)设置在真空饱和装置(10)上；常水头装置(20)包括常水头真空箱(21)、设置在常水头真空箱(21)中的常水头装置本体(22)、常水头进水管(23)以及常水头出水管(24)；其中常水头装置本体(22)包括内筒(221)、外筒(222)、连接内筒(221)和外筒(222)的进出水泵(223)，常水头进水管(23)以及常水头出水管(24)穿过常水头真空箱(21)与内筒(221)连通；真空泵(30)与真空饱和装置(10)和常水头装置(20)连通；二氧化碳输气装置(40)的输气管穿过样品真空箱(11)与样品容器(12)连通，同时与常水头装置(20)连通；常水头出水管(24)穿过样品真空箱(11)与样品容器(12)连通。

【技术特征摘要】
1.一种用于真空饱和及饱和度测试的系统，包括：真空饱和装置(10)；常水头装置(20)；真空泵(30)；二氧化碳输气装置(40)，以及饱和度测量装置(60)；其中，真空饱和装置(10)包括样品真空箱(11)、设置在样品真空箱(11)中的样品容器(12)、以及设置在样品真空箱(11)上的压力表(14)；饱和度测量装置(60)包括激光发射器(61)，饱和度测量装置(60)设置在真空饱和装置(10)上；常水头装置(20)包括常水头真空箱(21)、设置在常水头真空箱(21)中的常水头装置本体(22)、常水头进水管(23)以及常水头出水管(24)；其中常水头装置本体(22)包括内筒(221)、外筒(222)、连接内筒(221)和外筒(222)的进出水泵(223)，常水头进水管(23)以及常水头出水管(24)穿过常水头真空箱(21)与内筒(221)连通；真空泵(30)与真空饱和装置(10)和常水头装置(20)连通；二氧化碳输气装置(40)的输气管穿过样品真空箱(11)与样品容器(12)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪云龙，赵志旭，陈龙伟，陈卓识，
申请(专利权)人：中国地震局工程力学研究所，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23