[发明专利]大型数控双向渗透仪

说明书

技术领域   

本发明涉计一种试验装置，具体涉及一种大型数控双向渗透仪，特别适用于高土石坝体与坝基材料的渗透试验。可进行有上覆压力以及长期有渗流作用下的渗透试验，并可满足较深入的渗透变形，渗透破坏试验研究及其它重大工程土石料渗透试验要求。

背景技术

国内外坝工实践表明：由渗流引起的渗透变形是造成土石坝破坏和失事的主要原因^[1]，渗流与渗透变形分析是堆石坝坝体设计的关键技术问题。目前室内渗透与渗透变形试验研究主要存在以下问题：（1）渗透与渗透变形试验装置试样直径一般在300mm，试样最大粒径仅为60mm。现场堆石料的粒径最大可达到1m。这种缩尺效应势必影响试验的可靠性。（2）对于300m级高坝防渗体、反滤材料、过渡料等的最大轴向应力可超过6Mpa。中国国内室内渗透与渗透变形试验一般都在无上覆压力情况下进行试验，这忽视了坝体材料的真实应力状态，试验成果与现实情况严重脱离；（3）坝基覆盖层和坝体内部水头压力一般都很大，有的区域甚至达到2Mpa。另外，往往由于设计缺陷、施工不当等种种原因，出现了防渗体开裂等，如株树桥水库面板开裂后，垫层承受的水压力大大升高，远远超出在无反滤保护条件下垫层的抗渗破坏比降，加剧了垫层渗透变形^[2]。目前室内试验中一般最大水头压力都只能控制在几帕或几十帕之间，最大水头坡降一般为几十左右，远远小于现场坝体材料所受水头压力和坡降。 

进年来由于经济和科学技术的发展，有些单位已进行了一些渗透与渗透变形试验装置的研制。如清华大学^[3]的试验桶直径为600mm，试样最大粒径提高至120mm，试验可进行的破坏坡降超过10。 

青海省水利水电科学研究所^[4]研制的大型高压渗透仪直径为1000mm，最大上覆压力为1Mpa，最大水头压力为0.35MPa。河海大学等[5]研制了试样桶直径300mm、高度500mm的渗透仪。西北农林科技大学等^[6]研制了的新型渗透变形仪直径为61.8mm，渗透水压力最高为400kPa。 

总体而言，上述设备的研制只能在某一方面进行改进，未能综合考虑缩尺效应影响、坝体的真实应力状态、坝体材料真实的水压力状态、水流方向等因素。现有的渗流试验存在无上覆荷载、试样尺寸小、水头压力小的问题。 

参考文献 

[1]屈智炯，对粗粒土渗透变形研究的进展。水电站设计，2008，24（1）：48-55

[2]盛金保，谢晓华，李雷.株树桥水库大坝严重渗漏原因分析,水利水运工程学报，2003（4）：25-30

[3]郑瑞华、张嘎、张建民等大型无粘性土渗透破坏试验系统及应用，实验技术与管理，2007，24（5）：23-25）

[4]杨得勇、雍莉. 混凝土面板砂砾石坝垫层料过渡料渗流及渗透稳定性试验研究,西北水电，2001（2）：47-50

[5]张福海，王保田，张文慧等，粗粒土渗透系数及土体渗透变形仪的研制，水利水电科技进展，2006，26（4）：31－33（30，50）

[6]田堪良,张慧莉,罗碧玉.新型渗透变形仪的研制.岩石力学与工程学报，2008，27（S2）3441－3444。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型数控双向渗透仪，该渗透仪测定无粘性、粘性土的渗透系数以及在上覆荷载情况下，从上向下，或从上向下在不同压力和不同流速的渗透水流作用下，发生渗透变形的临界坡降和破坏坡降。本发明与普通垂直渗透仪不同的显著特点是：有很大的上覆荷载0～6MPa，可调节的水头压力可达1.6 MPa，渗流水量较大为6m³/h，数据采集准确，控制模式自动化程度高。 

完成上述发明任务的方案是： 

一种大型数控双向渗透仪，由底座、4根立柱，上横梁构成机架，机架中部设有放置试样的渗透室，该渗透室下面设有轴向液压缸；该渗透室与恒压供水装置连通；

渗透室的上盖进口、底盘出口装有压力传感器，渗透室内装有上渗透板，下渗透板及加荷活塞；

一个球形支座，设置在渗透室的外部，调整加荷活塞受力时的同轴度。该渗透室上下两进出口阀座上各装一个压力传感器，渗透室的四个方向外侧面中部各装有一个压力传感器，用于测定各部分的水头压力；轴向液压伺服油缸活塞上装有位移传感器，用于控制活塞位置。各压力传感器与位移传感器的输出连接计算机；