一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备及方法技术

本发明专利技术属于粒料渗透测试设备技术领域，涉及一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备，包括：试验箱、蓄水箱、水头高度控制件、由第一竖管、第二竖管、多个横管及调节阀组成，第一竖管与第二竖管相对竖直设置且上端都为封闭结构，水头高度控制件用于调节送入试验箱内部的水头高度；沉砂池，与试验箱的另一侧连通；输送组件，分别与蓄水箱、水头高度控制件连接，用于将蓄水箱内部的水通过水头高度控制件输送到试验箱内。本发明专利技术通过水头高度控制件的设置，能够调整送入试验箱内部的水头高度，使试验箱能够进行横向渗流试验，从而能够评估横向和竖向渗透系数之间的差异，提高粒料渗透试验的精确度。的精确度。的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备及方法


[0001]本专利技术属于粒料渗透测试设备
，涉及一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备及方法。

技术介绍

[0002]排水基层的主要作用是用来排除路表面渗下的水，渗透系数是用来表征渗透能力的一个指标，渗透系数数值的正确测定对渗透计算及排水层的设计有着重要的意义，因此需要对渗透系数进行较为深入的研究。按照透水试验原理的不同，我国测定大空隙沥青混合料透水系数的方法主要分为两类，一类为以《公路工程沥青和沥青混合料试验规程》(JTG E20
‑
2011)中T0730为代表的变水头透水试验，采用变水头透水仪进行试验；另一类为以《排水沥青路面设计与施工技术规范》(JTG T3350
‑
03
‑
2020)为代表的常水头透水系数测试方法。近年来，国内外相关学者对两类方法进行了分析比较，认为变水头透水试验适合测量透水系数较小的材料，常水头渗水仪适合测量透水系数较大的材料。
[0003]目前，大多数粒料渗透试验都是采用竖向渗流设备，无法评估粒料渗透系数各向异性，即横向和竖向渗透系数之间的差异，降低了粒料渗透试验的精确度。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备及方法，通过水头高度控制件调整送入试验箱内部的水头高度，使试验箱能够进行横向渗流试验，从而能够评估横向和竖向渗透系数之间的差异，提高粒料渗透试验的精确度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备及方法的具体技术方案如下：
[0006]一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备，包括：
[0007]试验箱；
[0008]蓄水箱，设置在试验箱的下部；
[0009]水头高度控制件，与试验箱的一侧连通，由第一竖管、第二竖管、多个横管及调节阀组成，第一竖管与第二竖管相对竖直设置且上端都为封闭结构，多个横管从上到下水平均匀设置在第一竖管与第二竖管之间，每一个横管的两端分别与第一竖管、第二竖管连通，多个调节阀与多个横管一一对应，每一个调节阀设置在对应的横管上，水头高度控制件用于调节送入试验箱内部的水头高度；
[0010]沉砂池，与试验箱的另一侧连通；
[0011]输送组件，分别与蓄水箱、水头高度控制件连接，用于将蓄水箱内部的水通过水头高度控制件输送到试验箱内。
[0012]本专利技术的特点还在于：
[0013]输送组件包括水泵，水泵的输入端通过第一连接管与蓄水箱的侧面靠近下部的位置连通，水泵的输出端通过第二连接管与第一竖管的下端连接，第二竖管的下端设置有第
三连接管，第三连接管的管身与第二竖管的下端连通，第三连接管的两端分别与蓄水箱的侧面靠近上部的位置、第一竖管靠近下端的位置连通，第三连接管的上部设置有第四连接管，第四连接管的两端分别与第一竖管位于第三连接管上部的位置、试验箱连接，第三连接管上设置有第一阀门，第一竖管上位于第三连接管与第四连接管之间的位置设置有第二阀门。
[0014]其中沉砂池与试验箱之间通过第五连接管连通，第五连接管的一端连接在试验箱的下部靠近另一侧的位置，第五连接管的另一端与沉砂池的上部连接，第四连接管的端部连接在试验箱的下部靠近一侧的位置，第四连接管与第五连接管上分别设置有第三阀门。
[0015]其中试验箱的正面设置有观察窗，试验箱的背面竖直设置有多个观察管，多个观察管沿着试验箱的长度方向均匀设置，每一个观察管的下端与试验箱内部连通。
[0016]其中沉砂池的下部与蓄水箱之间通过第六连接管连通，第六连接管的两端分别连接在沉砂池的下部、蓄水箱的侧面靠近下部的位置，沉砂池的上部与第六连接管之间通过第七连接管连通，第七连接管上设置有流量计。
[0017]其中试验箱内部靠近两侧的位置分别竖直设置有筛网，第四连接管位于对应的筛网与试验箱的一侧内壁之间，第五连接管位于对应的筛网与试验箱的另一侧内壁之间。
[0018]其中还包括套筒，套筒竖直设置在试验箱的上部，试验箱上部靠近套筒下端的位置设置有安装孔，安装孔内设置有盖体，套筒的下端与安装孔内壁可拆卸连接，套筒内部用于安放渗流仪，渗流仪用于配合试验箱进行竖向渗流试验。
[0019]一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备的使用方法，具体步骤为：
[0020]步骤S1、将基层粒料按目标含水率进行配料，然后将基层粒料压实，测量基层粒料的单位干重量并记录基层粒料的水分含量和总质量，然后将基层粒料填入试验箱；
[0021]步骤S2、对蓄水箱进行充水，充水完成之后，利用真空泵对蓄水箱进行抽真空除去蓄水箱内部的空气，使水处于基本饱和状态；
[0022]步骤S3、启动水泵，使水流对试验箱中的基层粒料进行渗透浸泡，待水流入沉砂池后关闭水泵；
[0023]步骤S4、进行横向渗流测试，打开第四连接管与第五连接管上的两个第三阀门，启动水泵，然后从下倒上依次重复打开与关闭多个横管上的调节阀直至打开合适的调节阀以控制水头高度达到目标值，通过观察试验箱上分别靠近第四连接管、第五连接管的两个观察管内的水位高度是否相等，若两个观察管内的水头高度相等则对水流饱和度进行估算；待水头稳定后，通过连接于试验箱的多根观察管记录水流通过基层材料过程中水头高度数据，利用流量计测量水流流量，并测量水温，计算得到横向渗透系数；
[0024]步骤S5、进行竖向渗流测试，关闭第四连接管与第五连接管上的两个第三阀门，打开安装孔上的盖体，将套筒的下端安装在安装孔内，然后将渗流仪安放在套筒内，利用液压计设定液位，通过试验箱顶盖对基层粒料进行渗透性测试，对于渗透速率较慢的基层粒料，读取渗流仪顶部细管刻度，对于渗透速率较快的基层粒料，读取渗流仪底部粗管刻度，然后计算得到竖向渗透系数。
[0025]其中步骤4中的横向渗透系数计算过程如下：
[0026][0027][0028]其中，k
T
为T温度下材料的渗透系数，k
20℃
为20℃下材料的渗透系数，η
T
为水在温度T下的粘度，η
20℃
为水在20℃下的粘度，γ
w
(T)为水在T温度下的单位重量，T的单位为℃。
[0029]其中步骤5中的竖向渗透系数计算过程如下：
[0030]R
t
＝2.2902(0.9842
T
)/T
0.1702
ꢀꢀꢀ
(3)
[0031][0032][0033]其中，R
t
为t1～t2时间内测试温度下渗透液运动黏度与20℃时水的运动黏度的比值，d为顶部细管直径，D1为底部粗管直径，a为系数，对于不透水基层a＝+1，被测材料无限深度，即20倍D1以上时a＝0，对于透水基层a＝
‑
1，b1为基层粒料的厚度，H1为t1时的有效水头高度，即t1时顶部细管刻度或者底部粗管刻度，H2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备，其特征在于，包括：试验箱(1)；蓄水箱(2)，设置在试验箱(1)的下部；水头高度控制件(8)，与试验箱(1)的一侧连通，由第一竖管(81)、第二竖管(84)、多个横管(82)及调节阀(83)组成，所述第一竖管(81)与第二竖管(84)相对竖直设置且上端都为封闭结构，多个横管(82)从上到下水平均匀设置在第一竖管(81)与第二竖管(84)之间，每一个所述横管(82)的两端分别与第一竖管(81)、第二竖管(84)连通，多个所述调节阀(83)与多个横管(82)一一对应，每一个所述调节阀(83)设置在对应的横管(82)上，所述水头高度控制件(8)用于调节送入试验箱(1)内部的水头高度；沉砂池(3)，与试验箱(1)的另一侧连通；输送组件，分别与蓄水箱(2)、水头高度控制件(8)连接，用于将蓄水箱(2)内部的水通过水头高度控制件(8)输送到试验箱(1)内。2.根据权利要求1所述的一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备，其特征在于，所述输送组件包括水泵(10)，所述水泵(10)的输入端通过第一连接管(14)与蓄水箱(2)的侧面靠近下部的位置连通，所述水泵(10)的输出端通过第二连接管(16)与第一竖管(81)的下端连接，所述第二竖管(84)的下端设置有第三连接管(17)，所述第三连接管(17)的管身与第二竖管(84)的下端连通，所述第三连接管(17)的两端分别与蓄水箱(2)的侧面靠近上部的位置、第一竖管(81)靠近下端的位置连通，所述第三连接管(17)的上部设置有第四连接管(18)，所述第四连接管(18)的两端分别与第一竖管(81)位于第三连接管(17)上部的位置、试验箱(1)连接，所述第三连接管(17)上设置有第一阀门，所述第一竖管(81)上位于第三连接管(17)与第四连接管(18)之间的位置设置有第二阀门。3.根据权利要求2所述的一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备，其特征在于，所述沉砂池(3)与试验箱(1)之间通过第五连接管(19)连通，所述第五连接管(19)的一端连接在试验箱(1)的下部靠近另一侧的位置，所述第五连接管(19)的另一端与沉砂池(3)的上部连接，所述第四连接管(18)的端部连接在试验箱(1)的下部靠近一侧的位置，所述第四连接管(18)与第五连接管(19)上分别设置有第三阀门。4.根据权利要求3所述的一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备，其特征在于，所述试验箱(1)的正面设置有观察窗(7)，所述试验箱(1)的背面竖直设置有多个观察管(5)，多个所述观察管(5)沿着试验箱(1)的长度方向均匀设置，每一个所述观察管(5)的下端与试验箱(1)内部连通。5.根据权利要求4所述的一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备，其特征在于，所述沉砂池(3)的下部与蓄水箱(2)之间通过第六连接管(20)连通，所述第六连接管(20)的两端分别连接在沉砂池(3)的下部、蓄水箱(2)的侧面靠近下部的位置，所述沉砂池(3)的上部与第六连接管(20)之间通过第七连接管(21)连通，所述第七连接管(21)上设置有流量计(4)。6.根据权利要求5所述的一种用于道路基层粒料透水各向异性测试设备，其特征在于，所述试验箱(1)内部靠近两侧的位置分别竖直设置有筛网(6)，所述第四连接管(18)位于对应的筛网(6)与试验箱(1)的一侧内壁之间，所述第五连接管(19)位于对应的筛网(6)与试验箱(1)的另一侧内壁之间。
7.根据权利要求6所述的一种用于道路基层粒料透水...

【专利技术属性】
技术研发人员：李程，相文，王魏魏，黄果敬，张久鹏，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：