干湿循环下温度-应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法技术

本发明专利技术提供一种干湿循环下温度

【技术实现步骤摘要】
干湿循环下温度
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应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程土工试验领域，尤其涉及一种干湿循环下温度
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应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法。

技术介绍

[0002]进入21世纪，我国不断推进工程项目建设，促进经济社会平稳发展，但在施工过程中往往遇到一些工程地质问题。其中，渗透系数是代表土的渗透性强弱的一个定量指标，也是工程应用中必须测量的一个基本参数。同时在现实条件下，湿度变化引起的干湿循环、温度变化、应力变化等外界因素，均会对岩土体的渗透性造成不同的影响，因此，获取土体在干湿循环、温度和应力变化下的渗透系数，真实模拟现场环境，是深入了解土体裂隙发育对渗流作用影响机理的关键问题，也是服务于工程项目建设的重要工作。
[0003]为了在渗透试验中考虑外界影响，题为“干湿/冻融作用下改良隔离墙的渗透性及孔隙结构”，刘科，刘霖，张永鹏，《建筑材料学报》的文章指出一种测试方法，通过采用TST
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55型刚性壁土壤渗透仪进行渗透试验，该方法可以简便的测量渗透系数，但所提试验方法并未考虑由于试样干湿变形，安装不到位等因素造成无法与侧壁紧密接触，发生侧漏的现象，会造成无法准确测量土体的渗透系数，同时也未考虑实际环境中的温度，应力条件和渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时对材料渗透性的影响，且测量过程需要人工操作，过程繁琐。
[0004]题为“Effect of pore fluid and wet
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dry cycles on structure and hydraulic conductivity of clay”，Thyagaraj T，Julina M.《Geotechnique Letters》，2019，9(4)：348
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354.(“孔隙流体和干湿循环对粘土结构和导水率的影响”，《岩土技术快报》，2019年第9卷第4期348
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354页)的文章提出一种测试方法，通过采用固结刚性壁渗透方法，对实际情况下应力影响可以进行模拟，但所提试验方法并未考虑由于试样干湿变形，安装不到位等因素造成无法与侧壁紧密接触，发生侧漏的现象，会造成无法准确测量土体的渗透系数，同时也未考虑实际环境中的温度和渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时对材料渗透性的影响，且测量过程需要人工操作，过程繁琐。
[0005]题为“Cracking and water seepage of Xiashu loess used as landfill cover under wetting
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drying cycles”，Lu H，Li J，Wang W，Wang C.《Environmental Earth Sciences》，2015，74(11)：1
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10.(“下蜀黄土在干湿循环下用作垃圾填埋场覆盖层的开裂和渗水”，《环境地球科学》，2015年第74卷第11期173
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179页)的文章提出一种测试方法，通过采用PN3230M环境土壤柔性壁渗透仪测量材料渗透系数，该方法可以有效避免液体侧壁渗漏现象，对渗透系数进行精准测量，但前提是将材料整体安装入仪器中，该方法并未考虑在经历更多次干湿循环后土体结构完全破坏后，材料在仪器中的安装与测量准确性问题，同时也未考虑实际环境中的温度，应力条件和渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时对材料渗透性的影响，且测量过程需要人工操作，过程繁琐。
[0006]综上所述，现有的技术主要存在如下的不足：
[0007]1.现有方法采用刚性壁渗透方法进行干湿循环后材料的渗透系数测量，但未考虑由于试样干湿变形而发生侧漏的现象，在外界环境作用下的试样干湿循环、温度、应力联合作用，以及当渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时，渗透液对仪器因腐蚀导致渗透系数的测量误差；
[0008]2.现有方法采用固结刚性壁渗透方法进行干湿循环后材料在应力作用下的渗透系数测量，但未考虑由于试样干湿变形而发生侧漏的现象，在外界环境作用下的试样干湿循环、温度、应力联合作用，以及当渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时，渗透液对仪器因腐蚀导致渗透系数的测量误差；
[0009]3.现有方法采用柔性壁渗透方法进行干湿循环后材料的渗透系数测量，但并未考虑在外界环境作用下的试样干湿循环、温度、应力联合作用，以及当渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时，渗透液对仪器因腐蚀导致渗透系数的测量误差，该控制方法未实现自动化监测，实现过程复杂。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是为了解决上述问题，具体的，提高试验的可靠性，且能够进行多次干湿循环条件下的试验。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现，本专利技术提供了一种干湿循环下温度
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应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1，设置一个柔性壁渗透仪，该柔性壁渗透仪包括试验装置、加压装置、渗透系统、围压系统；所述渗透系统中包括一个稳压机和一个注入室a，所述围压系统中包括注入室b和注入室c；三个注入室形状相同，均由上半室、下半室和柔性橡胶膜组成，所述柔性橡胶膜将每个注入室分成上下封闭的二个空间，在下半室靠近柔性橡胶膜的侧壁上开有注液孔，在上半室开有排气孔；三个注入室分别通过气管与稳压机相通，且在每个注入室与稳压机之间均串联了一个空气调节阀和一个数值压力表；
[0013]所述试验装置由顶盖、主体、底座装配而成；所述主体包括空心圆柱体和橡皮膜，所述橡皮膜卷成圆柱形后套装在空心圆柱体之中，橡皮膜的外表面与空心圆柱体内壁之间的缝隙在顶盖和底座之间形成了一个封闭的围压室，在围压室上开有上贯通通道和下贯通通道，在顶盖上开有顶部排气通道、渗透液输出通道和排水通道，在底座上开有排水通道、底部排气通道和渗透液输入通道；在顶盖顶部中心位置开有一半球形坑，并配有与之对应的钢制小球；
[0014]所述加压装置包括顶部加压装置、底部加压装置和加压测量装置；所述顶部加压装置包括反压顶杆、反压螺栓，反压螺栓从上至下穿过反压顶板中心的通孔向下，且与钢制小球的顶部相接触，所述底部加压装置包括压力室和加压环，加压环装在压力室内，加压环的底面底面与压力室的内壁之间形成密闭的气压腔室，所述加压测量装置包括稳定杆和L型测量杆，所述L型测量杆的下部与加压环相接、上部与稳定杆的一端相连接；
[0015]所述渗透系统由气瓶、气体释压阀、气体稳压机、注入室a和渗出液自动化监测与收集装置组成；气瓶通过气体释压阀与气体稳压机相通；在气体稳压机和注入室a之间还装有三通球阀a和反压开关，在三通球阀a上接有一根回压管，回压管的另一端与注入室a下半室的接通；注入室a的下半室通过三通球阀c与渗透液输入通道相通；气体稳压机通过一个
第四空气调节阀、轴压气体三通阀与气压腔室相通；所述渗出液自动化监测与收集装置包括渗透液收集装置、锥形瓶、数据记录仪、两个防腐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种干湿循环下温度
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应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设置一个柔性壁渗透仪，该柔性壁渗透仪包括试验装置、加压装置、渗透系统、围压系统；所述渗透系统中包括一个稳压机(3)和一个注入室a，所述围压系统中包括注入室b和注入室c；三个注入室形状相同，均由上半室、下半室和柔性橡胶膜(15)组成，所述柔性橡胶膜(15)将每个注入室分成上下封闭的二个空间，在下半室靠近柔性橡胶膜(15)的侧壁上开有注液孔(16)，在上半室开有排气孔(14)；三个注入室分别通过气管与稳压机(3)相通，且在每个注入室与稳压机(3)之间均串联了一个空气调节阀(4)和一个数值压力表(8)；所述试验装置由顶盖(25)、主体(34)、底座(41)装配而成；所述主体(34)包括空心圆柱体和橡皮膜(36)，所述橡皮膜(36)卷成圆柱形后套装在空心圆柱体之中，橡皮膜(36)的外表面与空心圆柱体内壁之间的缝隙在顶盖(25)和底座(41)之间形成了一个封闭的围压室(35)，在围压室(35)上开有上贯通通道(10)和下贯通通道(11)，在顶盖(25)上开有顶部排气通道(26)、渗透液输出通道(28)和排水通道(27)，在底座(41)上开有排水通道(27)、底部排气通道(38)和渗透液输入通道(39)；在顶盖(25)顶部中心位置开有一半球形坑，并配有与之对应的钢制小球(22)；所述加压装置包括顶部加压装置、底部加压装置和加压测量装置；所述顶部加压装置包括反压顶杆(46)、反压螺栓(45)，反压螺栓(45)从上至下穿过反压顶板(46)中心的通孔向下，且与钢制小球(22)的顶部相接触，所述底部加压装置包括压力室(51)和加压环(50)，加压环(50)装在压力室(51)内，加压环(50)的底面与压力室(51)的内壁之间形成密闭的气压腔室(55)，所述加压测量装置包括稳定杆(48)和L型测量杆(49)，所述L型测量杆(49)的下部与加压环(50)相接、上部与稳定杆48的一端相连接；所述渗透系统由气瓶(1)、气体释压阀(2)、气体稳压机(3)、注入室a和渗出液自动化监测与收集装置组成；气瓶(1)通过气体释压阀(2)与气体稳压机(3)相通；在气体稳压机(3)和注入室a之间还装有三通球阀a(12)和反压开关(13)，在三通球阀a(12)上接有一根回压管(24)，回压管(24)的另一端与注入室a下半室的接通；注入室a的下半室通过三通球阀c(64)与渗透液输入通道(39)相通；气体稳压机(3)通过一个第四空气调节阀(5)、轴压气体三通阀(52)与气压腔室(55)相通；所述渗出液自动化监测与收集装置包括渗透液收集装置(59)、锥形瓶(60)、数据记录仪(61)、两个防腐蚀流量计(56)和三通球阀d(63)；所述围压系统包括注入室b和注入室c，注入室c的外部设置有可控温加热带(9)；注入室b的下半室通过三通球阀b(19)、流入液体三通阀(32)与下贯通通道(11)相通，三通球阀b(19)的另一端通过液体单向阀(18)与注入室c的下半室相通；注入室c的下半室通过另一个液体单向阀(18)、流出液体三通阀(31)与上贯通通道(10)相通；步骤2，试验的总体设定设定J个干湿度循环次数，并将其中任意一个记为设定干湿度循环次数X
j
，j＝1，2...J；设定I个试验温度，并将其中任意一个记为设定试验温度T
i
，i＝1，2
…
I；设定A组固结压力，并将其中任意一组记为设定固结压力P
a
，所述设定固结压力P
a
包括设定固结轴压P1
a
和设定固结围压P2
a
，a＝1，2
…
A，即本发明渗透试验方法包括J
×
I
×
A种组合；然后对J
×
I
×
A中的每一种组合进行一次渗透试验，并同步监测和记录试样在达到干湿循环次数后温度、应力变化的状态；
具体的，任一种组合的试验步骤见步骤3
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步骤11；步骤3，试验参数的设定和试验数据的记录给定设定干湿度循环温度T
x
、设定干燥含水率w1、设定饱和含水率w2，且w2≥w1给定设定液体围压P
m
，m＝1，2
…
M、设定注入压力为P
n
，n＝1，2
…
N，且在渗透试验中，对每一种设定液体围压P
m
、每一种设定注入压力P
n
均进行一次渗透试验；在渗透试验过程中，在柔性壁渗透仪中安装了四个传感器，分别为位移传感器(47)、pH传感器(58)、电导率传感器(57)和质量传感器(54)，其中，位移传感器(47)装在稳定杆(48)上，pH传感器(58)和电导率传感器(57)放置在渗透液收集装置(59)中，质量传感器(54)放置在气压腔室(55)的底部；在渗透试验过程中，设置了一个温度调节器(40)，用于对可控温加热带(9)的温度进行监控；在渗透试验进行的过程中，数据记录仪(61)与二个防腐蚀流量计(56)、四个传感器、温度调节器(40)分别连接，获取实时数据，且每隔1分钟自动记录一次；步骤4，设置试验装置初始状态首先将所有的阀调整到关闭状态、所有的通道关闭，排气孔(14)和注液孔(16)关闭，三个注入室内的柔性橡胶膜(15)初始状态均为与上半室顶部接触；称量试样的质量并记为初始质量m0，计算试样的含水率并记为初始含水率w0；然后打开注液孔(16)，向三个注入室中注入去离子水，注满后关闭注液孔(16)，转动三通球阀b(19)使注入室b通过流入液体三通阀(32)、下贯通通道(11)与围压室(35)连通；步骤5，安装试样(21)取下试验装置中的顶盖(25)，在卷成圆柱形的橡皮膜(36)内自下而上依次安装透水石(29)、滤纸(6)、试样(21)、滤纸(6)、透水石(29)，然后将顶盖(25)与主体(34)、底座(41)锁紧，形成内部封闭的渗透室(33)；将试验装置放置于加压环(50)上，钢制小球(22)对准反压螺丝(45)底端中心；步骤6，向围压室(35)注水调节流入液体三通阀(32)使下贯通通道(11)和一个注水泵连通，调节流出液体三通阀(31)使上贯通通道(10)与一个水桶连接，启动注水泵将去离子水注入围压室(35)，当水位达到围压室(35)顶部、水流入水桶时，调节流出液体三通阀(31)使围压室(35)通过输液管与注入室c接通；步骤7，进行干湿度循环步骤7.1，打开气瓶(1)，调节气体释压阀(2)使压缩气体流入气体稳压机(3)，可控温加热带(9)开始加热，温度调节器(40...

【专利技术属性】
技术研发人员：查甫生，秦皓，许龙，孙献国，康博，周阳，
申请(专利权)人：安徽省荟资建设工程有限公司安徽省城建基础工程有限公司，
类型：发明
国别省市：