层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统及测试方法，包括上游供水装置、渗透装置、下游量水装置和数据采集系统；上游供水装置将储存的试验用水注入到渗透装置，经过渗透装置的渗透水将被收集到下游量水装置，渗透装置和下游量水装置通过设置的信息采集装置将采集的渗水信息输入到数据采集系统进行信息处理。直接在该系统的试样室中制备试样、饱和试样、实时测量过水断面处的水头和通过试样的水量，避免了对试样的扰动。试样的形状为长方体形，垂直于渗透方向的试样断面为正方形，平行于渗透方向的试样断面为长方形，且沿渗透方向边长大于垂直渗透方向边长的2倍，该试样适于测试层状粗粒土体的各向异性渗透系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土工试验
，特别涉及一种测量层状粗粒土体各向异性渗透系数的测试系统及测试方法。
技术介绍
土体渗透系数是反映土体透水性能的定量指标，是工程中评价土体的透水能力、 抗渗透变形能力、抗渗透破坏能力等的一个极其重要的指标。在土体工程中，常见的施工方法是土料逐层虚铺后压实，形成的土工结构具有显著的层状特性。由于施工方法引起土工结构具有了层状特性，导致其渗透特性也呈现显著的各向异性特性，即平行于层面的渗透系数明显不同于垂直于层面的渗透系数。研究层状土体的各向异性渗透系数的测定问题具有重要的现实意义。测试土体渗透系数的方法主要有现场原位试验和室内试验两种，其中室内试验分为常水头试验和变水头试验，均基于达西定律计算渗透系数。常水头试验适用于测试渗透性较强土体的渗透系数。我国现行土工试验规程中的常水头试验只能测试均质土样或层状土样垂直于层面的渗透系数，无法测试平行于层面的渗透系数。目前，室内测定土体渗透系数的仪器已有多种，按照试样周围的约束条件分为硬壁式渗透仪和柔壁式渗透仪；按照施加水头的情况分为常水头试验和变水头试验。常用的硬壁式渗透仪主要有70型渗透仪、南55型渗透仪等。70型渗透仪适用于测定砂性土的渗透系数，南55型渗透仪适用于测定粘性土的渗透系数。柔壁式渗透仪多以三轴试验仪改进而成，将土样套入橡胶模以施加侧向围压，进行渗透试验。现有的渗透仪普遍存在试样尺寸较小、提供的渗透压力小、测试周期长、密封止水效果差、无法测量平行于层面的渗透系数、 仪器操作复杂等缺陷。不少学者针对特定问题，对常规渗透仪进行了改进或研制了新的仪器，但或仍无法测试平行于层面的渗透系数；或即使能够测试平行于层面的渗透系数，仍存在操作复杂、测试时间长、试样不易饱和，无法在同一仪器中测试两个方向的渗透系数等缺陷。对于常规渗透仪以及已有改进仪器不能满足准确测定层状粗粒土体各向异性渗透系数的问题，需要研制一种渗透试验系统以测试层状粗粒土体的各向异性渗透系数的测试方法。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题是如何测试层状粗粒土体的各向异性渗透系数。本专利技术的目的之一是提出一种层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统；本专利技术的目的之二是提出一种层状粗粒土体各向异性渗透系数测试方法。本专利技术的目的之一是通过以下技术方案来实现的本专利技术提供的层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统，包括上游供水装置、渗透装置、下游量水装置和数据采集系统；所述上游供水装置将储存的试验用水注入到渗透装置， 经过渗透装置的渗透水将被收集到下游量水装置，所述渗透装置和下游量水装置通过设置的信息采集装置将采集的渗水信息输入到数据采集系统进行信息处理。进一步，所述上游供水装置包括用于储存试验用水的水汽交换器和用于给水汽交换器提供难溶于水的高压气体的高压气体源；所述高压气体源通过压力气体进气管将高压气体通入水汽交换器中，所述水汽交换器通过压力水进水管将试验用水压入渗透装置中。进一步，所述渗透装置包括进水室、试样室和出水室；所述进水室和试样室之间设置有透水板；所述试样室和出水室之间设置有透水板；所述进水室安装有用于测量进水室水头的水压力传感器；所述出水室安装有用于测量出水室水头的水压力传感器；所述试样室等间距安装有多个用于测量固定过水断面水头的孔隙水压力传感器；所述进水室通过压力水进水管与上游供水装置连接；所述出水室通过出水管与下游量水装置连接。进一步，所述试样室的形状为长方体形，其尺寸为aXaXb，且b为a的2—4倍； 所述试样室的一个aXb长方形侧面和一个aXa正方形侧面为能打开的侧面；所述进水室和出水室的尺寸为aXaXc，其中，c为进水室和出水室的厚度，c为a的O. 1—0. 5倍。进一步，所述下游量水装置包括储水容器及设置于储水容器上的称重传感器、流量传感器和计时传感器；所述储水容器，用于容纳通过试样的渗透水，为了防止液面蒸发损失水量，该容器为半密封结构；所述称重传感器，用于测量储水容器内水的质量变化；所述流量传感器，用于测量进入储水容器内水的流量；所述计时传感器，用于记录储水容器水量变化过程的历时；所述数据采集系统用于自动采集、储存和分析采集到渗透装置和下游量水装置的试验数据。本专利技术的目的之二是通过以下技术方案来实现的本专利技术提供的层状粗粒土体各向异性渗透系数来进行各向异性渗透系数测试方法，包括以下步骤SI:准备试验土料，并把土料平均分成至少2份；S2:根据制备试样的层面与过水断面平行或垂直的要求选择打开前述层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统试样室的相应侧面；S3:把其中一份试验土料装入层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统的试样室，并压实到要求的密实度；S4:重复步骤S3，直至层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统试样室完全充满试样；55:密闭步骤S2中打开的层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统试样室的侧面；56:饱和试样；57:直接对经过饱和的试样进行渗透系数测试；58:结束试验。进一步，所述试样的形状为长方体形，其尺寸为aXaXb，垂直于渗透方向的试样断面为正方形，其边长为a,且a为试样粒径d85的5 —10倍；b为试样长度,且b为a的2— 4倍。进一步，所述试样制备采用分层压实的方法进行制备，制备后的试样直接用于测试其渗透系数；所述试样制备具体步骤如下所述试样制备包括平行于层面渗透试样的制备和垂直于层面渗透试样的制备；所述试样制备平行于层面渗透系数试样的制备，采用在渗透装置内分层虚铺试验土料并逐层压实制样，所述制备试样的层面与试样的长边平行、与试样横截断面垂直，使得层面与试验中渗透方向一致；所述垂直于层面渗透试样的制备；采用在渗透装置内分层虚铺试验土料并逐层压实制样，所述制备试样的层面与试样的长边垂直、与试样横截断面平行，使得层面与试验中渗透方向垂直；所述试样层面间距、土料类型根据试验目的确定。进一步，所述渗透系数测试具体包括以下步骤551:确定试样内的两个过水断面，并测量两个过水断面间的距离和过水断面的面积；552:测试过水断面处的水头，所述过水断面处的水头通过安装在过水断面处的孔隙水压力传感器或孔隙水压力测压管实时精确测定；S53:测试通过过水断面的水量，所述通过过水断面的水量采用安装在试样出水口的流量传感器直接测定或称重传感器间接测定；S54 :试验历时测量，所述试验历时通过计时器或计时传感器测定。进一步，所述渗透系数测试包括平行于层面的渗透系数测试和垂直于层面的渗透系数测试；所述平行于层面的渗透系数测试，用于对平行于层面渗透试样的渗透系数测试；所述垂直于层面的渗透系数测试，用于对垂直于层面渗透试样的渗透系数测试。本专利技术的优点在于本专利技术提供的测量层状粗粒土体各向异性渗透系数的测试系统采用上游供水装置、渗透装置、下游量水装置和数据采集系统；使得渗透试验测试的试样能够在本装置的试样室中进行制备试样、饱和试样、实时测量过水断面处的水头和通过试样的水量，以便依据达西定律计算渗透系数。本专利技术采用分层压实的方法制备试样，并将制备后的试样直接用于测试其渗透系数，这样避免了对试样的扰动。采用形状为长方体形的试样，垂直于渗透方向的试样断面为正方形，平行于渗透方向的断面为长方形，且沿渗透方向边长大于垂直渗透方向边长的2倍，该试样适合于测试层状粗粒土体的各向异性渗透系本文档来自技高网...

【技术保护点】
层状粗粒土体各向异性渗透系数测试系统，其特征在于：包括上游供水装置、渗透装置、下游量水装置和数据采集系统；所述上游供水装置将储存的试验用水注入到渗透装置，并将经过渗透装置的渗透水收集到下游量水装置，所述渗透装置和下游量水装置通过设置的信息采集装置将采集的渗水信息输入到数据采集系统进行信息处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊杰，邱珍锋，马伟，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：