專利名稱：土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程材料試驗(yàn)儀器領(lǐng)域，尤其涉及土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置及 其方法。
背景技術(shù)：
在巖土工程中，滲透性是土體的一個基本特性，一般用滲透系數(shù)表示。由于軟土在 沉積過程中的各向異性，導(dǎo)致土體在不同的方向具有不同的滲透系數(shù)。當(dāng)應(yīng)用數(shù)值方法預(yù) 測土工織物加固地基的沉降以及預(yù)測堤壩、路基等長期變形時(shí)，土體滲透系數(shù)的大小決定 著達(dá)到最終沉降的時(shí)間，而在土工織物加固的地基中，沉降完成的時(shí)間取決于水平滲透系 數(shù)的大小。因此，水平滲透系數(shù)測定的準(zhǔn)確性直接影響預(yù)測地基沉降和工后長期變形的準(zhǔn) 確性。
現(xiàn)行針對透水性小的粘性土的室內(nèi)測定土體的滲透系數(shù)的技術(shù)通常為固結(jié)滲透 試驗(yàn)，該方法基于一維固結(jié)試驗(yàn)，通過測定恒定壓力下的試樣的變形和時(shí)間的關(guān)系，并根據(jù) 固結(jié)理論推求滲透系數(shù)。
公開號為2630839的中國專利，其實(shí)用新型名稱為“粗顆粒土滲透系數(shù)及土體滲 透變形測試儀”，公開了試樣筒上端的頂箍、下端的底箍分別與上、下頂蓋連接，上、下頂蓋 上設(shè)置三通、彈簧頂桿，固定多孔板，試樣筒下可設(shè)置垂直支架或水平支架。該實(shí)用新型結(jié) 構(gòu)簡單，操作方便，可測多項(xiàng)參數(shù)，但此實(shí)用新型的裝置無法測定滲透系數(shù)很小粘性土的水 平滲透系數(shù)。
公開號為1737530的中國專利，其發(fā)明名稱為“一種測試滲透系數(shù)及抗?jié)B比降的 方法”，公開了一種測試滲透系數(shù)及抗?jié)B比降的方法，包含以下步驟A.使用由透水石制成 的固定裝置將巖土體固定在一可施加滲透水壓力的底座上在試樣底部加滲透水壓Ps ； C.施加滲透水壓力后，滲透水經(jīng)過試樣，由固定裝置上方的排水口流出，排水口接量水設(shè) 備；D.測量滲透水壓力、時(shí)間及滲流量，計(jì)算滲透系數(shù)和抗?jié)B比降。采用本發(fā)明的方法測定 的巖土體滲透系數(shù)具有很高的可靠度和精度。但是本實(shí)發(fā)明測試設(shè)備復(fù)雜，所需試驗(yàn)成本 大，而且測量粘性土的滲透系數(shù)時(shí)所需壓力大、時(shí)間長，無法做到變形和滲透系數(shù)同步進(jìn)行 測量。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置及其方法， 以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能簡易地測量土體水平向滲透系數(shù)的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種土體水平向滲透系數(shù)的 測定裝置，其包括固結(jié)盒，所述固結(jié)盒內(nèi)放置中間填充有吸水單元的土樣，所述吸水單元 貫穿所述土樣，所述固結(jié)盒底部開有孔洞，所述孔洞的一端對準(zhǔn)所述吸水單元的一側(cè)，所述 孔洞的另一端通向所述固結(jié)盒的外部；隔離板，所述隔離板覆蓋所述土樣的一側(cè)，并在對應(yīng) 所述吸水單元的區(qū)域開有孔；活塞，所述活塞覆蓋所述土樣的另一側(cè)以及所述吸水單元的另一側(cè)。
進(jìn)一步的，所述土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置還包括土樣開孔器。
進(jìn)一步的，所述土樣開孔器為帶刃腳的圓形薄壁取土器。
進(jìn)一步的，所述吸水單元為土工織物。
進(jìn)一步的，所述土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置還包括標(biāo)有刻度的玻璃管，所述 玻璃管與所述孔洞的另一端連接。
進(jìn)一步的，所述土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置還包括有機(jī)玻璃板，所述有機(jī)玻 璃板的一側(cè)覆蓋所述土樣的另一側(cè)，所述活塞與所述有機(jī)玻璃板的另一側(cè)接觸。
進(jìn)一步的，所述活塞遠(yuǎn)離土樣的一側(cè)表面中心具有突出元件。
進(jìn)一步的，所述活塞的中心開有螺紋孔，所述突出元件與所述螺紋孔匹配，并固定 在所述螺紋孔處。
本發(fā)明還提供了一種土體水平向滲透系數(shù)的測定方法，采用上述土體水平向滲透 系數(shù)的測定裝置，該測定方法包括將隔離板放入固結(jié)盒；切取土樣，并將所述土樣放入所 述固結(jié)盒內(nèi)，所述土樣的截面與所述固結(jié)盒的截面相同，所述土樣的中間填充吸水單元，所 述吸水單元貫穿所述土樣，并處于飽和狀態(tài)，所述隔離板覆蓋所述土樣的一側(cè)；將活塞放入 所述固結(jié)盒，所述活塞覆蓋并壓緊所述土樣的另一側(cè)以及吸水單元的另一側(cè)；將所述固結(jié) 盒放置在加載系統(tǒng)下對土樣進(jìn)行加載，記錄每一級荷載下的固結(jié)變形量和時(shí)間；根據(jù)固結(jié) 變形量以及時(shí)間算出土體水平向滲透系數(shù)。
進(jìn)一步地，使用土樣開孔器對土樣開圓孔，所述圓孔貫穿所述土樣，往所述圓孔內(nèi) 填充土工織物，所述土工織物通過浸水后達(dá)到飽和。
本發(fā)明提供的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，分別通過隔離板以及活塞封閉土 體的豎向排水路徑，以測定土體在水平排水情況下的固結(jié)變形，進(jìn)而推算得到土樣的水平 滲透系數(shù)。該測定裝置易于維護(hù)和安裝，有很強(qiáng)的實(shí)用性，可以利用常規(guī)室內(nèi)固結(jié)儀完成水 平滲透系數(shù)的測定，有效地利用現(xiàn)有資源。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的土樣開孔器的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的土體水平向滲透系數(shù)的測定方法的步驟流程示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的一種土體水平向滲透系數(shù)的測定裝 置及其方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清 楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地 輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
本發(fā)明的核心思想在于，本發(fā)明提出的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，分別通 過隔離板以及活塞封閉土體的豎向排水路徑，以測定土體在水平排水情況下的固結(jié)變形， 進(jìn)而推算得到土樣的水平滲透系數(shù)。該測定裝置易于維護(hù)和安裝，有很強(qiáng)的實(shí)用性，可以利 用常規(guī)室內(nèi)固結(jié)儀完成水平滲透系數(shù)的測定，有效地利用現(xiàn)有資源。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 參照圖1，提供一種土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其包括固結(jié)盒11，所述固結(jié)盒11內(nèi) 放置中間填充有吸水單元12的土樣13，所述吸水單元12貫穿所述土樣13，所述固結(jié)盒11 底部開有孔洞，所述孔洞的一端對準(zhǔn)所述吸水單元12的一側(cè)，所述孔洞的另一端通向所述 固結(jié)盒的外部；隔離板14，所述隔離板14覆蓋所述土樣13的一側(cè)，并在對應(yīng)所述吸水單元 12的區(qū)域開有孔；活塞15，所述活塞15覆蓋所述土樣13的另一側(cè)以及所述吸水單元12的 另一側(cè)。
在本發(fā)明實(shí)施例中，所述土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置還包括標(biāo)有刻度的玻璃 管16，所述玻璃管16與所述孔洞的另一端連接，以通過玻璃管16內(nèi)的水位觀察被擠壓出的水量。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的土樣開孔器的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖2，所述土體水平向 滲透系數(shù)的測定裝置還包括土樣開孔器，在本實(shí)施例中，所述土樣開孔器為帶刃腳的圓形 薄壁取土器，對土樣進(jìn)行開圓柱形孔洞，并且使圓柱形孔洞貫穿土樣13。在圓柱形孔洞內(nèi)填 充吸水單元12，在本實(shí)施例中，吸水單元12為土工織物。
所述活塞15遠(yuǎn)離土樣13的一側(cè)表面中心具有突出元件17，所述活塞15的中心開 有螺紋孔18，所述突出元件17與所述螺紋孔18匹配，并固定在所述螺紋孔18處。在本實(shí) 施例中，所述突出元件17是螺桿，在完成水平滲透系數(shù)的測定后，通過活塞15上的螺桿將 活塞15拔出，之后將土樣13取出，清理儀器。由于活塞15為金屬質(zhì)地，在清理其上粘有的 土樣13時(shí)不如有機(jī)玻璃簡便，因此，所述土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置還包括有機(jī)玻璃 板19,所述有機(jī)玻璃板19的一側(cè)覆蓋所述土樣13的另一側(cè),所述活塞15與所述有機(jī)玻璃 板19的另一側(cè)接觸。在完成土體水平向滲透系數(shù)的測定后，只要對與土樣13接觸的有機(jī) 玻璃板19進(jìn)行清理，而無需清理活塞15，便于再次使用。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的土體水平向滲透系數(shù)的測定方法的步驟流程示意圖。 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的土體水平向滲透系數(shù)的測定方法，包括以下步驟
S21、將隔離板放入固結(jié)盒；
S22、切取土樣，并將所述土樣放入所述固結(jié)盒內(nèi)，所述土樣的截面與所述固結(jié)盒 的截面相同，所述土樣的中間填充吸水單元，所述吸水單元貫穿所述土樣，并處于飽和狀 態(tài)，所述隔離板覆蓋所述土樣的一側(cè)；
S23、將活塞放入所述固結(jié)盒，所述活塞覆蓋并壓緊所述土樣的另一側(cè)以及吸水單 元的另一側(cè)；
S24、將所述固結(jié)盒放置在加載系統(tǒng)下對土樣進(jìn)行加載，記錄每一級荷載下的固結(jié) 變形量和時(shí)間；
S25、根據(jù)固結(jié)變形量以及時(shí)間算出土體水平向滲透系數(shù)。
使用土樣開孔器對土樣13開圓孔，所述圓孔貫穿所述土樣13，往所述圓孔內(nèi)填充 土工織物，所述土工織物通過浸水后達(dá)到飽和。具體地，將剪好的土工織物浸水飽和后一層 層的放入圓孔內(nèi)。用隔離板14封閉土樣13的底面排水路徑，在土樣13上放置活塞15封 閉土樣的上排水路徑，在本實(shí)施例中活塞15為圓柱形板。之后按照常規(guī)的固結(jié)試驗(yàn)的加載 步驟給土樣13施加固結(jié)壓力，讓土樣13在壓力作用下沿水平方向進(jìn)行排水固結(jié)，測量時(shí)間 和固結(jié)變形的關(guān)系，以進(jìn)一步求解土樣的水平滲透系數(shù)。
按照室內(nèi)一維固結(jié)試驗(yàn)的程序?qū)⒐探Y(jié)盒放置在加載系統(tǒng)下，按照加載順序給土樣加載，記錄每一級荷載下的固結(jié)變形和時(shí)間，每級荷載持續(xù)時(shí)間為24小時(shí)，在本實(shí)施例中， 按照 6s、10s、15s、30s、60s、2min、4min、8min、15min、30min、lh、2h、4h、8h、12h、16h、20h、24h 的時(shí)間順序記錄固結(jié)變形Λ h，得到每一級荷載下的時(shí)間平方根W和固結(jié)變形Ah。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其特征在于，包括 固結(jié)盒，所述固結(jié)盒內(nèi)放置中間填充有吸水単元的土樣，所述吸水單元貫穿所述土樣，所述固結(jié)盒底部開有孔洞，所述孔洞的一端對準(zhǔn)所述吸水単元的ー側(cè)，所述孔洞的另一端通向所述固結(jié)盒的外部； 隔離板，所述隔離板覆蓋所述土樣的ー側(cè)，并在對應(yīng)所述吸水単元的區(qū)域開有孔； 活塞，所述活塞覆蓋所述土樣的另ー側(cè)以及所述吸水単元的另ー側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其特征在于，還包括土樣開孔器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其特征在干，所述土樣開孔器為帶刃腳的圓形薄壁取土器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其特征在于，所述吸水單元為土工織物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其特征在于，還包括標(biāo)有刻度的玻璃管，所述玻璃管與所述孔洞的另一端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其特征在于，還包括有機(jī)玻璃板，所述有機(jī)玻璃板的一側(cè)覆蓋所述土樣的另ー側(cè)，所述活塞與所述有機(jī)玻璃板的另一側(cè)接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其特征在于，所述活塞遠(yuǎn)離土樣的ー側(cè)表面中心具有突出元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其特征在于，所述活塞的中心開有螺紋孔，所述突出元件與所述螺紋孔匹配，并固定在所述螺紋孔處。
9.一種土體水平向滲透系數(shù)的測定方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求廣8中任意一項(xiàng)所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，包括 將所述隔離板放入所述固結(jié)盒； 切取土樣，并將所述土樣放入所述固結(jié)盒內(nèi)，所述土樣的截面與所述固結(jié)盒的截面相同，所述土樣的中間填充吸水単元，所述吸水單元貫穿所述土樣，并處于飽和狀態(tài)，所述隔離板覆蓋所述土樣的ー側(cè)； 將活塞放入所述固結(jié)盒，所述活塞覆蓋并壓緊所述土樣的另一側(cè)以及吸水単元的另ー側(cè)； 將所述固結(jié)盒放置在加載系統(tǒng)下對土樣進(jìn)行加載，記錄每ー級荷載下的固結(jié)變形量和時(shí)間； 根據(jù)固結(jié)變形量以及時(shí)間算出土體水平向滲透系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的土體水平向滲透系數(shù)的測定方法，其特征在于，使用土樣開孔器對土樣開圓孔，所述圓孔貫穿所述土樣，往所述圓孔內(nèi)填充土工織物，所述土工織物通過浸水后達(dá)到飽和。
全文摘要
本發(fā)明提供土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，其包括固結(jié)盒，其放置中間填充有吸水單元的土樣，吸水單元貫穿土樣，固結(jié)盒底部開有孔洞，孔洞的一端對準(zhǔn)吸水單元的一側(cè)，孔洞的另一端通向固結(jié)盒的外部；隔離板，其覆蓋土樣的一側(cè)，并在對應(yīng)吸水單元的區(qū)域開有孔；活塞，其覆蓋土樣的另一側(cè)以及吸水單元的另一側(cè)。本發(fā)明還提供土體水平向滲透系數(shù)的測定方法。本發(fā)明提供的土體水平向滲透系數(shù)的測定裝置，分別通過隔離板以及活塞封閉土體的豎向排水路徑，以測定土體在水平排水情況下的固結(jié)變形，進(jìn)而推算得到土樣的水平滲透系數(shù)。該測定裝置易于維護(hù)和安裝，有很強(qiáng)的實(shí)用性，可以利用常規(guī)室內(nèi)固結(jié)儀完成水平滲透系數(shù)的測定，有效地利用現(xiàn)有資源。
文檔編號G01N15/08GK103033460SQ201210576870
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者尹振宇, 金銀富, 夏云龍, 李艷玲, 朱啟銀 申請人:上海交通大學(xué)