法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法及試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法和試驗裝置，試驗裝置包括充滿水的試驗容器，用帶有透水孔的上盤和下盤分別壓緊在測試材料的上、下表面，上盤和下盤均勻分布透水孔、其邊緣密封，上盤和下盤上每個透水孔的位置沿垂直方向相對應(yīng)，上盤的上部與帶有穩(wěn)定壓力的水源連通，下盤的下部與具有測量排水量功能的排水裝置連通，上盤與法向壓力施加系統(tǒng)連接，法向壓力施加系統(tǒng)根據(jù)試驗參數(shù)向上盤施加法向壓力。本發(fā)明試驗方法思路新穎，試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作流程簡單易行，較為真實地模擬擋墻、隧道襯砌等工程背后土體及反濾材料實際工作狀態(tài)的滲透特性，試驗原理符合工程實際，具有良好的經(jīng)濟技術(shù)效益。
【專利說明】法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法及試驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土工試驗領(lǐng)域，具體地指一種法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法及試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為保證工程的穩(wěn)定性與耐久性，支擋防護結(jié)構(gòu)中需同時設(shè)置相應(yīng)的滲排水措施，以避免地下水對工程的不利作用和影響。因此合理評價巖土體以及與其相關(guān)的支擋防護結(jié)構(gòu)中排水材料的滲透特性，是進行巖土工程設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。目前，對于巖土材料和土工材料的滲透特性評價一般采用滲透系數(shù)或通水量進行評價，均有較為成熟的試驗規(guī)范可供參考，如《鐵路工程土工試驗規(guī)程(ΤΒ10102-2010)》、《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)(JT/T521-2004)》、《水運工程塑料排水板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程(JTS206-1-2009)》等，前者列出了土體在不考慮應(yīng)力狀態(tài)條件下的滲透特性評價指標(biāo)，后兩者列出了土工材料的縱向通水量試驗的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)用于測試土工材料的側(cè)向壓力下的滲透系數(shù)，但是對于法向壓力下土工材料的滲透系數(shù)目前尚無相應(yīng)的試驗設(shè)備和試驗標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]在法向壓力作用下，由于材料易被擠壓密實，導(dǎo)致材料的孔隙體積減小、滲流通道壓縮，滲透特性將大大降低。因此，對于支擋工程墻背巖土體及其反濾層材料、隧道襯砌背后的巖土體及其反濾層材料，其承受的壓力和滲流的方向是一致的。如果采用常規(guī)的滲透試驗方法測試其滲透系數(shù)，由于沒有考慮法向壓力作用的壓縮擠密效應(yīng)導(dǎo)致的滲透特性降低，結(jié)論較為不合理、且偏于不安全；如果采用縱向通水量試驗方法，可以測試材料在側(cè)向壓力條件下的滲透系數(shù)，但是由于材料的各向異性特性、以及側(cè)向壓力與法向壓力之間的差異，因此用于測試主要受法向壓力作用下土工材料的滲透系數(shù)并不合理、不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于確定巖土介質(zhì)或工程土工材料與應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)滲透特性的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法及試驗裝置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法，其特殊之處在于，包括如下步驟:
[0006]步驟1:將測試材料水平放置在充滿水的試驗容器中，用帶有透水孔的上盤和下盤分別壓緊在所述測試材料的上、下表面，并將所述上盤和下盤的邊緣與試驗容器的內(nèi)壁之間密封；
[0007]步驟2:向所述上盤上方試驗容器注水并向水中施加穩(wěn)定的進水壓力pi (kPa)；
[0008]步驟3:根據(jù)試驗參數(shù)在所述上盤表面朝測試材料表面施加穩(wěn)定的法向力F(kN)，
[0009]步驟4:調(diào)節(jié)所述下盤下方試驗容器的排水量，使排水量不大于進水量，以保證所述下盤下方的試驗容器內(nèi)充滿水，待排水壓力數(shù)據(jù)穩(wěn)定，在一定的測試時間t內(nèi)，記錄下盤下方流出的排水量Q (m3)和下盤下方試驗容器內(nèi)的排水壓力p2 (kPa)；
[0010]步驟5:改變法向力F (kN)，重復(fù)步驟2，獲取多次的測量數(shù)據(jù)排水量Q Cm3)和排水壓力P2 (kPa)；
[0011]步驟6:根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出所述測試材料的等效滲透系數(shù)K (m/s)，計算公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:將測試材料(3)水平放置在充滿水的試驗容器(I)中，用帶有透水孔(7)的上盤(5)和下盤(6)分別壓緊在所述測試材料(3)的上、下表面，并將所述上盤(5)和下盤(6)的邊緣與試驗容器(I)的內(nèi)壁之間密封； 步驟2:向所述上盤(5)上方試驗容器(I)注水并向水中施加穩(wěn)定的進水壓力pl(kPa); 步驟3:根據(jù)試驗參數(shù)在所述上盤(5)表面朝測試材料(3)表面施加穩(wěn)定的法向力F(kN)； 步驟4:調(diào)節(jié)所述下盤(6)下方試驗容器(I)的排水量，使排水量不大于進水量，以保證所述下盤(6)下方的試驗容器(I)內(nèi)充滿水，待排水壓力數(shù)據(jù)穩(wěn)定，在一定的測試時間t內(nèi)，記錄下盤(6)下方流出的排水量Q (m3)和下盤(6)下方試驗容器(I)內(nèi)的排水壓力p2(kPa)； 步驟5:改變法向力F (kN)，重復(fù)步驟2，獲取多次的測量數(shù)據(jù)排水量Q (m3)和排水壓力 p2 (kPa)； 步驟6:根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算出所述測試材料(3)的等效滲透系數(shù)K (m/s)，計算公式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法，其特征在于:所述進水壓力 pi 為 I ~500 (kPa)0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法，其特征在于:所述排水量Q Cm3)的測量數(shù)據(jù)通過與下盤(6)下方的試驗容器(I)連通的排水裝置(8)獲取，所述下盤(6 )下方試驗容器(I)內(nèi)的排水壓力p2 (kPa)通過設(shè)置在下盤(6 )下方試驗容器(I)內(nèi)的排水壓力表(10)獲取。
4.一種用于權(quán)利要求1所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗方法的試驗裝置，其特征在于:包括充滿水的試驗容器(1)，中部設(shè)有用于壓緊測試材料(3)的上盤(5)和下盤(6)，所述上盤(5)和下盤(6)為多孔盤狀結(jié)構(gòu)、其上均勻分布透水孔(7)、其邊緣與試驗容器(I)的內(nèi)壁密封，所述上盤(5)和下盤(6)上每個透水孔(7)的位置沿垂直方向相對應(yīng)，所述上盤(5)上方的試驗容器(I)與帶有穩(wěn)定壓力的水源(4)連通，所述下盤(6)與試驗容器(I)相對固定，具有測量排水量功能的排水裝置(8)與所述下盤(6)下方的試驗容器(I)連通，所述上盤(5)與法向壓力施加系統(tǒng)(2)連接，所述法向壓力施加系統(tǒng)(2)根據(jù)試驗參數(shù)向上盤(5)施加法向壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述透水孔(7)的孔徑為上盤(5)直徑的1/25~1/10倍，所述透水孔(7)之間的間距為孔徑值的1.2~2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述試驗容器(I)包括進水腔(1.1)和排水腔(1.2)兩個腔體，所述進水腔(1.1)的底部為敞口，所述排水腔(1.2)的頂部為敞口，所述上盤(5)位于進水腔(1.1)的底部，所述進水腔(1.1)上部側(cè)壁設(shè)有進水口(1.3)，所述進水口(1.3)通過第一開關(guān)閥門(1.9)與帶有穩(wěn)定壓力的水源(4)連通，所述下盤(6)位于排水腔(1.2)的頂部，所述排水腔(1.2)的下部側(cè)壁設(shè)有排水口( 1.4)，所述排水口( 1.4)通過第二開關(guān)閥門(1.10)與排水裝置(8)連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述法向壓力施加系統(tǒng)(2)包括壓力施加裝置(2.1)和施力傳動桿(2.2)，所述施力傳動桿(2.2)的下端與上盤(5)剛性連接、上端從進水腔(1.1)頂部的通孔(1.8)伸出與壓力施加裝置(2.1)連接，所述壓力施加裝置(2.1)施加的法向壓力通過施力傳動桿(2.2)和上盤(5)作用于測試材料(3)，所述通孔(1.8)與施力傳動桿(2.2)之間設(shè)置有用于密封的密封活動套(1.7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述排水腔(1.2)底部設(shè)有底座(1.6)，所述下盤(6)與底座(1.6)之間設(shè)置有支撐桿(2.3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述上盤(5)和下盤(6)與分別測試材料(3)之間設(shè)置有透水性緩沖材料(9)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述進水腔(1.1)和排水腔(1.2)的內(nèi)部以及上盤(5)和下盤(6)的邊緣設(shè)置有用于透水孔(7)對齊的位置標(biāo)示。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述進水腔(1.1)和排水腔(1.2)的敞口處通過密封連接裝置(1.5)密封。
12.根據(jù)權(quán)利要求4~11所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述帶有穩(wěn)定壓力的水源(4)通過水泵( 4.2)實現(xiàn)，所述進水腔(1.1)和排水腔(1.2)內(nèi)分別設(shè)置有用于測量水壓的進水壓力表(11)和排水壓力表(10)，所述排水口( 1.4)設(shè)置有用于測量排水量的流量計(8.1)。
13.根據(jù)權(quán)利要求4~11所述的法向壓力下的滲透系數(shù)試驗裝置，其特征在于:所述帶有穩(wěn)定壓力的水源(4 )通過放置在試驗容器(I)上方的給水容器(4.1)實現(xiàn)，所述排水裝置(8)為滲排水量測裝置(8.2)。
【文檔編號】G01N15/08GK103926182SQ201410155448
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】詹學(xué)啟, 張占榮, 郭建湖, 陳世剛, 蔣道君, 楊松 申請人:中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司