[發明專利]一種室內土工試驗中用于測量土樣滲透系數的裝置

在審

• 申請號: 201710073736.5
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106644890A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 盧曉春;焦雨起;肖澤云;田斌;張磊;張馨文;沈桑桑;陳玉璽;陳渴鑫
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N1/28
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所42103
• 代理人: 成鋼

技術領域

本發明涉及一種室內土工試驗中用于測量土樣滲透系數的裝置。

背景技術

滲透系數是土的一項重要力學指標，它將用來分析天然地基、堤壩和基坑開挖邊坡的滲流穩定，確定堤壩斷面和計算堤壩和地基的滲流量等。由于影響滲透系數的因素十分復雜，如土的顆粒組成，膠體含量、結構狀態、密度、土粒和水的礦物成分等，都足以影響它的正確測定。當前室內和現場用的各種方法所測定的滲透系數仍然是個比較粗略的數值，實際上滲透系數的測定方法，仍處于研究和改進之中。對不同的土類測定土的滲透系數，應選用不同的試驗方法。試驗類型分為常水頭滲透試驗和變水頭滲透試驗。常水頭滲透試驗適用于粗粒土，變水頭滲透試驗適用于細粒土。滲透系數的測定，以現場抽水注水法測定結果較為可靠，但由于設備復雜、耗費大，僅在特殊需要時才采用。目前一般是以室內滲透試驗測定滲透系數。

試驗儀器的選擇主要根據以下原則確定:首先是試驗結果應合理可靠；其次是能滿足細粒土和粗粒土室內和現場試驗的需要；再則是儀器結構簡單，止水嚴密，易于排氣。根據上述原則、我國以往采用的測試方法有70型(基馬式)滲透儀法、土樣管(卡明斯基管)滲透儀法、負壓式滲透儀法、南55型滲透儀法、南59型滲透儀法及試坑滲水法等。

70型滲透儀及土樣管滲透儀適用于粗粒土。土樣管法雖然精度較差，但儀器和步驟較簡便，易于掌握，可在現場進行。70型滲透儀多用于室內，由于有測壓孔，可以分段取值，相互校核，并可取流態較穩定的中段的試驗結果，其不足之處是筒身為金屬制作，不便于觀察試樣內部滲流情況，遇有積氣部位不易發現與排除，這種缺點應在裝樣時注意避免。負壓式滲透儀和南55型滲透儀都適用于原狀和擾動細粒土的室內試驗。負壓式滲透儀的儀器構造和操作都較繁瑣，優點是它可以和固結試驗結合進行，并可利用一個試驗測出各種孔隙比下的滲透系數，可避免試樣與環壁密合不好的缺點，當試樣較小時宜用此法。南55型滲透儀的特點是儀器構造簡單，止水嚴密，適用于常水頭和變水頭兩種方法，屬于定型的滲透儀，我國各試驗室普遍采用。南59型滲透儀用的較少。

上述的傳統滲透系數的測定方法，不難發現，都是需要人工計算滲透系數，而且按照《土工試驗技術手冊》，往往要重復測5—6次，在不同開始水頭下測定的滲透系數在允許差值范圍內時，結束試驗。由此看出，傳統的滲透系數測定方法，即耗費人力也耗費時間，由于效率較低，因而也不利于試驗連續操作，精度也不一定準確。鑒于此，設計一種利用計算機測滲透系數的智能裝置及方法就十分必要了。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種室內土工試驗中用于測量土樣滲透系數的裝置，不僅可以在實驗時連續操作，而且試驗精度高、操作方便、節約人力和時間。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種室內土工試驗中用于測量土樣滲透系數的裝置，包括供水箱、水泵、電控閥、計算機、壓力傳感器、溫度傳感器、壓力水管和用來裝填土樣的試樣管，壓力水管上端通過進水管與供水箱連通，壓力水管下端通過出水管連通在試樣管下端，水泵安裝在進水管上，電控閥和壓力傳感器安裝在出水管上；壓力傳感器和溫度傳感器將檢測的壓力和溫度傳輸給計算機，計算機控制水泵和電控閥啟閉。

所述試樣管包括透明管體和可分離式、密封式安裝在透明管體兩端的密封帽，上端密封帽連通排水管，出水管連通下端密封帽，在土樣填充到透明管體內后，在土樣兩端設有反濾層。

一種室內土工試驗中用于測量土樣滲透系數的裝置測量土樣滲透系數的方法，包括如下步驟：

1)將制備好的試驗土樣填充到透明管體內；

2)計算機內按照《土工試驗技術手冊》的滲透系數計算方法設定計算程序：滲透系數計算公式為；

式中：k_T試驗溫度T℃時試件的滲透系數cm/s；

2.3為lg和ln的變換因數，

a為壓力水管斷面面積cm²，

t₁為測讀水頭起始時間s，

t₂為測讀水頭終止時間s，

H₁為t₁時間時壓力水管的液面高度和土樣滲透出口的高度差cm，

H₂為t2時間時壓力水管的液面高度和土樣滲透出口的高度差cm，

L為透明管體內土樣長度cm，

A為土樣截面積cm²；

k₂₀標準溫度時試件的滲透系數cm/s,