一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置及其試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置及其試驗方法，該裝置分為三個部分，第一部分為試驗裝置，包括矩形有機玻璃容器、有機玻璃水槽、矩形多孔有機玻璃體、透水石；第二部分為測量裝置，包括張力計、土壓力盒、孔隙水壓力計、含水率測試儀、沉降桿、應力應變測試儀；第三部分為供水裝置，包括水箱、增壓泵、流量控制器，噴頭。首先根據試驗要求的角度以及尺寸安放矩形多孔有機玻璃體，然后在矩形有機玻璃容器內填筑所測試土體，在填土的過程中安裝測試裝置，最后打開供水裝置，以此來模擬不同強度、不同角度、不同尺寸的裂隙滲流過程，利用埋設在不同土層的測量裝置觀測土體在裂隙滲流過程中土體內部孔隙水壓力，含水率，土壓力及其變形等一系列的變化，得到不同土體，在不同裂隙滲流條件下的濕陷變形過程規律。
【專利說明】
一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置及其試驗方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種可以監測土體在裂隙滲流條件下土體濕陷過程的試驗裝置。該裝置可以模擬在不同角度、不同強度甚至不同范圍的裂隙滲流過程中，土體含水率、孔隙水壓力、基質吸力、土壓力等變化與濕陷變形之間的關系。此發明還涉及該試驗裝置的使用方法。
【背景技術】
[0002]目前，土體的濕陷已經成為公路、鐵路和房建等領域不可忽視的問題，由地表、邊坡的不均勻沉降引起的各種事故時有發生。尤其是土體濕陷性比較明顯的地區，邊坡在降雨期間或降雨之后，發生嚴重的濕陷變形，可見水進入邊坡土體是引起濕陷變形的主要原因。水進入邊坡土體引起的濕陷同時伴隨著土體孔隙水壓力、含水率、土壓力等一系列的改變，而不同類型土質、不同滲流強度都會對濕陷變形產生影響。本實驗裝置以及試驗方法對土體在裂隙滲流條件下濕陷過程的研究具有重大的意義。
[0003]現有對土體進行的濕陷試驗大部分針對黃土，試驗方法大都是針對降雨條件下對土體進行濕陷試驗，并沒有對濕陷過程與土體含水率、土壓力、基質吸力、孔隙水壓力之間的關系進行研究，更沒有對土體在裂隙滲流條件下的濕陷過程進行研究。因此設計一種能夠模擬裂隙滲流條件下觀察土體濕陷過程的裝置，該裝置也要實現對土體含水率、孔隙水壓力、土壓力、基質吸力等變化的持續觀測，以便分析上述變化與濕陷過程的關系。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的問題是設計一種觀察土體在不同裂隙滲流條件下濕陷過程的試驗裝置，并且能夠持續觀察在濕陷過程中土體含水率、基質吸力、孔隙水壓力、土壓力等一系列的變化。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供用于分析土體在裂隙滲流狀況下的濕陷特征試驗裝置，該裝置分為三個部分，第一部分為試驗裝置，包括矩形有機玻璃容器、有機玻璃水槽、矩形多孔有機玻璃體、透水石;第二部分為測量裝置，包括張力計、土壓力盒、孔隙水壓力計、含水率測試儀、沉降桿、應力應變測試儀;第三部分為供水裝置，包括水箱、增壓栗、流量控制器、噴頭。
[0006]所述土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置的整體布局是:在矩形有機玻璃容器的上部中間位置固定有機玻璃水槽，所述有機玻璃水槽底部連接矩形多孔有機玻璃體;所述在矩形有機玻璃容器的側壁鉆有48個鉆孔，這48個鉆孔用來安裝張力計、含水率測試儀、土壓力盒、孔隙水壓力計;所述土壓力盒、孔隙水壓計與矩形有機玻璃容器外部的應力應變測試儀相連;所述矩形有機玻璃容器的外部設有水箱、流量控制器、增壓栗、噴頭用來模擬裂隙滲流的強度;所述矩形有機玻璃容器的上部設有滑動尺用來固定沉降桿;所述矩形有機玻璃容器底部設有進、泄水口以便于調節所測土體的初始水位;所述矩形有機玻璃容器底部設有透水石防止土顆粒堵塞容器的進、泄水口。
[0007]所述矩形有機玻璃容器由有機玻璃制成，該容器的長度為1040mm，寬度為540mm，高度為1520mm，內側長度1000mm，內側寬度為500mm，內側高度為1500mm;將矩形有機玻璃容器其中一個長度方向所在的側面鉆孔24個，分為4列每列鉆孔6個，每個鉆孔的直徑為28mm并且上下相鄰兩鉆孔圓心之間的距離為200mm，最底層鉆孔的圓心距離矩形有機玻璃容器內側底部200mm;在這24個鉆孔的對稱位置另鉆鉆24個直徑為1mm的鉆孔;在這48個鉆孔設置完畢后在矩形有機玻璃容器底部另鉆直徑為15mm的圓孔作為進、泄水口。
[0008]所述有機玻璃水槽的厚度為5mm內側長為490mm上寬為40mm下寬為1mm高為20mm，該水槽上緣距離矩形有機玻璃容器的上緣100mm，該水槽的底部接厚為5mm內側長為490mm寬為1mm高為1200mm(高可以根據試驗要求設置成大于10mm以及小于1200mm之間的不同尺寸)矩形多孔有機玻璃體，其側面均勻布滿了直徑為2mm的圓孔，該矩形多孔有機玻璃體與有機玻璃水槽通過玻璃膠連接，以便控制兩者的連接角度。
[0009]所述孔隙水壓力計測量范圍O?50 kPa，精度0.04 kPa，土壓力盒測量范圍O?50kP，精度0.04kPa，含水率測試儀測量范圍O?100%，精度為0.1%，試驗時每填土200mm在直徑為1mm的鉆孔埋入上述三種裝置并將導線在鉆孔處引出，并用玻璃膠對鉆孔進行封堵；張力計其測量范圍為O?80kPa，精度為I kPa，在每個直徑為28mm鉆孔處埋入張力計，該張力計的顯示表盤在矩形有機玻璃容器的外部并用玻璃膠進行固定，確保張力計固定牢固，防止在試驗時對土體產生擾動。
[0010]所述供水裝置:水箱有厚度為1mm的有機玻璃制成，容量達到1L;增壓栗的最大壓力6kPa;流量控制器控制范圍10?100ml/min，精度lml/min;噴頭的上寬1mm下寬40mm高為20_，利用供水裝置可以有效地的控制裂隙滲流的強度。
[00?1 ] 所述滑動尺長500mm,寬20mm，高1mm在滑動尺中心位置設有直徑為16mm的圓孔，距離該圓孔圓心10mm的上下位置設置兩個相同直徑的圓孔，滑動尺上的這3個圓孔用來安裝沉降桿，這樣的滑動尺一共設置6個，兩端的滑動尺距離矩形有機玻璃容器側壁10mm中間每隔200mm設置一個。
[0012]所述沉降桿包括內桿以及護筒，其中護筒直徑為15mm固定在滑動尺上，當矩形有機玻璃容器內的土體沉陷時內桿就會同步下沉，內桿上標有刻度，量程為O?300mm，精度為
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[0013]本發明提供一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置及試驗方法，試驗步驟如下: 步驟一、檢查試驗裝置各部分是否完整可用，事先調節好供水裝置確保滲流的強度為設計所需要，準備好試驗所需要的土體，在矩形有機玻璃容器的底層鋪設厚度為30mm的透水石；
步驟二、按照試驗要求的角度以及尺寸將多孔有機玻璃體固定好，再將土體按照試驗所需要的壓實度進行分層填筑；
步驟三、在填土過程中每當到達直徑為28mm的鉆孔時安裝張力計，當到達直徑為1mm的鉆孔時安裝含水率測試儀、土壓力盒、孔隙水壓計并將這三種裝置導線在鉆孔處引出，并且保證三者之間的水平距離為20mm，然后用玻璃膠將鉆孔封堵；
步驟四、繼續填土直到土體到達矩形多孔有機玻璃體的頂部，然后在矩形多孔有機玻璃體內填充砂礫；
步驟五、將輪滑尺以及沉降桿安裝完畢，然后將含水率測試儀通電調試好，并將土壓力盒和孔隙水壓計分別與應力應變測試儀相連并調試好裝置；
步驟六、將供水裝置打開，按照試驗設計的流量強度對土體進行供水；
步驟七、在供水過程中對土壓力盒、含水率測試儀、張力計、孔隙水壓計、沉降桿等裝置進行觀測并記錄數據；
步驟八、將試驗完成的土樣取出，重新調整土體的類型或者調整矩形多孔有機玻璃體的角度以及尺寸，重復步驟二到步驟七。
[0014]采用上述技術方案的土體裂隙滲流條件下的濕陷特征試驗裝置及試驗方法，本發明的創新之處在于:在試驗裝置矩形有機玻璃容器的側壁不同位置進行了打孔設計，這樣可以通過安裝在不同土層的設備對土體的濕陷過程進行持續、全方位的觀測，該試驗裝置真正實現對土體裂隙滲流影響下的濕陷研究。
[0015]本發明試驗裝置構造簡單，成本低廉，拆裝方便，可以重復利用。該試驗裝置可以研究不同土體類型，不同裂隙條件下的濕陷過程。此外模擬供水裝置調節簡便、易于控制，可以模擬不同強度的滲流過程。試驗裝置的主體矩形有機玻璃容器底部設置進、泄水口，以便調節所測試土體的初始水位，可以方便的實現對不同初始水位下土體濕陷過程的觀測。
[0016]
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明整體側視圖
圖2是本發明矩形有機玻璃容器的整體圖圖3是本發明矩形有機玻璃容器的正視圖圖4是本發明矩形有機玻璃容器的后視圖圖5是本發明噴頭的整體圖圖6是本發明供水裝置的整體圖圖7是本發明水槽的整體圖圖8是本發明矩形多孔有機玻璃體的整體圖圖9是本發明矩形多孔有機玻璃體的正視圖圖10是本發明矩形多孔有機玻璃體的左視圖圖11是本發明滑動尺的整體圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖，詳細說明一種土體滲流過程和變形特征試驗裝置的【具體實施方式】如圖1該裝置的整體布置在矩形有機玻璃容器(I)的上部中間位置固定有機玻璃水槽
(3)，有機玻璃水槽(3)底部連接矩形多孔有機玻璃體(4);在矩形有機玻璃容器(I)的側壁鉆有48個鉆孔，這48個鉆孔用來安裝張力計(5)、含水率測試儀(6)、土壓力盒(7)、孔隙水壓力計(8);所述土壓力盒(7)、孔隙水壓計(8)與矩形有機玻璃容器(I)外部的應力應變測試儀(9)相連;矩形有機玻璃容器(I)的外部設有水箱(10)、流量控制器(11)、增壓栗(12)、噴頭(2)用來模擬裂隙滲流的強度;矩形有機玻璃容器(I)的上部設有滑動尺(13)用來固定沉降桿(14)，矩形有機玻璃容器(I)底部設有進、泄水口以便于調節所測土體的初始水位;所述矩形有機玻璃容器(I)底部設有透水石防止土顆粒堵塞容器的進、泄水口。
[0019]如圖2、3、4矩形有機玻璃容器由有機玻璃制成，該容器長度為1040mm，寬度為540mm，高度為1520mm，內側長度1000mm，內側寬度為500mm，內側高度為1500mm;將矩形有機玻璃容器其中一個長度方向所在的側面鉆孔24個，分為4列每列鉆孔6個，每個鉆孔的直徑為28mm并且相鄰兩鉆孔圓心之間的距離為200mm，最底層鉆孔的圓心距離矩形有機玻璃容器內側底部200mm;在這24個鉆孔的對稱位置另鉆24個直徑為1mm的圓孔;在這48個鉆孔設置完畢后在矩形有機玻璃容器底部另鉆直徑為15mm的圓孔作為進、泄水口。
[0020]如圖5、6噴頭下寬為40mm，上寬為10mm，長為490mm，高為20mm的塑料特質噴頭，噴水時能夠覆蓋整個水槽。供水裝置其中水箱有厚度為1mm的有機玻璃制成，容量達到10L，增壓栗的最大壓力6kPa，流量控制器控制范圍10?100ml/min，精度lml/min，裝置內部用直徑為1mm的塑料管相連。
[0021 ] 如圖7有機玻璃水槽噴頭上寬為40mm，下寬為1mm,長為490mm，高為20mm的有機玻璃制成，該水槽的有機玻璃厚度為5 mm，水槽的上下都是貫通的，下方與矩形有機玻璃體相連。
[0022]如圖8、9、10矩形多孔有機玻璃體長為490mm，寬為1mm高可以根據試驗要求設置成大于10mm以及小于1200mm之間的不同尺寸，在此展示的是高度為600mm的矩形多孔有機玻璃體，它的厚度5mm，其中側面均勻鉆孔并且保證每個孔的直徑為2mm。
[0023]如圖11滑動尺長500mm、寬20mm、厚度為10mm，在滑動尺中心位置設有直徑為16mm的圓孔，距離該圓孔圓心10mm的上下位置設置兩個相同直徑的圓孔。
[0024]本發明提供一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置及試驗方法，試驗步驟如下:步驟一、檢查試驗裝置各部分是否完整可用，事先調節好供水裝置確保滲流的強度為設計所需要，準備好試驗所需要的土體，在矩形有機玻璃容器的底層鋪設厚度為30mm的透水石；
步驟二、按照試驗要求的角度以及尺寸將多孔有機玻璃體固定好，再將土體按照試驗所需要的壓實度進行分層填筑；
步驟三、在填土過程中每當到達直徑為28mm的鉆孔時安裝張力計，當到達直徑為1mm的鉆孔時安裝含水率測試儀、土壓力盒、孔隙水壓計并將這三種裝置導線在鉆孔處引出，并且保證三者之間的水平距離為20mm，然后用玻璃膠將鉆孔封堵；
步驟四、繼續填土直到土體到達矩形多孔有機玻璃體的頂部，然后在矩形多孔有機玻璃體內填充砂礫；
步驟五、將輪滑尺以及沉降桿安裝完畢，然后將含水率測試儀通電調試好，并將土壓力盒和孔隙水壓計分別與應力應變測試儀相連并調試好裝置；
步驟六、將供水裝置打開，按照試驗設計的流量強度對土體進行供水；
步驟七、在供水過程中對土壓力盒、含水率測試儀、張力計、孔隙水壓計、沉降桿等裝置進行觀測并記錄數據；
步驟八、將試驗完成的土樣取出，重新調整土體的類型或者調整矩形多孔有機玻璃體的角度以及尺寸，重復步驟二到步驟七。
【主權項】
1.一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置，其特征在于:在矩形有機玻璃容器(I)的上部中間位置固定有機玻璃水槽(3)，所述有機玻璃水槽(3)底部連接矩形多孔有機玻璃體(4);所述在矩形有機玻璃容器(I)的側壁鉆有48個鉆孔，這48個鉆孔用來安裝張力計(5)、含水率測試儀(6)、土壓力盒(7)、孔隙水壓力計(8);所述土壓力盒(7)、孔隙水壓計(8)與矩形有機玻璃容器(I)外部的應力應變測試儀(9)相連;所述矩形有機玻璃容器(I)的外部設有水箱(10)、流量控制器(11)、增壓栗(12)、噴頭(2)用來模擬裂隙滲流的強度;所述矩形有機玻璃容器(I)的上部設有滑動尺(13)用來固定沉降桿(14)。2.根據權利要求1所述一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置，其特征在于:矩形有機玻璃容器(I)由有機玻璃制成，該容器的長度為1040mm，寬度為540mm，高度為1520mm，矩形有機玻璃容器(I)的壁厚為20_;矩形有機玻璃容器(I)其中一個長度方向所在的側面鉆孔24個，分為4列每列鉆孔6個，每個鉆孔的直徑為28mm并且上下相鄰兩鉆孔圓心之間的距離為200mm，最底層鉆孔的圓心距離矩形有機玻璃容器(I)內側底部200mm;在這24個鉆孔的對稱位置另外鉆24個直徑為1mm的鉆孔;在這48個鉆孔設置完畢后在矩形有機玻璃容器(I)底部另鉆直徑為15_的圓孔作為進、泄水口。3.根據權利要求1所述一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置，其特征在于:在矩形有機玻璃容器(I)上方中間位置設置一個厚度為5mm內側長為490mm上寬為40mm下寬為1mm高為20mm的有機玻璃水槽(3)，該水槽上緣距離矩形有機玻璃容器(I)的上緣100mm，該水槽的底部連接厚為5mm內側長為490mm寬為1mm高為1200mm(高可以根據試驗要求設置成大于10mm以及小于1200mm之間的不同尺寸)矩形多孔有機玻璃體(4)，其長邊側面均勻布滿了直徑為2mm的圓孔，該矩形多孔有機玻璃體(4)與有機玻璃水槽(3)通過玻璃膠連接。4.根據權利要求1所述一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置，其特征在于:孔隙水壓力計(8)測量范圍O?50 kPa，精度0.04 kPa，土壓力盒(7)測量范圍O?50kP，精度0.04kP，含水率測試儀(6)測量范圍O?100%，精度為0.1%，試驗時每填土 200mm在直徑為1mm的鉆孔處埋入孔隙水壓計(8)、土壓力盒(7)含水率測試儀(6)并將這三種裝置的導線在鉆孔處引出，并用玻璃膠對鉆孔進行封堵；張力計(5)測量范圍O?80kPa，精度為I kPa，在每個直徑為28mm鉆孔處埋入張力計(5)，該張力計(5)顯示表盤在矩形有機玻璃容器(I)的外部并用玻璃膠進行固定，確保張力計(5)固定牢固。5.根據權利要求1所述一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置，其特征在于:水箱(10)由厚度為1mm的有機玻璃制成，容量達到10L;增壓栗(12)的最大壓力6kPa，流量控制器(11)控制范圍10?100ml/min，精度lml/min;噴頭(2)的長為490mm上寬1mm下寬40mm高為20mm ο6.根據權利要求1所述一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置，其特征在于:滑動尺(13)長500mm,寬20mm，高1mm在滑動尺(13)中心位置設有直徑為16mm的圓孔，距離該圓孔圓心10mm的上下位置分別設置兩個相同直徑的圓孔，滑動尺上的這3個圓孔用來安裝沉降桿，這樣的滑動尺(13)—共設置6個，兩端的滑動尺距離矩形有機玻璃容器(I)側壁10mm中間每隔200mm設置一個。7.根據權利要求1所述一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置，其特征在于:沉降桿(14)包括內桿以及護筒，其中護筒直徑為15mm固定在滑動尺(13)上，當矩形有機玻璃容器(I)內的土體沉陷時內桿就會同步下沉，內桿上標有刻度，量程為0~300mm，精度為1mm。
【文檔編號】G01N33/24GK106018746SQ201610455420
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】曾鈴, 劉登生, 何忠明
【申請人】長沙理工大學