一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪及使用方法技术

一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪及使用方法，该仪器包括独立的多个固结加载单元、公用的一个渗透供压单元和独立的多个装样单元；固结加载单元通过刚性壁渗透仪原有杠杆加载装置为试样提供竖向加载应力，实现固结压缩试验功能；渗透供压单元为试样提供上游、下游以及周围压力，实现反压饱和、防侧壁渗漏以及各种渗透试验功能，同时为多个装样单元服务；装样单元以内环刀与外环刀的双层组合机构，利用乳胶膜结合实现了试样周围柔性围压的施加，解决了试样侧壁渗漏的问题。本发明专利技术实现了刚性壁渗透仪与柔性壁渗透仪的功能结合，集固结压缩与水气渗透试验功能于一体，且设备简易、制样简单，能满足各个领域研究人员的试验需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪及使用方法


[0001]本专利技术属于渗透实验器材制造
，具体涉及一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪及使用方法。

技术介绍

[0002]在传统土木工程及其交叉学科延伸领域，渗透系数一直是了解岩土体基本物化特性的关键指标。目前，针对水、气等多相态介质在岩土体中的渗透性能测试，常用的实验室仪器包括柔性壁渗透仪和刚性壁渗透仪。其中，柔性壁渗透仪以其可反压饱和、可防侧壁渗漏等优点被优先应用于岩土体渗透系数的测定。但是，柔性壁渗透仪设备复杂、造价颇高，这极大限制了其在高校、企业、研究所等领域的应用普及。相反，刚性壁渗透仪造价低廉、设备简单，可同时开展渗透与固结压缩试验，从而普及率更高。但刚性壁渗透仪在试验过程中，试样侧面与刚性侧壁间易发生侧漏，造成所测渗透系数偏大。虽然已经有大量研究提出了一些可防止刚性壁渗透仪侧壁渗漏的方法，但基本均是针对岩石等抗压强度较高的材料，无法应用于软黏土等抗压强度极低的材料。因此，为满足更多领域研究人员的需求，亟待研制出一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪，既满足价格低廉、设备简易的普及条件，又满足精确测定渗透系数的功能条件。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪及使用方法。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪，该仪器包括公用的一个渗透供压单元、独立的多个装样单元和独立的多个固结加载单元；所述渗透供压单元为试样提供上游、下游以及周围压力，实现反压饱和、防侧壁渗漏以及各种渗透试验功能，同时为多个装样单元服务；所述装样单元以内环刀与外环刀的双层组合机构，同时利用乳胶膜结合实现了试样周围柔性围压的施加，彻底解决了渗透试验过程中试样侧壁渗漏的问题；各个固结加载单元对应安装于每个装样单元上，所述固结加载单元通过刚性壁渗透仪原有杠杆加载装置为试样提供竖向加载应力，实现固结压缩试验功能。
[0006]一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007](一)开始试验
[0008]第一步：制样
[0009]透水石(21)放进底盘透水石凹槽(1604)中，在其上依次放置滤纸(37)、试样(27)、滤纸(37)、透水石(21)、承压顶盖(32)，并在它们外侧包裹乳胶膜(26)，且在承压顶盖(32)与乳胶膜(26)贴合部分套上橡皮筋(28)；乳胶膜(26)两端均留出一部分空余，空余乳胶膜(26)反向包裹内环(25)外壁上、下侧；然后将外环(24)安装在底盘外环卡槽(1603)中，固定
顶环(30)对应安装在外环(24)与内环(25)顶端，并用螺母(31)拧紧支撑杆(23)；将百分表固定架(4)固定在固定顶环(30)上，在其上安装百分表(5)，并使百分表(5)触针接触T型螺纹钉(3)；
[0010]第二步：加压固结
[0011]向下旋动T型螺纹钉(3)以轻轻接触T型螺纹钉凹槽(3201)，通过竖向加载传力框架(2)开始向试样(27)施加竖向应力，同步打开围压管路控制阀(29)，通过周围压力供液管(7)向试样(27)施加周围压力，注意调节周围压力空气调压阀(10)使试样(27)周围压力等于竖向应力；打开上游排气控制阀(18)，以便试样(27)顺利完成固结排水，固结完成后，关闭上游排气控制阀(18)；
[0012]第三步：反压饱和
[0013]首先打开上游进水控制阀(17)和上游排气控制阀(18)，由上游反压供液管(8)以一个较小压力促使无气水冲刷试样(27)底部透水石(21)，排除渗流管路中的气体，关闭上游进水控制阀(17)和上游排气控制阀(18)；以同样操作完成试样(27)顶部渗流管路的排气工作；然后打开上游进水控制阀(17)和下游出水控制阀(35)，由上游反压供液管(8)和下游反压供液管(6)提供相同但小于竖向应力的压力开始试样(27)的反压饱和，这一过程中调节竖向应力和周围压力空气调压阀(10)以保持试样(27)有效应力始终不变；
[0014]第四步：渗透
[0015]完成反压饱和后，在保持试样(27)有效应力始终不变的前提下，调节上游反压空气调压阀(11)和下游反压空气调压阀(9)以使试样(27)上、下游之间形成水力梯度，开始渗透试验；试验过程中，按时记录百分表(5)读数以及上游反压供液管(8)和下游反压供液管(6)的凹液面读数，以便计算渗透系数；
[0016](二)计算渗透系数
[0017]渗透系数使用达西定律计算。具体的试验方法和计算公式可参照规范ASTM D5084(2016)(参考文献：ASTM,2016.Standard Test Methods for Measurement of Hydraulic Conductivity of Saturated Porous Materials Using a Flexible Wall Permeameter.ASTM standard D5084.American Society for Testing and Materials,West Conshohocken,PA.)。
[0018]由于采用上述方案，本专利技术的创新设计及有益效果是：
[0019]本专利技术的一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪在现有刚性壁渗透仪的基础上进行了缺陷弥补和功能补充，将原来的环刀改进为内环与外环的组合，在试样外表面包裹乳胶膜，通过周围压力供液管提供的围压使得乳胶膜与试样紧密贴合，在刚性壁渗透仪上实现了与柔性壁渗透仪一样的防侧壁渗漏功能；同时，本专利技术的渗透供压单元可以使改装刚性壁渗透仪覆盖柔性壁渗透仪拥有的所有功能，如反压饱和、常水头渗透试验、变水头渗透试验等；此外，本专利技术还保留了原有刚性壁渗透仪具有的固结压缩试验功能，这是柔性壁渗透仪不具备的；由于本专利技术只改变了原有刚性壁渗透仪装样单元的部分零件，所以设备依然简单易懂；同时，新增的渗透供压单元全部是电力控制，数显智能化程度高，操作简便，且造价较低；因此，本专利技术实现了刚性壁渗透仪与柔性壁渗透仪的功能结合，集固结压缩与水气渗透试验功能于一体，且设备简易、制样简单，能满足各个领域研究人员的试验需求。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪示意图。
[0021]图2为图1中装样单元结构示意图；
[0022]图3(a)(b)分别为图1中外环刀、内环刀半剖面的结构示意图。
[0023]图3(c)(d)分别为图1中底盘剖视、底盘俯视的结构示意图。
[0024]图3(e)(f)分别为图1中承压顶盖剖视、承压顶盖俯视的结构示意图。
[0025]图3(g)(h)分别为图1中固定顶环剖视、固定顶环俯视的结构示意图。
[0026]附图标记：
[0027]1‑
桌面，2
‑
竖向加载传力框架，3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪，其特征在于，该仪器包括公用的一个渗透供压单元、独立的多个装样单元和独立的多个固结加载单元；所述渗透供压单元为试样提供上游、下游以及周围压力，实现反压饱和、防侧壁渗漏以及各种渗透试验功能，同时为多个装样单元服务；所述装样单元以内环刀与外环刀的双层组合机构，同时利用乳胶膜结合实现了试样周围柔性围压的施加，彻底解决了渗透试验过程中试样侧壁渗漏的问题；各个固结加载单元对应安装于每个装样单元上，所述固结加载单元通过刚性壁渗透仪原有杠杆加载装置为试样提供竖向加载应力，实现固结压缩试验功能。2.如权利要求1所述的可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪，其特征在于，所述固结加载单元包括：桌面(1)、竖向加载传力框架(2)、T型螺纹钉(3)、百分表固定架(4)和百分表(5)；所述竖向加载传力框架(2)设置在所述桌面(1)上方，用于传递竖向加载应力；所述T型螺纹钉(3)向下螺旋穿过竖向加载传力框架(2)正中心，用于将竖向加载应力集中传递给装样单元；所述百分表固定架(4)安装在装样单元中固定顶环(30)中；所述百分表(5)固定在百分表固定架(4)上，底部触针接触在T型螺纹钉(3)顶端，用于实时监测装样单元中试样(27)的竖向位移。3.如权利要求1所述的可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪，其特征在于，所述渗透供压单元包括：下游反压供液管(6)、周围压力供液管(7)、上游反压供液管(8)、下游反压空气调压阀(9)、周围压力空气调压阀(10)、上游反压空气调压阀(11)、下游反压数值压力表(12)、周围压力数值压力表(13)、上游反压数值压力表(14)和空气压缩机(15)；所述下游反压供液管(6)一端通过三根并列的支管分别与三个装样单元中试样(27)的三个下游出水通道(33)串联，三根并列的支管的另一端与下游反压数值压力表(12)和下游反压空气调压阀(9)串联，并最终连接至空气压缩机(15)；所述周围压力供液管(7)一端通过分支分别与三个装样单元中外环(24)上的围压供液孔道(2401)串联，另一端与周围压力数值压力表(13)和周围压力空气调压阀(10)串联，并最终连接至空气压缩机(15)；所述上游反压供液管(8)一端通过分支分别与上游进水通道(19)串联，另一端与上游反压数值压力表(14)和上游反压空气调压阀(11)串联，并最终连接至空气压缩机(15)。4.如权利要求1所述的可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪，其特征在于，所述装样单元包括底盘结构、双层组合机构、承压顶盖，自上而下安装，固定顶环设置于承压顶盖外围。5.如权利要求4所述的可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪，其特征在于，所述底盘结构：所述底盘(16)放置在桌面(1)上，底盘(16)由圆周向内依次设置四个支撑杆螺纹槽(1601)、一个底盘外环卡槽(1603)、两个底盘垫圈凹槽(1602)和一个透水石凹槽(1604)；所述上游进水通道(19)外接上游反压供液管(8)，内接透水石凹槽(1604)，由上游进水控制阀(17)控制其开关；所述上游排气通道(20)外接大气，内接透水石凹槽(1604)，由上游排气控制阀(18)控制其开关；所述试样(27)下层的透水石(21)在进行试验时安置在透水石凹槽(1604)中；所述密封垫圈(22)安置在底盘垫圈凹槽(1602)和固定顶环垫圈凹槽(3003)中；
所述支撑杆(23)共四根，支撑杆(23)下端固定在支撑杆螺纹槽(1601)中，上端贯穿支撑杆贯穿孔(3001)，并通过螺母(31)进行顶端固定，以保证外环(24)与内环(25)之间空间的绝对密封性。6.如权利要求4所述的可防侧壁渗漏的多联改装刚性壁渗透仪，其特征在于，所述双层组合机构包括外环(24)、内环(25)、试样(27)、乳胶膜(26)：一方面，在外围维度上：所述外环(24)设置一个贯穿环壁的围压供液孔道(2401)，作为入口其外接周围压力供液管(7)，由围压管路控制阀(29)控制该串联管路的开关；所述围压供液孔道(2401)将外部的带压力液体引入外环(24)、内环(25)之间的腔内；所述内环(25)内壁自上而下开凿一条螺旋环形槽(2502)，同时在所述螺旋环形槽(2502)路径上并在壁厚度方向均匀设置多个贯...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯世进，石福江，张晓磊，宋宇辰，郑奇腾，陈宏信，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：