饱和软土振动离心渗流仪制造技术

本发明专利技术涉及一种饱和软土振动离心渗流仪，包括支架(23)，振动平台(18)，玻璃刻度旋转筒(66)，固定在振动平台(18)上的旋转电机(60)和注水部分。振动平台由第一加载控制台控制做水平方向振动；由第二加载控制台控制做竖直方向振动；玻璃刻度旋转筒(66)包括带有刻度的筒壁、同轴的大空心圆柱透水石(20)和小空心圆柱透水石(8)，其材料为透水混凝土；玻璃刻度旋转筒(66)中部为伸出筒底部的旋转电机(60)的电机转轴(4)；大空心圆柱透水石(20)的内壁和小空心圆柱透水石(8)的外壁之间形成土样槽(9)，在土样槽(9)内壁贴有滤纸(6)。本发明专利技术能够更为准确地模拟动荷载作用下软土渗流固结特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种饱和软土振动离心渗流仪，尤其涉及一种能根据水的渗流量来计算在振动荷载和离心作用下饱和软土渗透系数的渗流仪。
技术介绍
土体渗透特性是岩土工程特性研究的重要方面，度量土体渗透特性指标是渗透系数，现有测量渗透系数的实验装置主要有常水头达西渗流仪和变水头达西渗流仪，该实验仪器对砂土渗透系数测量具有准确性高、技术成熟等优点。但饱和软土具有含水率高、压缩性高、孔隙比高、承载能力低、渗透小“三高两低”的特性，其渗流往往表现出非达西渗流特性。应用现有的常水头达西渗流仪和变水头达西渗流仪对软土渗透系数测量将导致结果偏离工程实际，无法指导岩土工程勘察，很有可能给岩土工程设计、施工带来巨大的损失。随着城市进程的不断加快，地铁、铁路、公路等交通工程发展迅速，中国已建和在建的高速铁路工程位居世界首位。岩土工程勘察更为关注不同频率动荷载对软土工程特性和污染物在土中迁移问题，尤其是动荷载和离心耦合作用下在软土渗流特性问题，目前仍采用现有的常水头达西渗流仪和变水头达西渗流仪对软土渗透系数测量，与工程实践不符，更不能模拟污染物如何在土中迁移，缺乏相应的实验装置。所以人们开始越来越关注对软土渗流特性的研究，并将理论研究与工程经验累积的研究成果应用于工程实践中。离心机模型试验被国际公认为是研究岩土动力学问题最有效、最先进的科学试验平台。1931年美国哥伦比亚大学首先研制出世界上第一台半径为0.25m的土工离心机，19世纪70年代初，土工离心机在美、英、苏联、法、日等国相继发展，研制出转台式离心机、吊篮式离心机和鼓式离心机，我国于19世纪80年代开始重视动力离心机技术，1982年由长江科学研究院简称，最大离心加速度达到300g，容量150g-t有效半径3m。截止目前，我国拥有20多台离心机。试验模型能够真实准确地反映原型的性态和行为，模型与原型之间需要满足几何相似、运动相似和动力相似关系三个基本条件，即对应于各参数的相似准则和参数之间的协调关系。假定模型使用原型材料(包含孔隙介质等)，离心加速度Ng条件下，基于动力离心模拟试验原理、“相似三定理”及平衡方程，可推导出模型与原型之间各物理参数的相似因子，该实验仪器虽然能计算软土渗透系数，但操作复杂，不能人为控制水平和竖向两个方向的振动荷载大小和频率。2010年，同济大学研制的新型多功能渗透仪与达西定律实验教学，能更好地模拟自然界中双层或多层结构含水层中的渗流，虽然该仪器考虑了不同的渗透介质、渗流方向，但是并不适用于软土动力渗透系数
的测量。2012年，美国工程师协会，针对非饱和土研发了离心渗流仪，通过模拟Nrg条件下非饱和土的渗透特性，根据相似原理反推实际条件下非饱和土的渗透系数。虽然该仪器能够准确计算非饱和土渗透系数以及模拟污染物在土中迁移问题进行模拟，但是该实验仪器不能模拟不同频率或者频率组合动荷载作用下的软土渗透系数。现有的实验仪器往往不能人为控制不同固定频率或者组合频率动荷载，软土渗透系数很难准确测量。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种能够更为准确地模拟动荷载作用下软土渗流固结特性的饱和软土振动离心渗流仪。技术方案如下：一种饱和软土振动离心渗流仪，包括支架23，振动平台18，第一加载控制台和第二加载控制台，玻璃刻度旋转筒66，固定在振动平台18上的旋转电机60和注水部分。振动平台18的一侧通过水平弹簧2与支架23相连，另一侧通过第一刚性杆27与第一加载控制台的钢柱39固定连接，由第一加载控制台控制做水平方向振动；振动平台18的下部通过竖直弹簧22与支架23相连，振动平台18的下部靠中间的位置通过第二刚性杆32与第二加载控制台的钢柱39固定连接，由第二加载控制台控制做竖直方向振动；玻璃刻度旋转筒66包括带有刻度的筒壁、同轴的大空心圆柱透水石20和小空心圆柱透水石8，其材料为透水混凝土；玻璃刻度旋转筒66中部为伸出筒底部的旋转电机60的电机转轴4；大空心圆柱透水石20的内壁和小空心圆柱透水石8的外壁之间形成土样槽9，在土样槽9内壁贴有滤纸6，并放置有饱和土样；由带有刻度的筒壁和大空心圆柱透水石20外壁形成的空腔被称为集水池3；注水部分包括蓄水池10和玻璃刻度筒64，小空心圆柱透水石8与电机转轴4之间的空腔21与位于其下方的蓄水池10相连通，蓄水池10通过水管12与玻璃刻度筒64相连，玻璃刻度筒64的位置高于玻璃刻度旋转筒66，使得玻璃刻度筒64中的水顺利流入玻璃旋转刻度筒66；电机转轴4受旋转电机60的驱动，带动旋转玻璃刻度旋转筒66中的土样槽9的土样做离心运动。作为优选实施方式，所述的饱和软土振动离心渗流仪，两个加载控制台的结构相同，包括第一活塞缸36、第一活塞35、第二活塞缸37、第二活塞38、水槽箱42、钢柱39、位移传感器、计算机；第一活塞缸36的下部连接有第一管路和第二管路，第一管路伸到水槽箱42内的水中，第二管路与第二活塞缸37的下部相连，在第一管路和第二管路分别设置有第一单向阀40和第二单向阀41；第二活塞缸37通过带有调节阀24的第三管路与水槽箱42内的水相连通；第二活塞缸37内的第二活塞38与钢柱39固定连接，由位移传感器测量钢柱39的位移，位移测量结
果被送入计算机，由计算机在屏幕上显示钢柱39的运动情况；主控制器通过变频器25和活塞电机11驱动第一活塞缸36中第一活塞35的往复运动；当第一活塞35向上运动时，在压力作用下，水槽箱42中的水通过第一管路中的第一单向阀40向上运动，进入到第一活塞缸36；当第一活塞35向下运动，第一活塞缸36中的水通过第二管路中的第二单向阀41进入到第二活塞缸37，提升第二活塞38向上运动；当第一活塞缸36中的水全部压入到第二活塞缸37时，通过主控制器控制调节阀24开端度，控制第二活塞缸37中水释放的用水量，达到对钢柱39的控制，使钢柱39按照一定的速度大小向下运动。本专利技术由于采用以上技术方案具有以下优点：1、本专利技术以饱和软土为研究对象，能够真实模拟动荷载作用下软土的渗流固结特性，计算出的渗透系数和土体位移值更加真实有效；2、本专利技术涉及一种封闭的渗流装置，通过出水量参数ΔQ和时间Δt以及玻璃刻度筒两个度数h1、h2，就能确定水头损失和渗透系数，参数少，方便；3、本专利技术将振动台和离心机结合在一起，能够考虑振动和离心耦合效应对饱和软土渗透特性的影响，振动台与拉压加载器、弹簧相连，简单易行。总之，本专利技术的结构设置简单、方便；测定饱和软土渗透系数更准确，更加接近于真实情况。附图说明图1为饱和软土振动离心渗流仪振动平台连接图；图2为饱和软土振动离心渗流仪第一、第二振动拉压加载控制原理图；图3为饱和软土振动离心渗流仪渗流连接图图4为饱和软土振动离心渗流计算原理图；图中1、驱动杆；2、第一弹簧；3、集水池；4、电机转轴；5、泄压阀；6、滤纸；8、小空心圆柱透水石；9、土样槽；10、储水池；11、活塞电机；12、水管；17、旋转电机开关；18、振动平台；20、大空心圆柱透水石；21、空腔；22、第二弹簧；23、支架；24、调节阀；25、变频器；27、第一刚性杆；32、第二刚性杆；35、第一活塞；36、第一活塞缸；37、第二活塞缸；38、第二活塞；39、钢柱；40、第一单向阀；41、第二单向阀；42、水槽箱；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种饱和软土振动离心渗流仪，包括支架(23)，振动平台(18)，第一加载控制台和第二加载控制台，玻璃刻度旋转筒(66)，固定在振动平台(18)上的旋转电机(60)和注水部分；振动平台(18)的一侧通过水平弹簧(2)与支架(23)相连，另一侧通过第一刚性杆(27)与第一加载控制台的钢柱(39)固定连接，由第一加载控制台控制做水平方向振动；振动平台(18)的下部通过竖直弹簧(22)与支架(23)相连，振动平台(18)的下部靠中间的位置通过第二刚性杆(32)与第二加载控制台的钢柱(39)固定连接，由第二加载控制台控制做竖直方向振动；玻璃刻度旋转筒(66)包括带有刻度的筒壁、同轴的大空心圆柱透水石(20)和小空心圆柱透水石(8)，其材料为透水混凝土；玻璃刻度旋转筒(66)中部为伸出筒底部的旋转电机(60)的电机转轴(4)；大空心圆柱透水石(20)的内壁和小空心圆柱透水石(8)的外壁之间形成土样槽(9)，在土样槽(9)内壁贴有滤纸(6)，并放置有饱和土样；由带有刻度的筒壁和大空心圆柱透水石(20)外壁形成的空腔被称为集水池(3)；注水部分包括蓄水池(10)和玻璃刻度筒(64)，小空心圆柱透水石(8)与电机转轴(4)之间的空腔(21)与位于其下方的蓄水池(10)相连通，蓄水池(10)通过水管(12)与玻璃刻度筒(64)相连，玻璃刻度筒(64)的位置高于玻璃刻度旋转筒(66)，使得玻璃刻度筒(64)中的水顺利流入玻璃旋转刻度筒(66)；电机转轴(4)受旋转电机(60)的驱动，带动旋转玻璃刻度旋转筒(66)中的土样槽(9)的土样做离心运动。...

【技术特征摘要】
1.一种饱和软土振动离心渗流仪，包括支架(23)，振动平台(18)，第一加载控制台和第二加载控制台，玻璃刻度旋转筒(66)，固定在振动平台(18)上的旋转电机(60)和注水部分；振动平台(18)的一侧通过水平弹簧(2)与支架(23)相连，另一侧通过第一刚性杆(27)与第一加载控制台的钢柱(39)固定连接，由第一加载控制台控制做水平方向振动；振动平台(18)的下部通过竖直弹簧(22)与支架(23)相连，振动平台(18)的下部靠中间的位置通过第二刚性杆(32)与第二加载控制台的钢柱(39)固定连接，由第二加载控制台控制做竖直方向振动；玻璃刻度旋转筒(66)包括带有刻度的筒壁、同轴的大空心圆柱透水石(20)和小空心圆柱透水石(8)，其材料为透水混凝土；玻璃刻度旋转筒(66)中部为伸出筒底部的旋转电机(60)的电机转轴(4)；大空心圆柱透水石(20)的内壁和小空心圆柱透水石(8)的外壁之间形成土样槽(9)，在土样槽(9)内壁贴有滤纸(6)，并放置有饱和土样；由带有刻度的筒壁和大空心圆柱透水石(20)外壁形成的空腔被称为集水池(3)；注水部分包括蓄水池(10)和玻璃刻度筒(64)，小空心圆柱透水石(8)与电机转轴(4)之间的空腔(21)与位于其下方的蓄水池(10)相连通，蓄水池(10)通过水管(12)与玻璃刻度筒(64)相连，玻璃刻度筒(64)的位置高于玻璃刻度旋转筒(66)，使得玻璃刻度筒(64)中的水顺利流入玻璃旋转刻度筒(66)；电机转轴(4)受旋转电机(60)的驱动，带动旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷华阳，冯双喜，祁子洋，刘敏，赵浩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12