專利名稱：一種土的滲透淤堵試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種滲透淤堵作用導致土的滲透性發生動態變化的科學試驗裝置，通過模擬觀測土體在滲流過程中因細小土顆粒的遷移使土的滲透性和滲透性參數不斷變化的試驗裝置。
技術背景國內外對土體常規性滲透性研究較為成熟。室內測定土的滲透性的儀器在試驗原理上通常主要有兩種，即常水頭試驗和變水頭試驗。前者較適用于滲透性較強的粗粒土，后者較適用于滲透性較小的粘性土。常水頭試驗是指試驗過程中供水水頭保持不變。設試樣厚度為L，試樣的截面積為 A，試驗時上下游水位差為h。試驗時只需要用量筒和秒表測出一定時間t內下游出水口的出水量Q，通過(I)式確定試樣的滲透系數(k)。^ =—(I)
Ahi變水頭試驗，是在不同測試斷面水頭隨時間對應測定的。設變水管內截面積為a，試樣厚度為L，截面積為A。試驗中只要測出時刻h和t2所對應的水位Ii1和h2，就可以通過(2)式求出試樣的滲透系數。K = 2.3 al 'Ig 備(2)
A((2 — ij) h2目前常用的室內測定土體滲透系數的儀器主要有70型滲透儀、南55型滲透儀和垂直滲透變形儀等。70型滲透儀適用于測定砂性土的滲透系數，南55型滲透儀適用于測定黏性土的滲透系數，垂直滲透變形儀適用于測定粗顆粒土的垂直滲透系數和滲透變形。試驗土料的最大粒徑一般不能超過試驗儀器內徑的1/10，美國材料實驗協會標準年鑒中也要求試樣的最大粒徑為試樣容器直徑的1/8 1/12，70型滲透儀和南55型滲透儀的內徑較小，不適合用來測定巨粒土和巨粒混合土的滲透系數。土樣的設計最大粒徑為600_，70型滲透儀、南55型滲透儀內徑較小，不適合粗粒土的試驗研究；垂直滲透變形儀雖然適用于測定粗顆粒土的滲透系數和滲透變形，但不能對淤堵作用條件下對松散介質滲透性的影響進行觀察。難以為大型工程設計提供可靠的數據。
發明內容本實用新型的目的就在于針對上現有技術的不足，提供一種適用于大顆粒松散土的滲透淤堵試驗裝置；土的滲透淤堵試驗裝置，是由試驗塔支架I通過底座法蘭7與出水底筒2連接，出水底筒2底板上設有預留孔與出水管6連接，出水管6裝有出水閥5，出水底筒2通過下法蘭8與裝料筒3連接，下法蘭8中間裝有透水孔板9，裝料筒3側面設置孔隙水壓力傳感器監測孔10，孔內裝有孔隙水壓力傳感器，并與計算機連接，裝料筒3通過上法蘭11與進水頂筒4連接，距進水頂筒4頂板8-15cm處設有緩沖板12，緩沖板12通過固定桿36固定在進水頂筒4的內壁上，進水頂筒4上端裝有帶筒頂注水孔13的頂板，筒頂注水孔13與注水管14連接，注水管14通過回水控制閥17與淤堵試料容器管15連接，淤堵試料容器管15通過投料進口閥18與投料進口管16連接，注水管14經下輸水閥20與輸水管21連接，淤堵試料容器管15經上輸水閥19與輸水管21連接，輸水管21經水量表22和水量控制閥23與高壓水箱24連接，高壓水箱24置于水箱支架26上，高壓水箱24上端裝有水壓表25和供水管27，供水管27與供水集水槽31中的水泵30連接，供水集水槽31中的減壓回水管29經水壓水量調控閥28與供水管27連接。所述的透水板34設有直徑5mm的透水孔，透水孔間的距離5mm。所述的淤堵試料容器管15與回水控制閥17、投料進口閥18、上輸水閥19構成三通閥門結構。有益效果土體滲流試驗過程中，利用較小土粒的不同粒徑投料來影響土的滲透 性，并根據這些不同粒徑細顆粒所產生的淤堵效果得出滲透淤堵效應的最佳粒徑或粒徑區間，淤堵試料投料系統設計成管狀三通閥門結構，并與試驗滲流供水系統設計成并聯關系，可在不間斷連續供水的情況下完成淤堵試料的投放，完善了滲透淤堵試驗的連續過程。土體滲流試驗裝置中，水頭及孔隙水壓力測量系統，改變了現有的測壓管測量方式，采用了多斷面滲流電子監測記錄及數據處理系統，連續準確地記錄和處理時間和孔隙水壓力(t h)關系，能直觀的反映淤堵的粒徑、孔隙水壓力與滲流流量之間的相互關系。解決了淤堵作用條件下對松散介質滲透性的影響觀測，為大型工程設計提供可靠的科學數據。


圖I為土的滲透淤堵試驗裝置結構圖。圖2為附圖I中透水孔板9結構圖。圖3為附圖I中緩沖板12與固定桿36的結構圖。I試驗塔支架，2出水底筒，3裝料筒，4進水頂筒，5出水閥，6出水管，7底座法蘭，8下法蘭，11上法蘭，9透水孔板，10孔隙水壓力傳感器監測孔，12緩沖板，13筒頂注水孔，14注水管，15淤堵試料容器管，16投料進口管，17回水控制閥，18投料進口閥，19上輸水閥，20下輸水閥，21輸水管，22水量表，23水量控制閥，24高壓水箱，25水壓表，26水箱支架，27供水管，28水壓水量調控閥，29減壓回水管，30水泵，31供水集水槽，34透水板，35螺栓孔，36固定桿。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例做進一步的詳細說明土的滲透淤堵試驗裝置，是由試驗塔支架I通過底座法蘭7與出水底筒2連接，出水底筒2底板上設有預留孔與出水管6連接，出水管6裝有出水閥5,出水底筒2通過下法蘭8與裝料筒3連接，下法蘭8中間裝有透水孔板9，裝料筒3側面設置孔隙水壓力傳感器監測孔10，孔內裝有孔隙水壓力傳感器，并與計算機連接，裝料筒3通過上法蘭11與進水頂筒4連接，距進水頂筒4頂板8-15cm處設有緩沖板12，緩沖板12通過固定桿36固定在進水頂筒4的內壁上，進水頂筒4上端裝有帶筒頂注水孔13的頂板，筒頂注水孔13與注水管14連接，注水管14通過回水控制閥17與淤堵試料容器管15連接，淤堵試料容器管15通過投料進口閥18與投料進口管16連接，注水管14經下輸水閥20與輸水管21連接，淤堵試料容器管15經上輸水閥19與輸水管21連接，輸水管21經水量表22和水量控制閥23與高壓水箱24連接，高壓水箱24置于水箱支架26上，高壓水箱24上端裝有水壓表25和供水管27，供水管27與供水集水槽31中的水泵30連接，供水集水槽31中的減壓回水管29經水壓水量調控閥28與供水管27連接。所述透水板34設有直徑5mm的透水孔，透水孔間的距離5mm。所述的淤堵試料容器管15與回水控制閥17、投料進口閥18、上輸水閥19構成三通閥門結構。為了便于試驗觀察采用有機玻璃制作，其主要由有機玻璃圓筒2、3、4、透水孔板9、緩沖板12、出水管6和出水閥5、孔隙水壓力傳感器監測孔10及試驗塔支架I組成。其中有機玻璃圓筒分上、中、下三部分，至上而下分為滲流注水緩沖段進水頂筒4、試樣段裝料筒3、滲流溢出段出水底筒2，相互間由法蘭8、11連接。上部滲流注水緩沖段為半封閉進水頂筒4，其筒頂中心銜接注水管14與投料裝置連接，緩沖板12設置于進水頂筒4之中，距頂板8-15cm，用來減緩供水水流的沖蝕作用；中部裝料筒3用以裝填土樣，這部分圓筒側面等間距設置10個孔隙水壓力監測孔，孔內裝有孔隙水壓力傳感器，通過串口與計算機連接，可連續監測不同淤堵試料干擾下，不同時段的孔隙水壓力與滲流量之間的變化。底部圓筒滲流溢出段為半封閉出水底筒2，通過底座法蘭7與鋼制試驗塔支架I連接，出水底筒2底板上設置出水管6，由出水閥5控制。淤堵試料投料部分是由淤堵試料容器管15和注水管14兩個管狀三通通過回水控制閥17連接構成，上部為投料進口閥18，下部為回水控制閥17，側面為上輸水閥19，投料進口管16為投料進口，回水控制閥17向下與注水管14連接，注水管14側向與輸水管21連接，上輸水閥19和下輸水閥20可完成雙控輸水量。供水裝置包括輸水管21、水量表22、水量控制閥23、高壓水箱24、壓力表25、水箱支架26、供水管27、水壓水量調控閥28、減壓回水管29、水泵30、集水槽31。高壓水箱24放在鋼支架26上，水泵30放在供水集水槽31中抽水，供水集水槽31通過供水管27向高壓水箱24注水，其中水壓水量調控閥28和減壓回水管29用來控制供水流量，然后通過輸水管21完成供水，水壓水量由水量控制閥23控制。實施例Ia、連接土的滲透淤堵試驗塔并裝填試樣，將出水底筒2通過底座法蘭7固定在試驗塔支架I上，裝料筒3通過下法蘭8與出水底筒2連接，在下法蘭8的中間裝有透水孔板9，將按粒徑比例混合好的粗粒土置于裝料筒3中，并用振動棒充分振動，使試樣接近土體的天然狀態；b、進水頂筒4通過上法蘭11裝在裝料筒3的上端，距進水頂筒4的頂端8_15cm處通過固定桿36裝有緩沖板12，在進水頂筒4的頂端裝有帶筒頂注水孔13的頂板，筒頂注水孔13與注水管14連接；C、注水管14通過回水控制閥17與淤堵試料容器管15連接，淤堵試料容器管15的上端通過投料進口閥18與投料進口管16連接，淤堵試料容器管15通過上輸水閥門19與輸水管21連接，注水管14通過下輸水閥20與輸水管21連接；d、輸水管21經水表22和水量控制閥23與安裝在水箱支架26上的高壓水箱24連接，在高壓水箱24的上端裝上水壓表25和供水管27，供水管27的另一端與置于供水集水槽31中的水泵30連接，供水管27通過三通和水壓水量調控閥門28與減壓回水管29連接；e、注水，關閉水量控制閥23和水壓水量調控閥28，首先向水箱24中注水，觀察壓力表讀數，當壓力穩定到I大氣壓時，關閉出水閥5、控制回水閥17、投料進口閥18和上輸水閥19，打開水量控制閥23和輸水閥20，開始向進水頂筒4、裝料筒3和出水底筒2中注水；f、當水使試樣完全飽和時，打開出 水閥5，經過28小時后粗粒土試體的滲透性即滲透系數(K)處于相對穩定狀態，通過孔隙水壓力傳感器監測孔10中裝有的孔隙水壓力傳感器記錄不同時間、不同高度土層的水頭壓力；g、當試驗粗顆粒土的滲透系數(K)達到相對穩定后，在滲流條件下，打開投料進口閥18，加入篩分好的粒徑為O. 063mm-0. 125mm的細顆粒10g，分兩次加入到放入投料管15中，每次5g，打開輸水閥19和回水控制閥17，細顆粒隨水流進入裝料中筒，然后關閉投料進口閥18和下輸水閥20，h、經過8小時后粗粒土試體的滲透性即滲透系數⑷又處于相對穩定狀態，再加入篩分好的粒徑為O. 063mm-0. 125mm的細顆粒10g，經過6小時后的滲透性即滲透系數(K)又處于相對穩定狀態，這樣經過5-6次加入該粒徑的細顆，粒粗粒土試體的滲透性即滲透系數(K)開始處于相對穩定狀態，通過孔隙水壓力傳感器連續記錄的數據，通過計算得出該粒徑顆粒對粗粒土試體的淤堵效果。實施例2a、連接土的滲透淤堵試驗塔并裝填試樣，將出水底筒2通過底座法蘭7固定在試驗塔支架I上，裝料筒3通過下法蘭8與出水底筒2連接，在下法蘭8的中間裝有透水孔板9，將按粒徑比例混合好的粗粒土置于裝料筒3中，并用振動棒充分振動，使試樣接近土體的天然狀態；b、進水頂筒4通過上法蘭11裝在裝料筒3的上端，距進水頂筒4的頂端8 — 15cm處通過固定桿36裝有緩沖板12，在進水頂筒4的頂端裝有帶筒頂注水孔13的頂板，筒頂注水孔13與注水管14連接；C、注水管14通過回水控制閥17與淤堵試料容器管15連接，淤堵試料容器管15的上端通過投料進口閥18與投料進口管16連接，淤堵試料容器管15通過上輸水閥門19與輸水管21連接，注水管14通過下輸水閥門20與輸水管21連接；d、輸水管21經水表22和水量控制閥門23與安裝在水箱支架26上的高壓水箱24連接，在高壓水箱24的上端裝上水壓表25和供水管27，供水管27的另一端與置于供水集水槽31中的水泵30連接，供水管27通過三通和水壓水量調控閥門28與減壓回水管29連接；e、注水，關閉水量控制閥門23和水壓水量調控閥門28，首先向水箱24中注水，觀察壓力表讀數，當壓力穩定到2大氣壓時，關閉出水閥5、控制回水閥門17、投料進口閥門18和上輸水閥門19，打開水量控制閥門23和輸水閥門20，開始向進水頂筒4、裝料筒3和出水底筒2中注水；f、當水使試樣完全飽和時，打開出水閥5，經過27小時后粗粒土試體的滲透性即滲透系數(K)處于相對穩定狀態，通過孔隙水壓力傳感器監測孔10中裝有的孔隙水壓力傳感器記錄不同時間、不同高度土層的水頭壓力；g、當試驗粗顆粒土的滲透系數(K)達到相對穩定后，在滲流條件下，打開投料進口閥18，加入篩分好的粒徑為O. 125-0. 25mm的細顆粒IOg分兩次加入到投料管15中，每次5g，打開輸水閥門19和控制回水閥門17，細顆粒隨水流進入裝料中筒，然后關閉投料進口閥18和下輸水閥20 ；h、經過6小時后粗粒土試體的滲透性即滲透系數⑷又處于相對穩定狀態，同理，再加入篩分好的粒徑為O. 125mm-0. 25mm的細顆粒10g，經過4小時后的滲透性即滲透系數(K)又處于相對穩定狀態，這樣經過4-5次加入該粒徑的細顆，粒粗粒土試體的滲透性即滲透系數(K)開始處于相對穩定狀態，通過孔隙水壓力傳感器連續記錄的數據，通過計算得 出該粒徑顆粒對粗粒土試體的淤堵效果。
權利要求1.一種土的滲透淤堵試驗裝置，其特征在于，是由試驗塔支架(I)通過底座法蘭(7)與出水底筒(2)連接，出水底筒(2)底板上設有預留孔與出水管(6)連接，出水管(6)裝有出水閥(5)，出水底筒(2)通過下法蘭(8)與裝料筒(3)連接，下法蘭(8)中間裝有透水孔板(9)，裝料筒(3)側面設置孔隙水壓力傳感器監測孔(10)，孔內裝有孔隙水壓力傳感器，并與計算機連接，裝料筒(3)通過上法蘭(11)與進水頂筒(4)連接，距進水頂筒(4)頂板8—15cm處設有緩沖板(12)，緩沖板(12)通過固定桿(36)固定在進水頂筒(4)的內壁上，進水頂筒(4)上端裝有帶筒頂注水孔(13)的頂板，筒頂注水孔(13)與注水管(14)連接，注水管(14)通過回水控制閥(17)與淤堵試料容器管(15)連接，淤堵試料容器管(15)通過投料進口閥(18)與投料進口管(16)連接，注水管(14)經下輸水閥(20)與輸水管(21)連接，淤堵試料容器管(15)經上輸水閥(19)與輸水管(21)連接，輸水管(21)經水量表(22)和水量控制閥(23)與高壓水箱(24)連接，高壓水箱(24)置于水箱支架(26)上，高壓水箱(24)上端裝有水壓表(25)和供水管(27)，供水管(27)與供水集水槽(31)中的水泵(30)連接，集水槽(31)中的減壓回水管(29)經水壓水量調控閥(28)與供水管(27)連接。
2.按照權利要求書I所述的一種土的滲透淤堵試驗裝置，其特征在于，透水板(34)設 有直徑5mm的透水孔，透水孔間的距離5mm。
3.按照權利要求書I所述的一種土的滲透淤堵試驗裝置，其特征在于，所述的淤堵試料容器管(15)與回水控制閥門(17)、投料進口閥(18)、上輸水閥(19)構成三通閥門結構。
專利摘要本實用新型涉及一種土的滲透淤堵試驗裝置。是由試驗塔支架之上裝有出水底筒、裝料筒和進水頂筒，裝料筒側面設置孔隙水壓力監測孔，孔內裝有孔隙水壓力傳感器，并與計算機連接，進水頂筒上端裝有由淤堵試料容器管、回水控制閥門、投料進口閥、與輸水閥門構成三通閥門結構，高壓水箱通過供水管與集水槽中的水泵連接構成。在連續供水的情況下完成淤堵試料的投放，實現了滲透淤堵試驗的連續過程，改變了現有的測壓管測量方式，采用了多斷面滲流電子監測記錄及數據處理，能直觀的反映淤堵的粒徑、孔隙水壓力與滲流流量之間的相互關系。解決了淤堵作用條件下對松散介質滲透性的影響觀測，為大型工程設計提供可靠的科學數據。
文檔編號G01N15/08GK202486025SQ20122005904
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者劉沖, 張國俊, 徐文明, 朱海波, 李識博, 楊兆華, 王媛媛, 王遠, 王鋼城, 許曉慧, 趙淑云, 黃超 申請人:吉林大學