一种土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪制造技术

本发明专利技术公开了一种土体水‑气湿陷固结渗透联合测定仪，包括湿陷固结渗透仪、渗水系数测定系统和渗气系数测定系统，其中湿陷固结渗透仪包括底座和环刀，环刀内填充有土试样，土试样顶端设置有加压控制系统，加压控制系统上安装有用于测量加压系统中活塞位移的百分表和测量气压的压力表；渗水系数测定系统和渗气系数测定系统分别通过管接口与湿陷固结渗透仪连接。该仪器采用模块化设计，既可以进行标准高度土样试验，也可以根据需要制备不同高度的土样进行试验，同时具有测定渗透系数、渗气系数、固结系数、黄土湿陷系数以及黄土湿陷后的渗透系数、渗气系数的测定。该仪器具有灵活性好，试验周期短，压力控制稳定可靠，省时省力，性价比高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，尤其是涉及一种土体湿陷试验、固结试验、渗水系数测定、渗气系数测定以及湿陷后土体渗透系数测定、渗气系数测定的仪器。
技术介绍
水(大气降水、灌溉水、工业用水、生活废水等)对岩土体灾害(崩塌、滑坡、泥流、地面沉降等)的不利影响已经得到广泛认同。在湿陷性黄土地区许多的地质灾害都与水在黄土中的渗流密切相关。然而，在天然环境中，土体中的渗流不但有液相的渗透，也有气相的渗透，土体中液相和气相的渗透规律及其渗透系数的测定方法一直都是非饱和土力学研究的重要内容。同时，水、气在地层中的渗水系数、渗气系数也是综合反映土体渗透能力的重要指标，其测试结果的准确性对地基工程及斜坡稳定性计算有着非常重要的意义。目前，对于粘性土的渗透试验多采用南京土壤仪器厂生产的TST-55型渗透仪进行。然而，针对粘性土渗透性较低，试样饱和需要的时间长且饱和不理想这一问题，王桂尧等人(CN201561921U)研制出变水头压力渗透仪。针对用环刀切取试样时，由于环刀下压的力度不均匀，使环刀内壁与试样之间出现不同程度的空隙，致使发生侧壁渗漏/水流短路现象，嵇其伟等人(CN204718934U)研制出采用对开套筒装样，用凡士林涂抹内壁的一种新型粘性土渗透仪。然而，水头管的水头测量以及相应计时都为人工读数和秒表计时，误差较大，精度低，很难满足测试要求。对于土体渗气系数测量多采用液体流量来换算气体流量，如丁朴荣(CN85204904U)采用水的流量来换算气体流量，研制出能够测量渗气系数范围在100～10-6cm/s的沥青混凝土集粒材料渗气系数的渗透仪。针对采用液体流量来换算气体流量的方法测量精度差、操作复杂且费时等缺陷，方祥位等人(CN2032168621U)对土工三轴试验仪进行改装，采用高于大气压10～20kpa围压来防止气体从乳胶膜与试样之间渗出，通过双量程流量计能够精确的测量排出气体体积，计算得到低渗气性土壤的渗气系数。但是围压是否会影响土体结构的完整性或对土体结构产生扰动却是一个值得考虑的问题。黄土湿陷试验是黄土湿陷性研究的重要试验，湿陷变形量的准确测定是湿陷性黄土地区建(构)筑物基础设计的主要依据之一。而对于湿陷性黄土地区采用预先浸水方式处理的建筑物地基，测定建筑物运营期黄土地层的二次乃至多次湿陷(亦即“渗透--湿陷--渗透--”)变形指标也是非常重要的。然而，目前的室内二次湿陷试验均需要待现场预浸水稳定后进行取样，再测定其二次湿陷变形指标，其费时、费力且成本高昂。目前，黄土湿陷试验、固结试验，大都采用普通单杠杆固结仪进行，不仅费时、费力，成本高，而且不能在避免二次人为扰动的条件下进行“渗透--湿陷--渗透”试验以及渗气系数的测定。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种水-气湿陷固结渗透联合测定仪。该仪器采用模块化设计，既可以进行标准高度土样试样，也可以根据需要制备不同高度的土试样进行试验，同时具有测定渗透系数、渗气系数、固结系数、黄土湿陷系数以及黄土湿陷后的渗透系数、渗气系数的测定。该仪器具有灵活性好，试验周期短，压力控制稳定可靠，省时省力，性价比高等特点。为了实现上述特点，本专利技术采用以下技术方案：一种水-气湿陷固结渗透联合测定仪，包括湿陷固结渗透仪，所述的固结渗透仪包括底座和环刀，所述的底座上设置有阶梯式凹槽，所述的环刀安装在阶梯式凹槽内，环刀内填充有土试样，其特征在于，所述的环刀外套装有圆筒形渗透模，所述的渗透模侧壁上设置有与环刀内部相通的第二管接口；土试样顶端设置有加压控制系统，加压控制系统包括设置在土试样上方的活塞，所述的加压控制系统上安装有用于测量活塞位移的百分表和压力表；所述的底座侧壁上对称设置有与凹槽底部相通的第三管接口和第四管接口；所述的测定仪还包括渗水系数测定系统和渗气系数测定系统，所述的渗水系数测定系统分别通过第二管接口和第三管接口与湿陷固结渗透仪连接，所述的渗气系数测定系统通过第四管接口与湿陷固结渗透仪连接。进一步地，所述的环刀和渗透模之间设置有圆筒形试样套座，所述的试样套座内径与环刀外径相匹配；所述的土试样的底端和顶端分别设置有下透水石和上透水石，其中上透水石位于土试样与活塞之间，下透水石位于凹槽与土试样之间。进一步地，所述的加压控制系统包括气缸，所述的底座上设置有立柱，气缸通过法兰可拆卸安装在环刀的顶部，且气缸内径与环刀内径相同；所述的活塞装配在气缸内，活塞与一个穿透气缸顶部的活塞杆连接，在活塞杆内部设置有通气道，活塞杆的外壁上设置有与通气道连通的第一通道，第一通道上装配有第一孔塞；所述的百分表的测量端与活塞杆顶部接触；气缸顶部设置与气缸内部连通的第二通道，第二通道上装配有第二孔塞，气缸侧壁上对称设置有第一管接口和第三通道，第三通道上装配有第三孔塞；所述的加压控制系统还包括减压阀，减压阀的一端通过第一截止阀与气源连接，加压阀的另一端通过一个三通管接口分别连接所述的压力表、第一管接口；在第一管接口与三通管接口之间设置有第二截止阀。进一步地，所述的渗水系数测定系统包括阀组I和分别与阀组I连接的测液压系统、真空系统、充水系统；所述的测液压系统包括控制仪、圆柱形测压管，所述的测压管内设置有浮子，所述的测压管外套装有光电传感器组；所述的光电传感器组包括固定套，固定套上沿轴向分布有多个用于检测浮子位置的光电传感器，所述的光电传感器均与控制仪连接，在控制仪上还设置有显示屏；所述的真空系统包括一个带有塞子的储备瓶，储备瓶内部通过管道穿过塞子与一个抽真空装置连接；所述的充水系统包括水箱，所述的水箱中设置有供水泵，水箱的侧壁上开设有一个管接口，水箱通过管接口连接有溢流器，所述的溢流器位置高于水箱；所述的测液压系统中的测压管与充水系统中的水箱连接。进一步地，所述的阀组I包括E阀、F阀、G阀、H阀、I阀和J阀，其中I阀两端分别与E阀和G阀的一端连接，E阀的另一端与测压控制系统中的测压管底部连接，G阀的另一端通过管道与真空系统中的储备瓶内部连通，J阀两端分别与H阀和F阀的一端连接，H阀的另一端与充水系统中的供水泵连接，F阀的另一端与充水系统的溢流器连接，I阀与E阀连接的一端还连接有第五管接口，J阀与F阀连接的一端还连接有第六管接口，所述的第五管接口与所述的第四管接口连接，所述的第六管接口与所述的第三管接口连接。进一步地，所述的渗气系数测定系统包括控制系统、阀组Ⅱ、测气压系统、真空泵和气室；其中阀组Ⅱ分别与真空泵、气室、测气压系统连接；所述的测气压系统包括汞柱测压管，所述的汞柱测压管为U形结构，汞柱测压管的一端开设有汞柱入口，汞柱测压管的外部套装有多个沿汞柱测压管轴向分布的红外光电组合模块，每个红外光电组合模块都与所述的控制系统连接，控制系统连接有蓄电池电源；所述的测气压系统还包括缓冲室，所述的缓冲室包括矩形的箱体，箱体内设置有一个U形口朝下的缓冲腔，缓冲腔一端与汞柱测压管的端部连接，缓冲腔的另一端位于在箱体中，在箱体侧壁上开设有通孔，通孔位于箱体外壁的一端装配有第四孔塞；汞柱测压管侧面设置有标尺，标尺位于缓冲室下，并且标尺与汞柱测压管平行。进一步地，所述的阀组Ⅱ由三个接口阀组成，分别为A阀、B阀、C阀；其中C阀的一端连接有第七管接口，C阀的另一端分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土体水‑气湿陷固结渗透联合测定仪，包括湿陷固结渗透仪(Ⅰ)，所述的湿陷固结渗透仪包括底座(8)和环刀(7)，所述的底座(8)上设置有阶梯式凹槽，所述的环刀(7)安装在凹槽内，环刀(7)内填充有土试样(10)，其特征在于，所述的环刀(7)外套装有圆筒形渗透模(6)，所述的渗透模(6)侧壁上设置有与环刀(7)内部相通的第二管接口(2‑2)；土试样(10)顶端设置有加压控制系统，加压控制系统包括设置在土试样(10)上方的活塞(12)，所述的加压控制系统上安装有压力表(17)有和用于测量活塞(12)位移的百分表(16)；所述的底座(8)侧壁上对称设置有与凹槽底部相通的第三管接口(2‑3)和第四管接口(2‑4)；所述的测定仪还包括渗水系数测定系统(Ⅱ)和渗气系数测定系统(Ⅲ)，所述的渗水系数测定系统(Ⅱ)分别通过第二管接口(2‑2)和第三管接口(2‑3)与湿陷固结渗透仪(Ⅰ)连接，所述的渗气系数测定系统(Ⅲ)通过第四管接口(2‑4)与湿陷固结渗透仪(Ⅰ)连接。

【技术特征摘要】
1.一种土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，包括湿陷固结渗透仪(Ⅰ)，所述的湿陷固结渗透仪包括底座(8)和环刀(7)，所述的底座(8)上设置有阶梯式凹槽，所述的环刀(7)安装在凹槽内，环刀(7)内填充有土试样(10)，其特征在于，所述的环刀(7)外套装有圆筒形渗透模(6)，所述的渗透模(6)侧壁上设置有与环刀(7)内部相通的第二管接口(2-2)；土试样(10)顶端设置有加压控制系统，加压控制系统包括设置在土试样(10)上方的活塞(12)，所述的加压控制系统上安装有压力表(17)有和用于测量活塞(12)位移的百分表(16)；所述的底座(8)侧壁上对称设置有与凹槽底部相通的第三管接口(2-3)和第四管接口(2-4)；所述的测定仪还包括渗水系数测定系统(Ⅱ)和渗气系数测定系统(Ⅲ)，所述的渗水系数测定系统(Ⅱ)分别通过第二管接口(2-2)和第三管接口(2-3)与湿陷固结渗透仪(Ⅰ)连接，所述的渗气系数测定系统(Ⅲ)通过第四管接口(2-4)与湿陷固结渗透仪(Ⅰ)连接。2.如权利要求1所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的环刀(7)和渗透模(6)之间设置有圆筒形试样套座(5)，所述的试样套座(5)内径与环刀(7)外径相匹配；所述的土试样(10)的底端和顶端分别设置有下透水石(9)和上透水石(11)，其中上透水石位于土试样(10)与活塞(12)之间，下透水石(9)位于凹槽与土试样(10)之间。3.如权利要求1所述的所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定 仪，其特征在于，所述的加压控制系统包括气缸(13)，所述的底座上设置有立柱，气缸通过法兰(3)可拆卸安装在环刀(7)的顶部，且气缸(13)内径与环刀(7)内径相同；所述的活塞装配在气缸(13)内，活塞(12)与一个穿透气缸(13)顶部的活塞杆连接，在活塞杆内部设置有通气道，活塞杆的外壁上设置有与通气道连通的第一通道，第一通道上装配有第一孔塞(1-1)；所述的百分表(16)的测量端与活塞杆顶部接触；气缸(13)顶部设置与气缸(13)内部连通的第二通道，第二通道上装配有第二孔塞(1-2)，气缸(13)侧壁上对称设置有第一管接口(2-1)和第三通道，第三通道上装配有第三孔塞(1-3)；所述的加压控制系统还包括减压阀(19)，减压阀(19)的一端通过第一截止阀(20-1)与气源(21)连接，减压阀(19)的另一端通过一个三通管接口(18)分别连接所述的压力表(17)、第一管接口(2-1)；在第一管接口(2-1)与三通管接口(18)之间设置有第二截止阀(20-2)。4.如权利要求1所述的所述的土体水-气湿陷固结渗透联合测定仪，其特征在于，所述的渗水系数测定系统(Ⅱ)包括阀组I(33)和分别与阀组I(33)连接的测液压系统、真空系统、充水系统；所述的测液压系统包括控制仪(32)、圆柱形测压管(29)，所述的测压管(29)内设置有浮子(28)，所述的测压管(29)外套装有光电传感器组(30)；所述的光电传感器组(30)包括固定套(27)，固定套(27)上沿轴向分布有多个用于检测浮子(28)位置的光电传 感器，所述的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟振江，李喜安，洪勃，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61