[發(fā)明專利]多功能滲透變形試驗(yàn)儀及其測試方法

有效

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• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN102866095A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳定安;胡純清;萬凱軍;徐牧明
• 申請（專利權(quán)）人: 中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 武漢金堂專利事務(wù)所 42212
• 代理人: 胡清堂

1.一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀，包括：機(jī)架，其特征在于：還有垂直加載控制系統(tǒng)置于有機(jī)玻璃特制的組合式滲流容器的上蓋上，側(cè)向加載控制系統(tǒng)置于機(jī)架內(nèi)，有機(jī)玻璃特制的組合式滲流容器和垂直加載與側(cè)向加載控制系統(tǒng)組件固定在機(jī)架上，流量及溫度測量系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)架側(cè)邊。

2.根椐權(quán)利要求1所述的一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀，其特征在于：包括：機(jī)架，垂直加載加載控制系統(tǒng)置于有機(jī)玻璃特制的組合式滲流容器的上蓋上，側(cè)向加載控制系統(tǒng)置于機(jī)架內(nèi)，有機(jī)玻璃特制的組合式滲流容器和垂直加載與側(cè)向加載控制系統(tǒng)組件固定在機(jī)架上，流量及溫度測量系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)架側(cè)邊，帶溢流管的水頭升降裝置的出水管和有機(jī)玻璃特制的組合式滲流容器的底座上的進(jìn)水閥相連。

3.根椐權(quán)利要求2所述的一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀，其特征在于：所述的帶溢流管的水頭升降裝置（1）包括水箱（23）、水箱（23）下部的支板兩端的孔套在導(dǎo)向鋼繩（24）上，導(dǎo)向鋼繩（24）上下兩端和支架（26）相連，拉伸線索一頭和水箱相連，另頭繞過定滑輪和定位渦輪（15）相連，水箱通過管道和底座的進(jìn)水閥相連。

4.根椐權(quán)利要求2所述的一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀，其特征在于：所述的組合式有機(jī)玻璃特制的滲流容器包括：導(dǎo)向管（6）、滲透固結(jié)管（19）或K₀滲透固結(jié)管（22）、底座（11）依次密封相連，并用螺桿緊固形成一個整體，上蓋（5），下固定板（14）分別置于上下兩端，穿過螺桿用螺帽緊固；所述的滲透固結(jié)管（19）上按一定間距布有三個高度差壓傳感器（8）、（9）、（10），通過三通接頭、閥門及導(dǎo)水管與滲透固結(jié)管（19）和側(cè)壓管（2）相連，差壓傳感器（8）、（9）、（10）信號線通過采集合與微機(jī)機(jī)連；或所述的用于二維加載或原狀試樣柔性密封K₀滲透固結(jié)管（22）內(nèi)壁呈向外凹的弧形，內(nèi)壁套有帶咀筒狀乳膠，膜咀上套有銅管用O形圈與K₀滲透固結(jié)管（22）密封連接，與膜咀呈90度角布有二個二通閥門，一個與精密全自動液壓控制器相連，一個與K₀滲透固結(jié)管（22）壓力腔容積調(diào)節(jié)管相連，其它組件與滲透固結(jié)管（19）一致。

5.根椐權(quán)利要求2所述的一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀，其特征在于：所述的垂直加載控制系統(tǒng)包括：上蓋（5）中心安有活塞套（4），活塞套（4）上端是垂直加載裝置（3），通過兩根螺桿固定在上蓋（5）上，上蓋（5）側(cè)面布有出水的二通閥門，活塞套（4）能活塞桿上裝有垂直位移傳感器夾具，導(dǎo)向管（6）側(cè)面布有二通閥門。

6.根椐權(quán)利要求2所述的一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀，其特征在于：所述的側(cè)向加載控制系統(tǒng)包括：側(cè)向加載控制系統(tǒng)是一臺全自動精密液壓控制器，在加載的同時(shí)能記錄體變，安裝在機(jī)架內(nèi)，通過高壓尼龍管與K₀滲透固結(jié)管（22）壓力腔相連。

7.根椐權(quán)利要求4所述的一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀，其特征在于：所述的底座（11）包括直管和整體漏斗，整體漏斗上端放置不銹鋼下透水板，整體漏斗的進(jìn)口設(shè)有環(huán)形濾氣透水網(wǎng)（12），直管和整體漏斗間通過O形圈密封，底座（11）布有兩二通閥門，一個進(jìn)水，一個排氣。

8.根椐權(quán)利要求2所述的一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀，其特征在于：所述的水頭、流量及溫度測量系統(tǒng)包括：流量測量管（21）進(jìn)水口與滲流容器出水口用管道相連并應(yīng)水平，下端布有溫度傳感器和流量傳感器（16），傳感器信號線通過采集合與微機(jī)連。

9.一種多功能滲透變形試驗(yàn)儀測試步驟如下：

（1）、多功能滲透變形試驗(yàn)儀檢校?

①按試驗(yàn)要求組裝好多功能滲透變形試驗(yàn)儀全部組件，升高水箱（23），打開底座上的進(jìn)水閥，讓滲流容器內(nèi)充滿水，排除管路中的全部氣體后關(guān)閉除底座（11）上的進(jìn)水閥以外的全部閥門，將水頭升高到最大水頭，系統(tǒng)不漏水即可；

②關(guān)閥底座（11）上的進(jìn)水閥，利用側(cè)壓管（2）標(biāo)定側(cè)壓水頭傳感器（8）、（9）、（10），差壓傳感器（10）標(biāo)定為絕對水頭高度，單位厘米水柱高度，下游的差壓傳感器（8）、（9）分別標(biāo)定為相鄰兩點(diǎn)的水頭差，單位毫米水柱高度，流量傳感器（16）標(biāo)定為亳升，溫度標(biāo)定為攝氏度，測定垂直加載裝置（3）的氣壓與活塞出力之間的關(guān)系；

（2）、垂直滲流方式滲透及滲透變形指標(biāo)的測定

①打開滲流容器上蓋（5），調(diào)整水箱高度（23），讓水面與滲流容器下透水板平齊，在下透水板上放上一塊5mm厚透水石，垂向從下往上滲流，用透水網(wǎng)，從上往下滲流，透水板與透水網(wǎng)孔徑一致3mm，在滲透固結(jié)管（19）內(nèi)壁涂層真空硅脂，按預(yù)定的密度稱取砂樣，加入1%的水拌勻，在滲透固結(jié)管（19）內(nèi)分層擊實(shí)制成，試樣與滲透固結(jié)管（19）上端面平齊；

②不需施加垂直荷載時(shí)，依次放入用透水石制作的內(nèi)徑比試樣直徑小2-3mm的環(huán)狀透水板，內(nèi)徑與試樣直徑一致的導(dǎo)向環(huán)，十字形加載板，需施加垂直荷載時(shí)，放入第一個導(dǎo)向環(huán)，在導(dǎo)向環(huán)內(nèi)放一層滲透系數(shù)比試樣大10倍以上的中粗砂抹平，再放入第二個導(dǎo)向環(huán)，在導(dǎo)向環(huán)內(nèi)放入外徑與試樣直徑一致的上透水傳壓板；

③蓋上上蓋（5）鎖緊，不需施加垂直荷載時(shí)，通過重調(diào)壓閥給十字形加載板施加100-200kpa壓力后，封閉氣缸（3），關(guān)閉氣源，防止試樣沿滲透固結(jié)管（19）內(nèi)壁滑動，需施加垂直荷載時(shí)，安裝位移傳感器，直接通過調(diào)壓閥給試樣施加設(shè)定的垂直荷載，記錄垂直位移；

④關(guān)閉滲流容器三個測壓咀處三通閥門，關(guān)閉底座（11）上進(jìn)水閥，將抽氣機(jī)接在導(dǎo)向管（6）的二通閥上進(jìn)行抽氣，當(dāng)滲流容器內(nèi)接近負(fù)一個大氣壓時(shí)，將供水瓶與上蓋（5）溢水閥相連，對試樣進(jìn)行滴水飽和，當(dāng)水面到達(dá)上傳壓板時(shí)停止抽氣，卸除抽氣管與供水管，保持上蓋（5）的閥門接通大氣，升高供水箱水位（23）與上蓋（5）的閥門平齊，打開進(jìn)水閥，調(diào)節(jié)透固結(jié)管（19）的三個測壓咀處三通閥門排除測壓管路中氣體并與滲流容器相通，直到三根側(cè)壓管（2）水頭與上蓋（5）閥門中心平齊；

⑤當(dāng)垂直由下向上滲流時(shí)，將上蓋閥（5）門與流量管（21）相連，加第一級水頭1cm，然后按水頭坡降為0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0坡降遞增，在接近臨界坡降時(shí)，滲透坡降遞增值適當(dāng)減小，記錄程序設(shè)置為每20分鐘記錄一次測壓管（2）水頭差、流量及溫度值，當(dāng)采用垂直由上向下滲流時(shí)，需在試樣裝入前將透固結(jié)管（19）旋轉(zhuǎn)180度組裝，進(jìn)出水口互換，并調(diào)整流量管（21）進(jìn)水口與滲流容器出水口高度一致，其它與由下向上滲流時(shí)相同；

⑥當(dāng)電腦記錄的每級水頭施加1小時(shí)后，連續(xù)3到4次之間流量差相近即可加下一級水頭，在電腦自動記錄的同時(shí)，也可人工測記測壓管（2）讀數(shù)，并透過玻璃筒觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，如水的渾濁程度、冒氣泡、細(xì)顆粒跳動、移動或被水帶出等現(xiàn)象，并加以描述記錄；

⑦當(dāng)水頭不能再增加時(shí)，即可結(jié)束試驗(yàn)；

⑧當(dāng)需要進(jìn)行二維加載或采用原狀土試樣進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，用K₀滲透固結(jié)管（22）替代透固結(jié)管（19），利用側(cè)壓腔對試樣進(jìn)行柔性密封或者二維加載，其它測試過程與垂直由下向上滲流方式或垂直由上向下滲流相同；

（3）、水平滲流方式滲透變形指標(biāo)的測定

①打開滲流容器上蓋（5），調(diào)整水箱（23）高度，讓水面與滲流容器下透水板平齊，在下透水板上放上一塊5mm厚透水石，在滲透固結(jié)管（19）內(nèi)壁涂層真空硅脂，按預(yù)定的密度稱取砂樣，加入1%的水拌勻在滲透固結(jié)管（19）內(nèi)分層擊實(shí)制成，試樣與滲透固結(jié)管（19）上端面平齊；

②不需施加水荷載時(shí)，依次放入內(nèi)徑與試樣直徑一致的導(dǎo)向環(huán)，在導(dǎo)向環(huán)內(nèi)放一層滲透系數(shù)比試樣大10倍以上的中粗砂抹平，外徑與導(dǎo)向管（6）內(nèi)徑一致的上透水傳壓板，需施加垂直荷載時(shí)，放入第一個導(dǎo)向環(huán)，在導(dǎo)向環(huán)內(nèi)放一層滲透系數(shù)比試樣大10倍以上的中粗砂抹平，再放入第二個導(dǎo)向環(huán)，在導(dǎo)向環(huán)內(nèi)放入外徑與試樣一致的上透水傳壓板；

③蓋上上蓋（5）鎖緊，不需施加水平荷載時(shí)，通過調(diào)壓閥給傳壓板施加100-200kpa壓力后，封閉氣缸（3），關(guān)閉氣源，需施加水平荷載時(shí)，安裝位移傳感器，直接通過調(diào)壓閥給試樣施加設(shè)定的水平荷載，記錄位移值；

④關(guān)閉滲流容器三個測壓咀處三通閥門，關(guān)閉底座（11）上進(jìn)水閥，將抽氣機(jī)接在導(dǎo)向管（6）二通閥上進(jìn)行抽氣，當(dāng)滲流容器內(nèi)接近負(fù)一個大氣壓時(shí)，將供水瓶與上蓋（5）溢水閥相連，對試樣進(jìn)行滴水飽和，當(dāng)水面到達(dá)上傳壓板時(shí)停止抽氣，卸除抽氣管與供水管，保持上蓋（5）閥門接通大氣，升高供水箱（23）水位與上蓋（5）閥門平齊，打開進(jìn)水閥，調(diào)節(jié)滲流容器三個測壓咀處三通閥門排除測壓管路中氣體并與滲流容器相通，直到三根側(cè)壓管（2）水頭與上蓋（5）閥門中心平齊，關(guān)閉進(jìn)水閥；

⑤將滲流容器水平放置在水平支架（13）上；

⑥將上蓋（5）閥門與流量管（21）相連，加第一級水頭1cm，熊然后按水頭坡降為0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0坡降遞增，在接近臨界坡降時(shí)，滲透坡降遞增值適當(dāng)減小，記錄程序設(shè)置每20分鐘記錄一次測壓管（2）水頭差、流量及溫度值；

⑦當(dāng)電腦記錄的每級水頭施加1小時(shí)后，連續(xù)3到4次之間流量差相近即可加下一級水頭，在電腦自動記錄的同時(shí)，也可人工測記測壓管讀數(shù)，并透過玻璃筒觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，如水的渾濁程度、冒氣泡、細(xì)顆粒跳動、移動或被水帶出等現(xiàn)象，并加以描述記錄；

⑧當(dāng)水頭不能再增加時(shí)，即可結(jié)束試驗(yàn)；

⑨當(dāng)采用原狀土或需二維加載進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，用K₀滲透固結(jié)管（22）替代透固結(jié)管（19），利用側(cè)壓腔對試樣進(jìn)行密封或者二維加載，其它測試過程相同；

（4）、資料整理

按《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237-014-1999、SL237-056-1999規(guī)定進(jìn)行計(jì)算整理資料。