测定土-结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种测定土

【技术实现步骤摘要】
测定土
‑
结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程土工试验
，具体涉及一种测定土
‑
结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置及方法。

技术介绍

[0002]土
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结构物界面广泛的存在于水利、土木、建筑以及交通等工程中，与常规均质土体或结构物不同，其不连续性显著改变了土体内部颗粒的排列方式。因而，土
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结构物界面的力学特性存在明显的弱化现象，在外部应力作用下，土
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结构物界面常率先发生破坏。可见，土
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结构物界面极大的增加了土
‑
结构物复合体的复杂性，使得复合体与土体表现出极大的差异性，一方面改变了复合体的破坏界面，另一方面使得其较早的进入破坏阶段。当土体长期受渗流作用，土
‑
结构物界面的存在又诱导了优先渗流通道的形成，可能导致界面处土颗粒的冲刷，甚至渗透破坏，进一步加速土
‑
结构物的失稳，危及结构物的安全。因此探明土
‑
结构物界面的渗透特性，揭示其力学性质的复杂性，对合理评价结构物的安全性具有重要意义。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种测定土
‑
结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置及方法，实现含界面试样渗透侵蚀过程，有利于数据化土
‑
结构物界面渗透过程动态变化，再现渗透侵蚀路径，直观地揭示界面渗透性能的动态演化规律。<br/>[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种测定土
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结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置，包括三轴系统、压力加载系统、土颗粒收集系统和数据采集系统；所述三轴系统包括压力室；所述压力加载系统包括输入水头面板、输出水头面板和围压控制面板；所述土颗粒收集系统包括锥形排水管、土颗粒收集器、精密天平和浊度计；所述数据采集系统与输入水头面板、输出水头面板、围压控制面板、浊度计以及精密天平分别相连；所述压力室与围压控制面板相连；所述顶帽与输入水头面板相连；所述土颗粒收集器与输出水头面板相连；所述锥形排水管与土颗粒收集器相连。
[0005]进一步的，所述压力室设有顶帽、多孔透水板、高渗透性土工织物、土体、结构物、多孔板和中空底座；所述结构物中空底座内部；所述土体包裹于结构物外侧；所述多孔板安放于中空底座上部用于填放试样；所述高渗透性土工织物铺设于试样上层；所述多孔透水板以及顶帽依次设于高渗透性土工织物上方。
[0006]进一步的，所述压力室内还设有乳胶膜用于密封圆柱形样品的侧面。
[0007]进一步的，所述多孔板设置有均匀分布的圆孔，开孔大小由待测土样颗粒级配决定，多孔板安放于中空底座上部，用于承载试样。
[0008]进一步的，所述土颗粒收集器通过软管与输出水头面板相连；所述土颗粒收集器出水软管处设置滤网分离被侵蚀土颗粒，当试样土体为砂质土时，采用精密天平，监测渗流
过程侵蚀量变化；当试样土体为黏性土时，在土颗粒收集器进水软管出水口加设浊度计，实时测量渗流侵蚀量。
[0009]一种测定土
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结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置的试验方法，包括以下步骤：步骤S1:制备试样，包括土样制备和结构物制备；步骤S2:将承膜筒放置在干净的试验台上，承膜筒内置乳胶膜，且确保橡皮膜附着在模具的内壁上，将结构物安置于承膜筒中心，在余下空间中分层填筑土样，均匀的分五层进行，每次填筑相同质量土样；步骤S3:填样完成后拆除承膜筒，擦拭干净底座，安装多孔板，将已包裹乳胶膜的试样安放在多孔板上，在填好的试样最上层找平后铺设一层高渗透性土工织物，而后放置多孔透水板以及顶帽，最后将试样密封在乳胶膜内，底部用O型圈将橡皮膜箍在底座上，上方同样用O型圈将乳胶膜箍在顶帽上保证橡皮膜的密封性,检查确认无误后安装压力室;步骤S4:，打开围压控制面板进水阀门，先施加一个预设的围压，并打开输出水头面板进水阀门，将饱和水缓慢注入试样底部，注水速度应充分小，以防止底部试样侵蚀冲刷；待试样底部注满水且围压读数稳定后，先用真空泵将真空桶抽至预设值，后关闭真空泵阀，用气管连接真空桶与顶帽进水口，进行真空饱和；至真空桶开始缓慢均匀滴水后，饱和过程结束，关闭真空桶阀，拔出气管，饱和过程应保证试样的B值达到预设值；步骤S5:待试样饱和完成后，打开输入水头面板软管阀门，通过缓慢施加围压至预定值σ3使试样从顶端排水固结，测定孔隙水压力，待孔隙水压力消散为0时，固结完成；读取此时围压控制面板的体积变化量即固结排水量Δq，籍此计算固结后孔隙率n1。记录固结完成后，试样高H，截面积A，结构物截面积A
1；
步骤S6:固结完成后，连接三轴系统、压力加载系统、土颗粒收集系统以及数据采集系统，保持围压不变，试验采用由上至下的方式渗流，通过输入及输出水头控制面板施加压力水头P1及P2，为方便计算P2设置为零，P1以预设压力差作为增量分阶段增加，渗透侵蚀过程中记录试验期间的总渗流量
∆
Q、输入水头压力P1、输出水头压力P2、侵蚀土颗粒质量m，直到试样整个长度上的渗流通道以及试样不能承受孔隙水压力的进一步增加，或者施加最大水力梯度时，终止试验；步骤S7:计算渗透系数和渗透速度，绘制渗透系数和渗透速度与时间的关系曲线；根据记录的侵蚀土颗粒质量m，绘制侵蚀土颗粒质量随时间变化关系曲线。
[0010]进一步的，所述土样制备按重塑土样制备方法，根据待测土样的最优含水率，计算试样所需干燥土样质量以及相应质量的水，均分为五份，开始装样前，分次加入容器中搅拌均匀。
[0011]进一步的，所述结构物制备制成圆柱形或根据试验要求沿圆柱环形切割制备不同粗糙度试验结构物，结构物直径为试样径向长度的0.4~0.6倍。
[0012]进一步的，所述步骤S2在每层土样填筑完成后，增加该层填筑质量1%的染色剂于土样隔层，每次添加不同颜色染色剂。
[0013]进一步的，所述步骤S7根据式（1）~（3）计算得水力坡降i、渗透系数k和渗透速度v：
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（1）
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（2）
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（3）。
[0014]其中为损失水头高度、H为试样高度、ρ为水的密度。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术装置可实现不同围压，不同界面粗糙度下对界面渗透侵蚀特性的试验研究，监测界面渗流的开始、发展到最终破坏的全过程，揭示土
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结构物界面动态渗透特性，可作为测定界面渗透性能的动态演化规律的有利手段；2、本专利技术采用乳胶膜和外加围压密封试样，可最小化如刚性壁的常规渗透仪可能通过壁和样本之间的界面渗漏，提高渗流试验的准确性；此外施加围压可模拟试样在不同深度的土压力，最大程度还原试样原状环境；3、本专利技术通过改变结构物表面粗糙度，模拟渗透侵蚀过程中不同界面对土颗粒的减缓以及阻塞作用，还原多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测定土
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结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置，其特征在于，包括三轴系统、压力加载系统、土颗粒收集系统和数据采集系统；所述三轴系统包括压力室；所述压力加载系统包括输入水头面板、输出水头面板和围压控制面板；所述土颗粒收集系统包括锥形排水管、土颗粒收集器、精密天平和浊度计；所述数据采集系统与输入水头面板、输出水头面板、围压控制面板、浊度计以及精密天平分别相连；所述压力室与围压控制面板相连；所述顶帽与输入水头面板相连；所述土颗粒收集器与输出水头面板相连；所述锥形排水管与土颗粒收集器相连。2.根据权利要求1所述的一种测定土
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结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置，其特征在于，所述压力室设有顶帽、多孔透水板、高渗透性土工织物、土体、结构物、多孔板和中空底座；所述结构物中空底座内部；所述土体包裹于结构物外侧；所述多孔板安放于中空底座上部用于填放试样；所述高渗透性土工织物铺设于试样上层；所述多孔透水板以及顶帽依次设于高渗透性土工织物上方。3.根据权利要求2所述的一种测定土
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结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置，其特征在于，所述压力室内还设有乳胶膜用于密封圆柱形样品的侧面。4.根据权利要求2所述的一种测定土
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结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置，其特征在于，所述多孔板设置有均匀分布的圆孔，开孔大小由待测土样颗粒级配决定，多孔板安放于中空底座上部，用于承载试样。5.根据权利要求1所述的一种测定土
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结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置，其特征在于，所述土颗粒收集器通过软管与输出水头面板相连；所述土颗粒收集器出水软管处设置滤网分离被侵蚀土颗粒，当试样土体为砂质土时，采用精密天平，监测渗流过程侵蚀量变化；当试样土体为黏性土时，在土颗粒收集器进水软管出水口加设浊度计，实时测量渗流侵蚀量。6.一种测定土
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结构物界面渗透系数与渗透路径试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:制备试样，包括土样制备和结构物制备；步骤S2:将承膜筒放置在干净的试验台上，承膜筒内置乳胶膜，且确保橡皮膜附着在模具的内壁上，将结构物安置于承膜筒中心，在余下空间中分层填筑土样，均匀的分五层进行，每次填筑相同质量土样；步骤S3:填样完成后拆除承膜筒，擦拭干净底座，安装多孔板，将已包裹乳胶膜的试样安放在多孔板上，在填好的试样最上层找平后铺设一层高渗透性土工织物，而后放置多孔透水板以及顶帽，最后将试样密封在乳胶膜内，底部用O型圈将橡皮膜箍在底座上，上方同样用O型圈将乳胶膜箍在顶帽上保证橡皮膜的密封性,检查确认无误后安装压力室;步骤S4:，打开围压控制面板进水阀门，先施加一个预设的围压，并打开输出水头面板进...

【专利技术属性】
技术研发人员：豆红强，谢森华，简文彬，王浩，黄思懿，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：