[發(fā)明專利]納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實(shí)時(shí)測(cè)試裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710036481.5
• 申請(qǐng)日: 2017-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN106841033B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金煒楓;鄧陳艷;張力友;王鑫;程澤海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江科技學(xué)院（浙江中德科技促進(jìn)中心）
• 主分類號(hào): G01N21/00
• 分類號(hào): G01N21/00;G01N15/08
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33230
• 代理人: 董建軍

1.一種納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實(shí)時(shí)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，包括納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實(shí)時(shí)測(cè)試裝置，該實(shí)時(shí)測(cè)試裝置設(shè)置有：

試樣成型長(zhǎng)筒、監(jiān)測(cè)裝置、液體收集容器、水壓控制器和壓力隔離裝置；試樣成型長(zhǎng)筒內(nèi)放置砂土試樣；所述監(jiān)測(cè)裝置包含在試樣成型長(zhǎng)筒內(nèi)分段布置的n個(gè)孔隙水壓力計(jì)和光纖PH計(jì)；所述壓力隔離裝置用橡膠膜隔離成兩個(gè)腔室，其中一個(gè)腔室與水壓控制器相連，另一個(gè)腔室裝滿硅溶膠與試樣成型長(zhǎng)筒連接；所述水壓控制器、壓力隔離裝置、試樣成型長(zhǎng)筒和液體收集容器依次連接；所述試樣成型長(zhǎng)筒底部塞有第一橡膠塞，試樣成型長(zhǎng)筒頂部塞有第二橡膠塞，所述第一橡膠塞上面放置金屬過濾篩網(wǎng)，以防止硅溶膠入口通道堵塞；

其特征在于：測(cè)試方法按如下步驟：

步驟1：用第一橡膠塞將試樣成型長(zhǎng)筒的底部封住，在第一橡膠塞上放置金屬過濾篩網(wǎng)，在金屬過濾篩網(wǎng)上放置透水石，然后往試樣成型長(zhǎng)筒內(nèi)放置砂土試樣，在砂土試樣放置過程中，沿砂土試樣滲流方向布置孔隙水壓力計(jì)和光纖PH計(jì)，最后用第二橡膠塞將試樣成型長(zhǎng)筒的頂部密封??；

步驟2：連接水壓控制器和壓力隔離裝置的第一腔室，壓力隔離裝置內(nèi)的第二腔室吸滿硅溶膠，然后連接第二腔室和試樣成型長(zhǎng)筒，連接試樣成型長(zhǎng)筒和液體收集容器；

步驟3：?jiǎn)?dòng)水壓控制器對(duì)壓力隔離裝置中的橡皮膜施加壓力，實(shí)時(shí)記錄水壓控制器內(nèi)水量的減少量，結(jié)合試樣成型長(zhǎng)筒的橫截面積，實(shí)時(shí)得到試樣成型長(zhǎng)筒內(nèi)的流速V，同時(shí)實(shí)時(shí)記錄各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的PH值和水壓，設(shè)沿試樣成型長(zhǎng)筒長(zhǎng)度方向光纖PH計(jì)有n個(gè)，底部的光纖PH計(jì)編號(hào)為1，從下往上光纖PH計(jì)編號(hào)依次增大，頂部光纖PH計(jì)編號(hào)為n，對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)PH值為A₁(t),A₂(t),…,A_n(t)，第i個(gè)光纖PH計(jì)與第i+1個(gè)光纖PH計(jì)之間的PH值由A_i(t)和A_i+1(t)線性插值得到；

步驟4：實(shí)時(shí)分段計(jì)算試樣的滲透系數(shù)并獲得滲透系數(shù)分段插值函數(shù)f(x,t)；

步驟5：實(shí)時(shí)計(jì)算孔隙率沿試樣長(zhǎng)度方向的變化曲線，由滲透系數(shù)和孔隙率的函數(shù)關(guān)系以及滲透系數(shù)分段插值函數(shù)f(x,t)計(jì)算孔隙率θ(x,t)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實(shí)時(shí)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征是在于：

步驟4中設(shè)沿試樣成型長(zhǎng)筒長(zhǎng)度方向孔隙水壓力計(jì)有n個(gè)，底部的孔隙水壓力計(jì)編號(hào)為1，從下往上孔隙水壓力計(jì)依次增大，頂部孔隙水壓力計(jì)編號(hào)為n，對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)孔隙水壓力為P₁(t),P₂(t),…,P_n(t)，試樣成型長(zhǎng)筒被孔隙水壓力計(jì)分為n-1段，每段的滲透系數(shù)為：

上式中ρ_w為水密度，g為重力加速度，L為試樣成型長(zhǎng)筒高度；

求每個(gè)孔隙水壓力節(jié)點(diǎn)i(1≤i≤n)上對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)滲透系數(shù)：

定義沿試樣中軸線方向的滲透系數(shù)分段插值函數(shù)f(x,t)：

上式中l(wèi)＝L/(n-1)，x_l＝x-l·(i-1)，且l·(i-1)≤x≤l·i；由滲透系數(shù)分段插值函數(shù)f(x,t)得到沿試樣長(zhǎng)度方向每一點(diǎn)的滲透系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實(shí)時(shí)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于：

步驟5中，設(shè)為砂顆粒平均粒徑，θ為孔隙率，c為常系數(shù)，應(yīng)用滲透系數(shù)k和孔隙率的函數(shù)關(guān)系：

上述公式在孔隙率取值范圍為0≤θ<1時(shí)為單值函數(shù)，將上式中的k用滲透系數(shù)分段插值函數(shù)f(x,t)代替，求解上式，即得到沿滲流方向和時(shí)間變化的孔隙率θ(x,t)，從而分析沿滲流方向孔隙率的變化和納米凝膠固化砂土的不均勻性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米凝膠固化砂土的PH值和孔隙率實(shí)時(shí)測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于：

所述試樣成型長(zhǎng)筒為兩端敞口的PVC圓柱管，高度和直徑比值≥10。