[发明专利]粉土抗渗强度测定设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土壤性能测试设备及方法。更具体地说，本发明涉及一种粉土抗渗强度测定设备和方法。

背景技术

粉土为介于砂土和粘性土之间，塑性指数I_p≤10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50％的土。由于构造和冰川活动，第四纪被认为是富含粉土沉积物的地质时期。世界上在经历过冰川活动或冲积作用的地区，粉土非常普遍。

粉土具有特殊工程性质，粉土结构较敏感，易扰动，水与土之间的作用在粘性土与在砂土中有明显的区别。土体抵抗渗透破坏的能力称为抗渗强度，即单位土体能承受的极限渗透力γ_wJ_F。J_F为破坏水力比降或抗渗比降，也可做为抗渗强度。粉土在地下水动水压力作用下极易产生渗透变形，导致地质灾害和工程问题非常突出，因此对粉土抗渗强度的研究有重要意义。

粉土渗透变形是一个十分复杂的问题，它的形式及其发生发展与粉土地质情况、颗粒级配、水力条件、水流方向等因素有关，通常可归结为为以下4种：(1)流土：土体的颗粒群在渗流作用下同时起动并带走，它可以是整体性，也可以是局部性：(2)管涌：在渗流作用下，颗粒沿着孔隙通道移动或被水流带走：(3)接触冲刷：渗流沿着不同介质的接触面流动时，把颗粒带走：(4)接触流土：渗流垂直与不同介质的接触面流动时，把其中一层的颗粒移入到另一层中去。在实际工程中，渗透变形发生的形式，可以是单一形式出现，也可以是几种形式伴随出现于不同部位。

纵观国内外渗透破坏研究现状，集中在大坝渗流管涌方面较多，大多数是针对无粘性土或粘性土的，垂直渗透变形仪也只适用于测定粗颗粒土的垂直渗透系数和渗透变形。因此，针对粉土特性研制粉土抗渗强度测定装置，测定粉土在不同地质情况、颗粒级配、水力条件和不同防治措施下的渗透变形发展规律和特征，粉土发生渗透破坏时处于临界状态的指标，为粉土地基渗透破坏的防控提供参考。对于粉土的渗透变形，对粉土的临界水力比降、粉土抗渗强度的研究有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种粉土抗渗强度测定设备及基于该设备的测定方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种粉土抗渗强度测定设备，包括主体为环形护筒的渗透容器，内置一个环刀；所述渗透容器的顶部为设有溢水口的顶盖，其底部为设有排气管和进水口的底座；所述进水口经三通阀与供水管和进水管相连，供水管连接至水位调节装置，进水管连接至变水头装置；所述水位调节装置是一个带有水位计的贮水器，供水管与贮水器底部出水阀连通；所述变水头装置包括带毫升刻度的变水头管及带毫米刻度尺的固定支架，进水管与变水头管底部连通。

作为一种改进，所述进水管上设管夹。

作为一种改进，所述溢水口、排气管和进水口分别设置阀门。

作为一种改进，所述贮水器设于升降架之上。

作为一种改进，所述渗透容器设于台座之上，并配有透明接水容器。

作为一种改进，所述环刀与顶盖及底座之间设密封圈。

作为一种改进，所述环刀的上端和下端分别设置模拟抗渗层和模拟下卧层；所述模拟抗渗层为土工布或压重材料；所述模拟下卧层为透水石或砂土。

作为一种改进，所述粉土抗渗强度测定设备包括两组以上渗透容器和变水头装置，每个渗透容器均通过管路和三通阀连接至与其配套的变水头装置，并与同一个水位调节装置的出水阀连通。

作为更进一步的发明目的，本发明还提供了基于前述粉土抗渗强度测定设备的粉土抗渗强度测定方法，包括以下步骤：

(1)将渗透容器底座的进水口与水位调节装置连通；检查渗透容器，要求密封至不漏水不漏气；在渗透容器底座上放置模拟下卧层，模拟下卧层为透水石或砂土；

(2)将装有粉土试样的环刀装入渗透容器；由于粉土结构敏感，在试样上端加保护网布后，再放入上透水石并盖紧顶盖；开排气管，排除渗透容器底部的空气；

(3)饱和：关排气管，用变水头装置的水头进行试样饱和；渗透容器的溢水口为水位零点，调节贮水器的水位高度，打开变水头装置中的进水管的阀门使水位与变水头管相通，饱和水头根据粉粒含量，应确保不出现饱和破坏；当溢水口连续出水，说明粉土样已充分饱和，粉粒含量越高饱和时间越久；

(4)设置模拟抗渗层：关进水管的阀门，打开顶盖取出上透水石；根据粉土抗渗强度测定的需要设置模拟抗渗层后，重新盖上顶盖，当溢水口重新出水时进行试验；所述模拟抗渗层为土工布或压重材料；