[發明專利]基于電滲的土體滲透系數測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201010122680.6
• 申請日: 2010-03-12
• 公開（公告）號: CN101813603A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 胡黎明;吳偉令;吳照群
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及土體滲透系數的測量技術領域，尤其適用于低滲透性土體滲透系數的測量。?

背景技術

土具有被水等液體透過的性質稱為土的滲透性，滲透性是土體的主要力學性質之一。土體的滲透性直接關系到工程的經濟效益和安全特性。自從一百多年前法國工程師達西通過大量的均勻砂滲流試驗得出達西定律之后，土體的滲透系數就成為描述土體滲透性的基本參數。?

一直以來，對于土體滲透系數的測量，原理上基本沒有變化，都是通過量測一定時間和水力坡降下滲透通過土體的水量來計算滲透系數。首先制作均勻的飽和試樣，通常制成圓柱形，橫截面積和長度可以方便測量。然后在試樣兩端加上一定的水頭差，使水從高水頭處流向低水頭處，記錄一定時間內流經試樣的水量和水頭的變化量，進而計算得到滲透系數。目前有2種測量滲透系數的方法，分別為常水頭方法和變水頭方法。?

19世紀人們發現了電滲現象并對其產生機理進行了研究，到20世紀之后，電滲已經應用于實際工程中，包括加固鐵路地基、斜坡、堤岸和水壩等。國內在20世紀50年代末期對電滲降水和地基加固進行了試驗研究，并在實踐方面也取得了良好的效果。?

電滲是指在濕的土體上施加電勢差，陽離子被水分子包裹著吸引到陰極，陰離子被水分子包裹著吸引到陽極，平衡后一般產生陰極的電滲凈流現象。電滲處理可以加速土體的排水固結，對于提高細粒土的抗剪強度和穩定性非常有效。?

電滲系數與土體顆粒大小無關，其數值落在10^-5-10^-4cm²/v·s范圍內。土體的水力滲透系數則主要取決于土體顆粒粒徑大小。從細砂、粉質粘土到鈉蒙脫土，土體滲透系數變化達5～7個數量級，而且滲透系數常規測量方法誤差較大，一般可達1個數量級。?

通過測量透水量來計算土體滲透系數的方法簡便易行，但對于滲透性非常小的粘性土，其滲透過程非常緩慢，導致測量過程歷經的時間非常長，效率低，測量成本大，同時測量結果也不準確。?

發明內容

為了解決粘性土滲透系數測量時間過長以及測量結果不準確的問題，本發明提供了一種基于電滲的土體滲透系數測量方法和相應測量裝置。使用本方法測量土體滲透系數，無需經歷緩慢的滲透過程，因而可大大縮短測量時間、提高效率以及提高測量結果的準確性。?

基于電滲的土體滲透系數測量方法，其特征在于，將飽和試樣(7)裝在絕緣材料圓筒狀容器(4)中，飽和試樣一端用陰極不透水電極板(10)密封，另一端用陽極透水電極板(3)與儲水箱(13)隔離，將儲水箱(13)中注滿水，在陰極不透水電極板(10)和陽極透水電極板(3)之間施加直流電壓，飽和試樣(7)在電滲的作用下快速形成反向水力梯度，水力梯度與電勢梯度快速達到平衡狀態，測得平衡狀態下的電勢梯度i_e和水力梯度i_h，電滲系數k_e已知，根據平衡狀態下耦合出流k_ei_e+k_hi_h＝0，計算得到土體滲透系數k_h。?

基于電滲的土體滲透系數測量裝置，其特征在于，含有一個絕緣材料圓筒狀容器(4)，其一端用不透水絕緣蓋(12)密封，另一端用陰極不透水電極板(10)密封，所述絕緣材料圓筒狀容器(4)內裝飽和試樣(7)，飽和試樣(7)一端以所述陰極不透水電極板(10)密封，另一端用一塊陽極透水電極板(3)隔離，在所述陽極透水電極板(3)上開有透水孔；所述陽極透水電極板(3)與絕緣蓋(12)之間形成儲水箱(13)，儲水箱(13)上開有注水孔(14)；所述陰極不透水電極板(10)和陽極透水電極板(3)連接直流電源；沿絕緣材料圓柱體的軸向兩邊分別開有電勢量測孔(5)和孔隙水壓力量測孔(8)，電勢量測導線(6)通過電勢量測孔(5)插入飽和試樣(7)中，孔壓傳感器(9)通過孔隙水壓力量測孔(8)布置進入飽和試樣(7)中，電勢量測導線(6)和孔壓傳感器(9)在飽和試樣(7)中布置的方向與有絕緣圓柱體的軸向垂直；電勢量測導線(6)與孔壓傳感器(9)的輸出端均通過數據采集卡與計算機相連。?

所述陽極透水電極板(3)上的透水孔，緊貼飽和試樣的一側的孔徑小于靠儲水箱(13)一側的孔徑。?

所述電勢量測導線(6)插入飽和試樣(7)的深度以到達飽和試樣(7)中心處最佳。?

所述孔壓傳感器(9)在飽和試樣(7)中的深度以沒入飽和試樣(7)為最佳。?