專利名稱：高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體及試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于環境巖土工程中對土體的力學特性測試領域，具體來說，涉及一種高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體及試驗裝置。
背景技術：
隨著我國城市化進程的不斷加快，城市工業場地的污染程度也在加劇，由工業生產引發的環境污染問題越來越受到人們的關注。在防止地下污染范圍擴大方面，土和膨潤土系豎向隔離墻是一種被廣泛應用于阻滯地下水及污染物水平向運移的構筑物。隔離墻的墻體材料是膨潤土漿液、原位土和膨潤土干粉的拌合物，具有含水量高、強度較低的特點。隔離墻的作用是阻滯地下水及污染物運移，所以要求墻體具有良好的不透水性，即較低的滲透系數(10, 10_8m/s)。在工程實踐中，滲透系數是隔離墻阻滯性能的一個主要評價指標。目前，滲透系數現場測定方法主要有抽水法和孔壓靜力觸探法；室內主要有剛性壁和柔性壁滲透試驗。對于隔離墻材料，室內主要采用三軸柔性壁滲透儀通過變水頭試驗測定進、出水量，根據達西定律計算滲透系數。對于類似隔離墻體材料的土體，一般含水量較大，強度較低，在試驗過程中，即使試樣能自立成型，但在安裝、固結、飽和及滲透時，由于沒有足夠的支撐保護，試樣也會受到較大的擾動，不能保持原來的直立狀態，發生傾斜變形。這將在很大程度上影響試驗結果的精確度。為了更精確地對隔離墻材料的防滲性能進行評價，需盡量避免試驗過程中對試樣造成擾動。
發明內容技術問題:本實用新型要解決的技術問題是，提供一種高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，該筒體能有效地消除試驗過程中，尤其是裝樣過程中試樣的擾動；本實用新型還提供了包含該筒體的試驗裝置，利用該裝置對高含水量土和膨潤土材料進行滲透測試，可以提高測試結果的可靠度和精確度。技術方案:為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，該筒體包括本體和帶有閥門的外連通管，本體的頂端和底端均為開口，且本體的內壁面上設有相互連通的環向凹槽和軸向凹槽，外連通管固定連接在本體的外壁面上，且外連通管與環向凹槽或者軸向凹槽連通。進一步，所述的高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，還包括上標示線和下標示線，上標示線和下標示線位于本體的壁面上，且上標示線位于環向凹槽的上方，下標示線位于環向凹槽的下方。一種含有上述高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體的試驗裝置，該裝置包括筒體、乳膠膜、壓力室，以及從上向下依次布置在筒體中的試樣帽、上透水石、上濾紙、試樣、下濾紙、下透水石和底座；壓力室的頂端設有排氣控制閥，壓力室的下部設有進水口 ；該筒體位于壓力室中，筒體包括本體和外連通管,本體的頂端和底端均為開口，且本體的內壁面上設有相互連通的環向凹槽和軸向凹槽，外連通管固定連接在本體的外壁面上，且外連通管與環向凹槽或者軸向凹槽連通；乳膠膜位于本體的內腔中，且乳膠膜的兩端穿出本體的頂端和底端；乳膠膜的上部覆蓋在試樣帽外表面，且本體的頂端和試樣帽之間設有上密封圈；乳膠膜的底部覆蓋在底座外表面，且本體的底端和底座之間設有下密封圈；底座上設有進水管和下控制閥管，該進水管的頂端與下透水石的底面接觸，進水管的底端穿出壓力室，與供壓設備連接；下控制閥管的頂端與下透水石的底面接觸，下控制閥管的底端穿出壓力室；試樣帽上設有出水管和上控制閥管，出水管的一端與上透水石的頂面接觸，出水管的另一端穿出壓力室；上控制閥管的一端與上透水石的頂面接觸，上控制閥管的另一端穿出壓力室。有益效果:與現有技術相比，本實用新型的技術方案可以有效地消除試驗過程中，尤其是裝樣過程中試樣的擾動，提高測試結果的可靠度和精確度。常規的三軸柔性壁滲透儀，在土體含水量大、強度低的情況下，試驗過程，尤其是裝樣過程中，會對試樣造成較大擾動，使試樣不能保持直立狀態，發生傾斜變形，從而直接影響滲透系數測定的精確度。本實用新型的筒體包括本體和外連通管。本體的內壁面上設有相互連通的環向凹槽和軸向凹槽。外連通管與環向凹槽或者軸向凹槽連通。外連通管、環向凹槽和軸向凹槽組成聯通通道。該聯通通道用于排氣和進水。制樣時，將乳膠膜撐開在本體內，用真空泵從外連通管抽氣，使乳膠膜與本體內壁緊密貼牢。在本體中裝入下透水石、下濾紙、試樣、上濾紙和上透水石后，卸去真空，乳膠膜與試樣緊貼。在裝樣過程中，筒體對試樣起支撐保護作用，有效防止試樣在移動及安裝時因受到過大擾動而產生傾斜變形。固結、飽和及滲透過程中，筒體支撐保護試樣不受擾動。壓力室內施加圍壓時，圍壓通過聯通通道均勻傳遞到試樣周圍。固結開始后，筒體內的試樣發生體積收縮，本體內壁與試樣間不再有接觸，即本體不會影響固結、飽和及滲透過程。在固結壓力作用下，試樣受到筒體的支撐和保護，能有效避免試樣因受水壓作用，發生傾斜變形。同時，環向凹槽和軸向凹槽有利于水壓力的均勻分布，為試樣提供各向均勻的水壓。本實用新型的筒體可以有效減少試驗過程中試樣受到擾動，進而提高土體力學指標室內測試結果的有效性和精確度。
圖1為本實用新型中試驗筒體的結構示意圖。圖2為本實用新型中試驗裝置的結構示意圖。圖中有:本體1、外連通管2、乳膠膜3、環向凹槽4、軸向凹槽5、上標示線6、下標示線7、壓力室8、排氣控制閥801、進水口 802、試樣帽9、上透水石10、上濾紙11、試樣12、下濾紙13、下透水石14、底座15、上密封圈16、下密封圈17、進水管18、下控制閥管19、上控制閥管20、供壓設備21、出水管22。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的技術方案做進一步詳細的描述。本實用新型中提及的高含水量土和膨潤土材料是指土和膨潤土混合后形成的含水量在0.8-1.3倍液限的材料。如圖1所示，本實用新型的一種高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，包括本體I和帶有閥門的外連通管2。本體I的頂端和底端均為開口，且本體I的內壁面上設有相互連通的環向凹槽4和軸向凹槽5。外連通管2固定連接在本體I的外壁面上，且外連通管2與環向凹槽4或者軸向凹槽5連通。進一步，所述的環向凹槽4和軸向凹槽5分別至少為三條，且均勻分布在本體I的內壁面上。環向凹槽4和軸向凹槽5的條數多于三條。這樣，在制樣過程抽氣時，保證乳膠膜3和本體I內壁緊貼；在固結壓力施加時，使固結壓力由環向凹槽4和軸向凹槽5均勻傳遞到試樣12周圍。進一步，所述的本體I為圓形筒，且為透明有機玻璃材料制成。本體I呈圓形筒，便于制造。本體I為透明有機玻璃材料制成，便于標識上標示線6和下標示線7。上標示線6和下標示線7位于本體I的壁面上，且上標示線6位于環向凹槽4的上方，下標示線7位于環向凹槽4的下方。上標示線6用于安裝上透水石10的標識線。下標示線7用于安裝下透水石14的標識線。如圖2所示，本實用新型的高含水量土和膨潤土材料滲透試驗的試驗裝置，包括筒體、乳膠膜3、壓力室8，以及從上向下依次布置在筒體中的試樣帽9、上透水石10、上濾紙
11、試樣12、下濾紙13、下透水石14和底座15。壓力室8的頂端設有排氣控制閥801，壓力室8的下部設有進水口 802。進水口 802與盛水容器或供壓設備21連接。在向壓力室8注水時，進水口 802與盛水容器連接，壓力室8中注水完畢后，進水口 802與供壓設備21連接。筒體位于壓力室8中。筒體包括本體I和外連通管2。本體I的頂端和底端均為開口，且本體I的內壁面上設有相互連通的環向凹槽4和軸向凹槽5。外連通管2固定連接在本體I的外壁面上，且外連通管2與環向凹槽4或者軸向凹槽5連通。乳膠膜3位于本體I的內腔中，且乳膠膜3的兩端穿出本體I的頂端和底端。乳膠膜3的上部覆蓋在試樣帽9外表面，且本體I的頂端和試樣帽9之間設有上密封圈16。乳膠膜3的底部覆蓋在底座15外表面，且本體I的底端和底座15之間設有下密封圈17。底座15上設有進水管18和下控制閥管19。進水管18的頂端與下透水石14的底面接觸，進水管18的底端穿出壓力室8，與供壓設備21連接。下控制閥管19的頂端與下透水石14的底面接觸，下控制閥管19的底端穿出壓力室8。試樣帽9上設有出水管22和上控制閥管20。出水管22的一端與上透水石10的頂面接觸，出水管22的另一端穿出壓力室8。出水管22的另一端與供壓設備21連接。上控制閥管20的一端與上透水石10的頂面接觸，上控制閥管20的另一端穿出壓力室8。進一步,所述的本體I的高為76.5mm,夕卜徑為61.8mm,內徑為51.1mm。環向凹槽4和軸向凹槽5的橫截面長均為0.5mm,寬均為0.5mm,相鄰的環向凹槽4的距離為IOmm,相鄰的軸向凹槽5的距離為10mm。試樣12為直徑50mm、高度50mm的圓柱體。試樣帽9、上透水石10、上濾紙11、下濾紙13、下透水石14和底座15的直徑均為50mm。這是優選尺寸。實際尺寸可根據試驗要求而定。進一步，上述裝置還包括上標示線6和下標示線7，上標示線6和下標示線7位于本體I的壁面上，且上標示線6位于環向凹槽4的上方，下標示線7位于環向凹槽4的下方，上標示線6到本體I頂端的距離為12.7mm,下標示線7到本體I底端的距離為12.7mm。上述高含水量土和膨潤土材料滲透試驗的試驗裝置的測試方法，包括以下步驟:步驟10)制作測試樣品:首先將乳膠膜3撐開在筒體的本體I內腔中，然后打開外連通管2的閥門，用真空泵從外連通管2處抽氣，使乳膠膜3緊貼本體I內壁，接著關閉外連通管2的閥門，隨后在本體I內腔中從下到上依次裝下透水石14、下濾紙13、試樣12、上濾紙11和上透水石10，最后打開外連通管2的閥門，卸去真空，使乳膠膜3貼附到試樣12的表面,制成測試樣品。在步驟10)中，在填裝試樣12時，試樣12分三層裝入本體I內腔中，且層間用切土刀刮糙，并震蕩，除去試樣12中較大的空隙。制樣過程中，本體I能控制試樣12的尺寸。制作測試樣品過程中，施加真空作用，乳膠膜3才貼覆在本體I上。制作測試樣品完成后，卸去真空作用，乳膠膜3就不貼覆在本體I上，而是貼在試樣12上。在后續的固結、飽和、滲透過程中，乳膠膜3是緊貼試樣12的。步驟20)安裝測試樣品:首先將步驟10)制成的測試樣品移入壓力室8中，并放置在基座15和試樣帽9之間，然后將乳膠膜3兩端展開，包裹在基座15的外表面和試樣帽9的外表面，在乳膠膜3上套裝上密封圈16和下密封圈17，上密封圈16使試樣帽9和乳膠膜3之間保持密封性，下密封圈17使基座15和乳膠膜3之間保持密封性，然后通過進水口 802與盛水容器連接，向壓力室8內注水，同時打開排氣控制閥801，使得壓力室8的氣體通過排氣控制閥801排至壓力室8外，直至水注滿壓力室8，關閉進水口 802和排氣控制閥801。在步驟20)安裝測試樣品過程中，本體I對試樣12起到支撐保護作用，防止試樣12受到過大擾動，保證柔性壁滲透試驗結果的可靠度。步驟30)飽和:將進水管18、出水管22和壓力室8的進水口 802分別與供壓設備21連接，供壓設備21通過進水口 802向壓力室8施加飽和圍壓，壓力室8內的圍壓通過由外連通管2、環向凹槽4和軸向凹槽5組成的聯通通道，均勻傳遞到試樣12周圍，試樣12體積收縮，與本體I內壁分尚；在飽和圍壓下，供壓設備21同時分別向進水管18和出水管22施加相等的飽和壓力，在飽和壓力不變的條件下，飽和試樣12。步驟40)固結:通過供壓設備21增大進水口 802處的壓力，直至進水口 802的壓力為試樣12的固結圍壓，然后打開上控制閥管20和下控制閥管19排水，固結時間為I天至2天，最后在固結完成后，關閉上控制閥管20和下控制閥管19。在步驟30)和步驟40)中，向壓力室8內施加圍壓，圍壓通過聯通通道均勻傳遞到試樣12周圍，試樣12體積收縮，與本體I內壁分離，即筒體的存在對固結過程不造成影響。通過進水口 802施加反壓，飽和試樣12。然后增大圍壓，繼續固結。飽和與固結過程中，筒體支撐保護試樣12，防止試樣12因受力產生過大傾斜變形，保證了柔性壁滲透試驗結果的可靠度。步驟50)滲透:通過供壓設備21增大進水管18處的壓力，對試樣12施加滲透壓，對試樣12進行滲透，在滲透過程中，定時記錄進水管18和出水管22的水位變化；最后根據達西定律測算試樣12的滲透系數。在步驟50)中，筒體給試樣12提供支撐保護，防止試樣12因滲透壓影響而產生過大傾斜變形，保證了柔性壁滲透試驗結果的可靠度。本實用新型的結構中，外連通管2設置于本體I上。本體I內壁上的環向凹槽4和軸向凹槽5，以及外連通管2組成聯通通道。該聯通通道用于排氣和進水。制樣過程在筒體內進行，且在固結、飽和與滲透過程中，筒體始終放置于壓力室8內。制樣時，將乳膠膜3撐開在本體I內，用真空泵從外連通管2抽氣，使乳膠膜3與本體I內壁緊密貼牢。乳膠膜3內從下至上依次裝入下透水石14、下濾紙13、試樣12、上濾紙11和上透水石10。卸去真空作用后，乳膠膜3與試樣12緊貼。裝樣、固結、飽和及滲透過程中，筒體置于底座15與試樣帽9的密封圈之間。整個過程中，筒體支撐保護試樣12不受擾動。壓力室8內施加圍壓時，圍壓通過聯通通道均勻傳遞到試樣12周圍。固結開始后，筒體內的試樣12發生體積收縮，本體I內壁與試樣12間不再有接觸。
權利要求1.一種高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，其特征在于，該筒體包括本體(1)和帶有閥門的外連通管(2)，本體(1)的頂端和底端均為開口，且本體(1)的內壁面上設有相互連通的環向凹槽(4)和軸向凹槽(5)，外連通管(2)固定連接在本體(1)的外壁面上，且外連通管(2)與環向凹槽(4)或者軸向凹槽(5)連通。
2.按照權利要求1所述的高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，其特征在于，所述的環向凹槽(4)和軸向凹槽(5)分別至少為三條，且均勻分布在本體(I)的內壁面上。
3.按照權利要求1所述的高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，其特征在于，所述的本體(I)為圓形筒，且為透明有機玻璃材料制成。
4.按照權利要求3所述的高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，其特征在于，還包括上標示線(6 )和下標示線(7 )，上標示線(6 )和下標示線(7 )位于本體(I)的壁面上，且上標示線(6)位于環向凹槽(4)的上方，下標示線(7)位于環向凹槽(4)的下方。
5.一種含有權利要求1所述的高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體的試驗裝置，其特征在于，該裝置包括筒體、乳膠膜(3)、壓力室(8)，以及從上向下依次布置在筒體中的試樣帽(9)、上透水石(10)、上濾紙(11)、試樣(12)、下濾紙(13)、下透水石(14)和底座(15)；壓力室(8)的頂端設有排氣控制閥(801)，壓力室(8)的下部設有進水口(802)； 該筒體位于壓力室(8)中，筒體包括本體(I)和外連通管(2)，本體(I)的頂端和底端均為開口，且本體(I)的內壁面上設有相互連通的環向凹槽(4)和軸向凹槽(5)，外連通管(2)固定連接在本體(I)的外壁面上，且外連通管(2)與環向凹槽(4)或者軸向凹槽(5)連通； 乳膠膜(3)位于本體(I)的內腔中，且乳膠膜(3)的兩端穿出本體(I)的頂端和底端；乳膠膜(3)的上部覆蓋在試樣帽(9)外表面，且本體(I)的頂端和試樣帽(9)之間設有上密封圈(16);乳膠膜(3)的底部覆蓋在底座(15)外表面，且本體(I)的底端和底座(15)之間設有下密封圈(17)； 底座(15)上設有進水管(18)和下控制閥管(19)，該進水管(18)的頂端與下透水石(14)的底面接觸，進水管(18)的底端穿出壓力室(8)，與供壓設備(21)連接；下控制閥管(19)的頂端與下透水石(14)的底面接觸，下控制閥管(19)的底端穿出壓力室(8)； 試樣帽(9)上設有出水管(22)和上控制閥管(20)，出水管(22)的一端與上透水石(10)的頂面接觸，出水管(22)的另一端穿出壓力室(8);上控制閥管(20)的一端與上透水石(10)的頂面接觸，上控制閥管(20)的另一端穿出壓力室(8)。
6.按照權利要求5所述的含有高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體的試驗裝置，其特征在于，所述的本體(I)的高為76.5mm,外徑為61.8mm,內徑為51.1mm。
7.按照權利要求6所述的含有高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體的試驗裝置，其特征在于，還包括上標示線(6)和下標示線(7)，上標示線(6)和下標示線(7)位于本體(I)的壁面上，且上標示線(6)位于環向凹槽(4)的上方，下標示線(7)位于環向凹槽(4)的下方，上標示線(6)到本體(1)頂端的距離為12.7mm，下標示線(7)到本體(I)底端的距離為12.7mm0
8.按照權利要求7所述的含有高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體的試驗裝置，其特征在于，所述的環向凹槽(4)和軸向凹槽(5)的橫截面長均為0.5mm，寬均為0.5mm，相鄰的環向凹槽(4)的距離為10臟，相鄰的軸向凹槽(5)的距離為10mm。
專利摘要本實用新型公開了一種高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體，該筒體包括本體和帶有閥門的外連通管，本體的頂端和底端均為開口，且本體的內壁面上設有相互連通的環向凹槽和軸向凹槽，外連通管固定連接在本體的外壁面上，且外連通管與環向凹槽或者軸向凹槽連通。該筒體能有效地消除試驗過程中，尤其是裝樣過程中試樣的擾動。本實用新型還公開了含有上述高含水量土和膨潤土材料滲透試驗筒體的試驗裝置，包括筒體、乳膠膜、壓力室，以及從上向下依次布置在筒體中的試樣帽、上透水石、上濾紙、試樣、下濾紙、下透水石和底座。該試驗裝置可以提高測試結果的可靠度和精確度。
文檔編號G01N15/08GK203083907SQ20132005343
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者杜延軍, 楊玉玲, 魏明俐, 范日東 申請人:東南大學