固结-渗透-剪切波速耦合实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同时对土样进行渗透、固结、测定剪切波速的试验装置。包括顶盖板、底盖板、试样筒和两个加压活塞机构，试样筒安装有径向弯曲元对，试样筒上下两端连接有顶盖板和底盖板，两个加压活塞机构安装在试样筒内并伸出到试样筒外；加压活塞机构包括活塞板、导流板、透水石、活塞杆和帽体，活塞板置于试样筒内并开有圆形槽，导流板开有导流槽和导流板汇流孔，轴向弯曲元装在导流板和透水石的安装孔中并穿出插入到土样容腔的待测土样中，液压腔的内壁布置有橡胶膜千斤顶，顶盖板和底盖板上均开有两个和液压腔相通的通孔。本发明专利技术能在一个土体中同时测定径向及轴向上的剪切波速、渗透系数、竖向变形值，进行污染物击穿实验。

Consolidation-Permeation-Shear Wave Velocity Coupling Experimental Device

【技术实现步骤摘要】
固结-渗透-剪切波速耦合实验装置
本专利技术属于岩土工程单元体的一种试验装置，具体涉及一种固结-渗透-剪切波速耦合实验装置，能同时测定土样剪切波速、渗透系数、固结压缩系数。
技术介绍
土壤和地下水污染是目前全球面临的一个挑战。在全球范围内，有超过500万个污染场地需要治理。不正规的城市固体废物填埋场是导致上述现状的主要原因之一。土-膨润土-有机膨润土竖向防污屏障具有低渗透性、高吸附性及良好的化学相容性，可以长期有效地降低渗滤液渗漏的风险，具备广泛应用于工程现场的潜力。但目前还没有学者全方位的评估过该材料在长期被渗滤液渗透条件下的渗透系数、剪切波速、压缩系数的变化。传统的土工三轴仪虽然可以满足上述要求，但是只能测定土单元体上下轴向方向上的剪切波速。如何在一个土体中同时测定径向及轴向上的剪切波速、渗透系数、压缩系数，是现有技术缺失的技术问题，是需要解决的技术问题。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提出的关键问题，本专利技术提供了一种同时测定土样剪切波速、渗透系数、压缩系数的试验装置，同时对土样进行渗透、固结、测定剪切波速的试验装置，是在土单元体固结应力下能同时测试其径向及轴向上的剪切波速、渗透系数、竖向变形值和污染物击穿曲线的试验装置。为了实现上述的目的，本专利技术采用了以下的技术方案：本专利技术包括顶盖板、底盖板、试样筒以及两个结构相同且上下对称布置的加压活塞机构，试样筒的中部两侧侧壁对称安装有径向弯曲元对，试样筒的上下两端分别连接有顶盖板和底盖板，上下两个加压活塞机构主体安装在试样筒内部，上下两个加压活塞机构分别贯穿穿过顶盖板和底盖板伸出到试样筒外；上下两个加压活塞机构之间的试样筒内腔构成了土样容腔，待测土样置于土样容腔中。每个加压活塞机构包括活塞板、导流板、透水石、活塞杆和帽体，活塞板置于试样筒内，活塞板外壁与试样筒内壁通过第二O型密闭环配合连接，透水石放置在活塞板靠近试样筒中央的端面处，活塞板在和透水石接触的端面中心开有圆形槽，圆形槽槽底中心开有沉槽，圆形槽中装有导流板，导流板靠近试样筒中心的一端面开有导流槽，且在导流板靠近试样筒中心的端面偏心一侧开设导流板汇流孔，导流槽和导流板汇流孔连通，导流板汇流孔和沉槽连通；导流板和透水石中心均开设用于安装轴向弯曲元的安装孔，轴向弯曲元装在导流板和透水石的安装孔中并穿出安装孔后插入到土样容腔的待测土样中；活塞杆一端通过螺纹连接到活塞板远离试样筒中央的端面中心，活塞杆另一端穿出顶盖板/底盖板后通过螺纹连接帽体，帽体上两侧分别开设出入流孔和弯曲元连接线出口，弯曲元连接线出口处安装弯曲元线塞；活塞杆内部设置轴向的中空通道，中空通道一端连通出入流孔和弯曲元连接线出口，中空通道另一端连通活塞板的沉槽；活塞板和顶盖板/底盖板之间的试样筒内腔空间形成液压腔，液压腔的内壁布置有环形的橡胶膜千斤顶，橡胶膜千斤顶分为外缘密封部分、外圈周面褶皱部分、底面部分和内圈周面部分的四个部分，四个部分依次衔接成一体；外缘密封部分紧贴布置在试样筒外端面和顶盖板/底盖板之间，外圈周面褶皱部分紧贴布置在试样筒内壁，底面部分紧贴布置在活塞板远离试样筒中央的端面上，内圈周面部分过盈配合紧贴套装在活塞杆外；外圈周面褶皱部分具有弹性伸缩性，外缘密封部分、底面部分和内圈周面部分不具有弹性伸缩性，使得活塞板在固结实验和渗透实验进行时移动，带动外圈周面褶皱部分伸长或者收缩，外缘密封部分、底面部分和内圈周面部分保持紧贴各自的表面；顶盖板和底盖板上均开有两个和液压腔相通的通孔，一个通孔作为溢流孔，另一个通孔上安装液压腔阀门，液压腔阀门出口作为液压水入口。固结实验时土样容腔的液体透过透水石进入到导流板的各个导流槽，然后汇聚到导流板汇流孔后再经沉槽流通到活塞杆内部的中空通道，最后从出入流孔流出。所述的试样筒、加压活塞、导流板、顶盖板、底盖板、螺栓均为不锈钢材质。所述的透水石采用钛合金材质。所述的顶盖板/底盖板开有中心通孔，中心通孔中安装旋塞，旋塞套装在活塞杆上，旋塞和顶盖板/底盖板之间的活塞杆上还套装有第一O型密闭环，旋塞旋紧入中心通孔后将第一O型密闭环压紧在活塞杆和中心通孔之间的间隙处。所述上下两个加压活塞机构中，帽体在远离试样筒中央的一侧侧方设有百分表，百分表通过支架固定于顶盖板/底盖板，百分表的探头端朝向帽体，百分表测量探头端和帽体之间的距离。所述的试样筒上下端均设有法兰凸缘，顶盖板和底盖板均通过紧固短螺栓分别安装于试样筒上下端面设置的法兰凸缘，同时通过支架长螺栓使得试样筒固定。所述的试样筒法兰凸缘和顶盖板/底盖板端面之间设有环形凹槽，环形凹槽中安装有橡胶密封垫圈，且外缘密封部分延伸经过环形凹槽，橡胶密封垫圈位于外缘密封部分顶盖板/底盖板端面之间。所述的轴向弯曲元包括弯曲元探头、空心螺栓和连接电线，导流板的安装孔为螺纹孔，透水石的安装孔为通孔，弯曲元探头固定于空心螺栓中，空心螺栓通过螺纹安装在导流板的螺纹孔中，弯曲元探头探测端穿过透水石的通孔后插入到土样容腔的待测土样中，弯曲元探头的输入/输出端经连接电线连接到外部的接收电路，连接电线走线依次经过空心螺栓、沉槽、活塞杆的中空通道后穿入弯曲元连接线出口的弯曲元线塞，从弯曲元线塞贯穿出后连接到外部的接收电路。还包括渗滤液储存箱、气压调节阀、压力水箱、蠕动泵、入流压力室、出流压力室、废液收集容器、出流流量计和出流取样口；渗滤液储存箱出口连接到压力水箱入口，压力水箱出口经蠕动泵连接到入流压力室入口，入流压力室出口连接到试样筒的入流孔，试样筒的出流孔连接到出流压力室的入口，出流压力室的出口连接到废液收集容器；气源经气压调节阀连接到压力水箱、入流压力室和出流压力室的顶部。本专利技术通过加压活塞机构结构及试样筒结构的设计安装使得能够实现固结-渗透-剪切波速耦合实验，即同时实现固结-渗透-剪切波速的测试于同一装置上。本专利技术进一步配合流量计、孔压计、污染物浓度测试系统、反压饱和常水头系统实现固结-渗透-剪切波速耦合实验。本专利技术通过橡胶膜千斤顶推动加压活塞加压，中空通道排水来实现固结功能。通过嵌入至导流板圆心的轴向弯曲元对及试样筒侧壁的径向弯曲元对来测试土样轴向及径向剪切波速。渗流液体经下中空通道至土样中，最终由上中空通道流出至出入流孔，以实现渗流功能。与
技术介绍
相比，本专利技术具有的有益效果是：(1)本专利技术开创性地耦合了在土样中进行的径向及轴向剪切波速测量试验、渗透/污染物击穿试验、固结试验，解决了传统土工三轴实验无法测试土样径向剪切波速的缺陷。(2)本专利技术采用上下加压活塞同时对土样加相同荷载，使得土体上下表面同时向其中部推进相同位移，从而处使得于土体半高位置的弯曲元不会因为土体变形而受到剪切作用。(3)通过将污染物的出流浓度曲线与径向及轴向剪切波速变化曲线相互关联，进而提出利用剪切波速值作为防污屏障污染程度测监测手段。(4)本专利技术采用橡胶膜千斤顶加压，其与试样筒之间的摩擦力小，大大减少了轴向荷载的损失。密闭性好，可靠性高。附图说明图1是本专利技术装置的俯视图示意图。图2是本专利技术装置的1-1剖面示意图。图3是本专利技术装置的轴向弯曲元安装处的局部剖面示意图。图4是本专利技术装置的橡胶膜千斤顶局部剖面示意图。图5是导流板表面布置示意图。图6是本专利技术实施例示意图。图中：1、顶盖板，2、试样筒，3、活塞杆，4、帽体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固结‑渗透‑剪切波速耦合实验装置，其特征在于：包括顶盖板(1)、底盖板(13)、试样筒(2)以及两个结构相同且上下对称布置的加压活塞机构，试样筒(2)的中部两侧侧壁对称安装有径向弯曲元对(12)，试样筒(2)的上下两端分别连接有顶盖板(1)和底盖板(13)，上下两个加压活塞机构主体安装在试样筒(2)内部，上下两个加压活塞机构分别贯穿穿过顶盖板(1)和底盖板(13)伸出到试样筒(2)外；上下两个加压活塞机构之间的试样筒(2)内腔构成了土样容腔(28)，待测土样置于土样容腔(28)中；每个加压活塞机构包括活塞板(16)、导流板(19)、透水石(22)、活塞杆(3)和帽体(4)，活塞板(16)置于试样筒(2)内，活塞板(16)外壁与试样筒(2)内壁通过第二O型密闭环(24)配合连接，透水石(22)放置在活塞板(16)靠近试样筒(2)中央的端面处，活塞板(16)在和透水石(22)接触的端面中心开有圆形槽，圆形槽槽底中心开有沉槽，圆形槽中装有导流板(19)，导流板(19)靠近试样筒(2)中心的一端面开有导流槽(20)，且在导流板(19)靠近试样筒(2)中心的端面偏心一侧开设导流板汇流孔(21)，导流槽(20)和导流板汇流孔(21)连通，导流板汇流孔(21)和沉槽连通；导流板(19)和透水石(22)中心均开设用于安装轴向弯曲元(23)的安装孔，轴向弯曲元(23)装在导流板(19)和透水石(22)的安装孔中并穿出安装孔后插入到土样容腔(28)的待测土样中；活塞杆(3)一端通过螺纹连接到活塞板(16)远离试样筒(2)中央的端面中心，活塞杆(3)另一端穿出顶盖板(1)/底盖板(13)后通过螺纹连接帽体(4)，帽体(4)上两侧分别开设出入流孔(10)和弯曲元连接线出口(11)，弯曲元连接线出口(11)处安装弯曲元线塞；活塞杆(3)内部设置轴向的中空通道(27)，中空通道(27)一端连通出入流孔(10)和弯曲元连接线出口(11)，中空通道(27)另一端连通活塞板(16)的沉槽；活塞板(16)和顶盖板(1)/底盖板(13)之间的试样筒(2)内腔空间形成液压腔(18)，液压腔(18)的内壁布置有环形的橡胶膜千斤顶(17)，橡胶膜千斤顶(17)分为外缘密封部分(17‑3)、外圈周面褶皱部分(17‑1)、底面部分和内圈周面部分(17‑2)的四个部分，四个部分依次衔接成一体；外缘密封部分(17‑3)紧贴布置在试样筒(2)外端面和顶盖板(1)/底盖板(13)之间，外圈周面褶皱部分(17‑1)紧贴布置在试样筒(2)内壁，底面部分紧贴布置在活塞板(16)远离试样筒(2)中央的端面上，内圈周面部分(17‑2)过盈配合紧贴套装在活塞杆(3)外；外圈周面褶皱部分(17‑1)具有弹性伸缩性，外缘密封部分(17‑3)、底面部分和内圈周面部分(17‑2)不具有弹性伸缩性，使得活塞板(16)在固结实验和渗透实验进行时移动，带动外圈周面褶皱部分(17‑1)伸长或者收缩，外缘密封部分(17‑3)、底面部分和内圈周面部分(17‑2)保持紧贴各自的表面；顶盖板(1)和底盖板(13)上均开有两个和液压腔(18)相通的通孔，一个通孔作为溢流孔，另一个通孔上安装液压腔阀门(26)，液压腔阀门(26)出口作为液压水入口(9)。...

【技术特征摘要】
1.一种固结-渗透-剪切波速耦合实验装置，其特征在于：包括顶盖板(1)、底盖板(13)、试样筒(2)以及两个结构相同且上下对称布置的加压活塞机构，试样筒(2)的中部两侧侧壁对称安装有径向弯曲元对(12)，试样筒(2)的上下两端分别连接有顶盖板(1)和底盖板(13)，上下两个加压活塞机构主体安装在试样筒(2)内部，上下两个加压活塞机构分别贯穿穿过顶盖板(1)和底盖板(13)伸出到试样筒(2)外；上下两个加压活塞机构之间的试样筒(2)内腔构成了土样容腔(28)，待测土样置于土样容腔(28)中；每个加压活塞机构包括活塞板(16)、导流板(19)、透水石(22)、活塞杆(3)和帽体(4)，活塞板(16)置于试样筒(2)内，活塞板(16)外壁与试样筒(2)内壁通过第二O型密闭环(24)配合连接，透水石(22)放置在活塞板(16)靠近试样筒(2)中央的端面处，活塞板(16)在和透水石(22)接触的端面中心开有圆形槽，圆形槽槽底中心开有沉槽，圆形槽中装有导流板(19)，导流板(19)靠近试样筒(2)中心的一端面开有导流槽(20)，且在导流板(19)靠近试样筒(2)中心的端面偏心一侧开设导流板汇流孔(21)，导流槽(20)和导流板汇流孔(21)连通，导流板汇流孔(21)和沉槽连通；导流板(19)和透水石(22)中心均开设用于安装轴向弯曲元(23)的安装孔，轴向弯曲元(23)装在导流板(19)和透水石(22)的安装孔中并穿出安装孔后插入到土样容腔(28)的待测土样中；活塞杆(3)一端通过螺纹连接到活塞板(16)远离试样筒(2)中央的端面中心，活塞杆(3)另一端穿出顶盖板(1)/底盖板(13)后通过螺纹连接帽体(4)，帽体(4)上两侧分别开设出入流孔(10)和弯曲元连接线出口(11)，弯曲元连接线出口(11)处安装弯曲元线塞；活塞杆(3)内部设置轴向的中空通道(27)，中空通道(27)一端连通出入流孔(10)和弯曲元连接线出口(11)，中空通道(27)另一端连通活塞板(16)的沉槽；活塞板(16)和顶盖板(1)/底盖板(13)之间的试样筒(2)内腔空间形成液压腔(18)，液压腔(18)的内壁布置有环形的橡胶膜千斤顶(17)，橡胶膜千斤顶(17)分为外缘密封部分(17-3)、外圈周面褶皱部分(17-1)、底面部分和内圈周面部分(17-2)的四个部分，四个部分依次衔接成一体；外缘密封部分(17-3)紧贴布置在试样筒(2)外端面和顶盖板(1)/底盖板(13)之间，外圈周面褶皱部分(17-1)紧贴布置在试样筒(2)内壁，底面部分紧贴布置在活塞板(16)远离试样筒(2)中央的端面上，内圈周面部分(17-2)过盈配合紧贴套装在活塞杆(3)外；外圈周面褶皱部分(17-1)具有弹性伸缩性，外缘密封部分(17-3)、底面部分和内圈周面部分(17-2)不具有弹性伸缩性，使得活塞板(16)在固结实验和渗透实验进行时移动，带动外圈周面褶皱部分(17-1)伸长或者收缩，外缘密封部分(17-3)、底面部分和内圈周面部分(17-2)保持紧贴各自的表面；顶盖板(1)和底盖板(13)上均开有两个和液压腔(18)相通的通孔，一个通孔作为溢流孔，另一个通孔上安装液压腔阀门(26)，液压腔阀门(26)出口作为液压水入口(9)。2.根据权利要求1所述的一种固结-渗透-剪切波速耦合实验装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴特，陈枭，王顺玉，陈超，聂绍凯，叶建设，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33