專利名稱：超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水利工程材料的參數(shù)測定裝置，特別涉及一種用于對工程中選用的超大粒徑粗粒土料(粒徑60_ ( d85 ( 100mm)進行滲透特性測定的裝置，其IPC國際專利分類號為E02D1/04和E02D33/00。
背景技術(shù)：
在水利、交通、鐵路等工程建設(shè)中，粗粒土常常作為基礎(chǔ)用料。粗粒土按照《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)規(guī)定，粗顆粒土指的是粒徑大于0.075mm且小于60mm的顆粒。在水利工程中，粗粒土常作為壩基、堤基用料；在鐵路、公路工程中，則常常作為路基用料。對于這些工程而言，滲透變形、破壞是一個常見的問題，粗粒土由于其構(gòu)成的成份、級配不同，以及不同的工程情況，其滲透性能差距非常大，因此，在工程中采用合適的粗粒土料，需要進行其滲透性能的測試。近年來由于國家大力建設(shè)水利工程，南水北調(diào)等大型水利工程已經(jīng)在建設(shè)中，在南水北調(diào)工程中，由于工程戰(zhàn)線長，施工用土料需求巨大，特別是作為引水渠道的基礎(chǔ)用料的粗顆粒土。為方便施工，就地取料是較為有效的措施之一。南水北調(diào)工程沿線區(qū)域的土料，粗顆粒土量較少，大多為粒徑超過60_但小于IOOmm的超大粒徑粗粒土，即粒徑60mm ( d85 ( 100mm。通過試驗驗證,該類超大粒徑的粗粒土經(jīng)過正確的配比，可以達到工程用料的要求，但其的滲透性能需要經(jīng)過嚴(yán)格的試驗測定，才能運用在工程之中。在目前的工程應(yīng)用中，有針對粗粒土進行滲透試驗的裝備，其設(shè)備內(nèi)徑大小為200mm和300mm,根據(jù)《土工試驗規(guī)程》(SL237-1999)的規(guī)定,根據(jù)試驗土樣粒徑，按儀器內(nèi)徑大于試樣粒徑d85的 5倍選擇儀器。因此，現(xiàn)有的設(shè)備能夠測試的粒徑范圍有限，d85不超過60mm。由于之前在水利工程中使用超大粒徑粗粒土非常少，同時在水利工程中使用該類土料時，需配比較多的黏性土小顆粒，加之試樣尺寸較大，試樣非常難以進行排氣飽和，因此沒有對超大粒徑粗粒土進行滲透性能測試的儀器和成熟的測試方法。隨著南水北調(diào)等大型工程的建設(shè)，超大粒徑粗粒土在工程中的應(yīng)用會越來越廣泛，研制一套能對超大粒徑粗粒土滲透特性進行測試的儀器及其測試方法，是非常有必要的。

實用新型內(nèi)容發(fā)明人通過對以往設(shè)備的研究以及現(xiàn)有工程中選用的超大粒徑的粗粒土特性的分析，設(shè)計了專用測試儀器，在測試筒壁外側(cè)設(shè)計數(shù)量眾多的測壓排氣孔，解決了試樣直徑大，難以排氣飽和的測試難題，使得測試儀器可以對d85 ^ 60mm的超大粒徑的粗粒土進行滲透特性的測試。本實用新型的目的是提供一種快速、系統(tǒng)、簡便、快速的適用于超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)及滲透變形測定的儀器。一種超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)測定裝置，包括測試筒、自動加壓系統(tǒng)和測壓管，所述測試筒由底座支架、緩沖料容器、筒身和上蓋組成，其中，所述緩沖料容器支撐在所述底座支架上部，緩沖料容器設(shè)置有下排氣孔和下過水口 ；所述緩沖料容器上部與所述筒身連接，所述筒身上設(shè)置多個筒壁測壓排氣孔；所述筒身上部與所述上蓋連接，所述上蓋上設(shè)有上過水口和上排氣孔；所述自動加壓系統(tǒng)與所述下過水口連通，所述測壓管與所述筒壁測壓排氣孔連通。采用上述技術(shù)方案的有益效果在于:(I)可用于開展超大粒徑粗粒土料滲透特性試驗，本儀器適用粒徑范圍為:60mm d85 ^ 100mm,可以測試粗粒土的粒徑范圍更大。(2)測試筒筒壁設(shè)有多個測壓孔，在進行土體排氣飽和時，筒壁測壓孔可作為排氣孔，可與筒頂和筒底的排氣孔共同加速排氣，從而使試樣迅速達到飽和狀態(tài)。加速排氣法克服了由于試樣尺寸較大，部分試驗材料的滲透性較低，試樣飽和困難的問題。(3)該儀器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且采用循環(huán)用水，大大節(jié)約了試驗用水，從而節(jié)能減排。

圖1為本實用新型的測定裝置的示意圖。圖中:1.底座支架，2.緩沖料容器，3.下排氣孔，4.下過水口，5.密封螺栓，6.筒身，7.筒壁測壓排氣孔，8.上蓋，9.上過水口，10.上排氣孔，11.自動加壓系統(tǒng)，12.測壓
管，13.量筒ο
具體實施方式
如圖1所示，一種超大粒徑粗粒土滲透測定裝置，包括測試筒、自動加壓系統(tǒng)11和測壓管12，所述測試筒 由底座支架1、緩沖料容器2、筒身6和上蓋8組成，其中，所述緩沖料容器2支撐在所述底座支架I上部，緩沖料容器2的側(cè)壁設(shè)置有下排氣孔3，下部設(shè)有下過水口 4 ;所述緩沖料容器2上部與所述筒身6通過密封螺栓5連接，所述筒身6上設(shè)置多個筒壁測壓排氣孔7，每個所述的筒壁測壓排氣孔7設(shè)有閥門；所述筒身6上部通過密封螺栓5與所述上蓋8連接，所述上蓋8的上端設(shè)有上過水口 9和上排氣孔10 ;所述自動加壓系統(tǒng)11與所述下過水口 4連通，所述測壓管與所述筒壁測壓排氣孔7連通。利用上述的測定裝置,對超大粒徑粗粒土(60mm < d85 ^ 100mm)滲透系數(shù)的測定方法，其步驟如下:1.準(zhǔn)備好超大粒徑粗粒土滲透測定裝置:1.1所述測定裝置包括測試筒、自動加壓系統(tǒng)11和測壓管12，所述測試筒由底座支架1、緩沖料容器2、筒身6和上蓋8組成，其中，所述緩沖料容器2支撐在所述底座支架I上部，緩沖料容器2的側(cè)壁設(shè)置有下排氣孔3，下部設(shè)有下過水口 4 ;所述緩沖料容器2上部與所述筒身6通過密封螺栓5連接，所述筒身6上設(shè)置多個筒壁測壓排氣孔7，每個所述的筒壁測壓排氣孔7設(shè)有閥門；所述筒身6上部通過密封螺栓5與所述上蓋8連接，所述上蓋8的上端設(shè)有上過水口 9和上排氣孔10 ;所述自動加壓系統(tǒng)11與所述下過水口 4連通，所述測壓管12與所述筒壁測壓排氣孔7連通。1.2在所述緩沖料容器內(nèi)填充細礫石作為緩沖層，用以緩沖水流并將滲水壓力平均分散。[0019]2.試樣制備:2.1擾動樣制備(I)選取試樣，對試樣進行顆粒分析，確定試樣的級配曲線，并繪制顆粒級配曲線圖；(2)根據(jù)需要控制的干密度及試樣高度，按照式(I)計算試樣質(zhì)量；md = P d JirV(I)式中:md——試樣干質(zhì)量，g ；P d——需控制的干密度，g/cm3 ；r-測定裝置的筒身半徑，cm ；h'——試樣 高度，cm;(3)稱取試樣后，在試樣中加相當(dāng)于試樣質(zhì)量1% 2%的水分，伴和均勻后，將試樣分層裝入所述筒身內(nèi)，每層的級配應(yīng)相同，分層厚度:砂土為2 3cm，砂礫石及砂卵石為d85 的 1.5 2.0 倍；(4)對于風(fēng)化石渣或易擊碎的土料，采用振動加密法擊實，其他土料用擊實錘擊實；擊實后試樣總厚度:沙土不小于IOcm ;細碌石不小于15cm ;中粗碌石為20 25cm ;卵石不小于d85的3 5倍，以包括試樣中最大顆粒為度；2.2原狀樣制備:(I)取樣位置:應(yīng)選擇具有代表性地層和滲流流態(tài)條件的不同部位，如防滲墻底部、壩基墻底部、壩基內(nèi)部段、水流出逸段、抗?jié)B強度較低處等部位取樣；(2)在取樣地點，首先挖一尺寸大于試樣尺寸的土柱，除去土樣表面的擾動土，再用削土工具小心地慢慢地將土樣削至要求尺寸與形狀；(3)環(huán)繞土柱底四周的水平圖面上鋪墊一層砂，并使砂墊平整。(4)套上筒身，筒身與試樣周圍間隙大致相等，埋設(shè)中間測壓管，間距IOcm左右，然后在試樣周圍澆筑膨脹快凝水泥砂漿；(5)養(yǎng)護24h，待砂漿有一定強度后，小心的切斷土柱，將試樣削平。3.滲透系數(shù)測定:3.1將擾動樣或原裝樣安裝要求填放在筒身6內(nèi)，測量試樣的實際厚度；3.2對試樣進行排氣飽和:在自動加壓系統(tǒng)11內(nèi)儲存熱水或常溫自來水，所述熱水溫度為25-40攝氏度，所述常溫自來水應(yīng)當(dāng)是貯存至少一天并曝氣后的自來水，自來水的溫度優(yōu)選20攝氏度。將自動加壓系統(tǒng)11連通下過水口 4，并使自動加壓系統(tǒng)11的水位略高于試樣底面位置，再逐漸增大自動加壓系統(tǒng)11的水壓，讓水從試樣的底部向上滲入，與此同時，隨著水位上升，應(yīng)使相應(yīng)的測壓管12處于排氣狀態(tài)，以完全排除試樣中的空氣，使試樣緩慢飽和；3.3增大滲水壓力，使得上過水口 9開始有水流出，保持常水頭差，形成初始滲透坡降；3.4對于管涌土，加第一級水頭時，初始坡降為0.02 0.03 ;然后按0.05,0.1、
0.2,0.3,0.4,0.5,0.7、1.0、1.5,2.0的坡降遞增，在接近臨界坡降時，滲透坡降遞增值應(yīng)酌
量減??；對于非管涌土，初始滲透坡降比管涌土適當(dāng)提高，滲透坡降遞增值應(yīng)適當(dāng)放大；3.5每次升高水頭30min至Ih后，測記筒身側(cè)壁上5個等距的筒壁測壓排氣孔7的水位Λ氏、ΛΗ2、ΛΗ3、ΛΗ4、Λ H5，計算兩相鄰?fù)脖跍y壓排氣孔7水位差的平均值，作為計算使用的水頭差Λ H，并用量筒測量上過水口 9單位時間At的滲水量Q，每次測量間隔的單位時間Λ t為10 20min ;連續(xù)4次測得的水位及滲水量基本穩(wěn)定，即可提升至下一級水頭；3.6對于每級滲透坡降，均按照步驟3.5的做法重復(fù)進行，直至試樣破壞，水頭不能再繼續(xù)增加時，即可結(jié)束試驗；如需觀察粗粒土的滲透變形形式以及變形情況，可以開啟上蓋觀察滲透變形的情況以及從上出水口排出的水中是否有砂土顆粒進行判斷。4.計算:4.1 孔隙率:
權(quán)利要求1.一種超大粒徑粗粒土滲透系數(shù)測定裝置，包括測試筒、自動加壓系統(tǒng)(11)和測壓管(12)，所述測試筒由底座支架(I)、緩沖料容器(2)、筒身(6)和上蓋⑶組成，其中，所述緩沖料容器(2)支撐在所述底座支架(I)上部，緩沖料容器(2)設(shè)置有下排氣孔(3)和下過水口(4);所述緩沖料容器(2)上部與所述筒身(6)連接，所述筒身(6)上設(shè)置多個筒壁測壓排氣孔(7);所述筒身(6)上部與所述上蓋(8)連接，所述上蓋(8)上設(shè)有上過水口(9)和上排氣孔(10);所述自動加壓系統(tǒng)(11)與所述下過水口(4)連通，所述測壓管與所述筒壁測壓排氣孔(7)連通。
專利摘要本實用新型涉及一種水利工程材料的參數(shù)測定裝置，特別涉及一種用于對超大粒徑粗粒土料(粒徑60mm≤d85≤100mm)進行滲透特性測定的裝置，其IPC國際專利分類號為E02D1/04和E02D33/00。本實用新型的測定裝置，包括測試筒、自動加壓系統(tǒng)和測壓管，測試筒筒壁設(shè)有多個測壓孔，在進行土體排氣飽和時，筒壁測壓孔可作為排氣孔，可與筒頂和筒底的排氣孔共同加速排氣，從而使試樣迅速達到飽和狀態(tài)?？捎糜陂_展超大粒徑粗粒土料滲透特性試驗，本儀器適用粒徑范圍為60mm≤d85≤100mm，可以測試粗粒土的粒徑范圍更大。該儀器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，而且采用循環(huán)用水，大大節(jié)約了試驗用水，從而節(jié)能減排。
文檔編號G01N15/08GK203069486SQ20132009538
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者沈細中, 張俊霞, 蘭雁, 張敏 申請人:黃河水利委員會黃河水利科學(xué)研究院