[发明专利]超大粒径粗粒土渗透系数测定装置及测定方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种水利工程材料的参数测定装置及方法，特别涉及一种用于对工程中选用的超大粒径粗粒土料(粒径60mm≤d₈₅≤100mm)进行渗透特性测定的装置及方法，其IPC国际专利分类号为E02D1/04和E02D33/00。

背景技术：

在水利、交通、铁路等工程建设中，粗粒土常常作为基础用料。粗粒土按照《土的分类标准》(GBJ145-90)规定，粗颗粒土指的是粒径大于0.075mm且小于60mm的颗粒。

在水利工程中，粗粒土常作为坝基、堤基用料；在铁路、公路工程中，则常常作为路基用料。对于这些工程而言，渗透变形、破坏是一个常见的问题，粗粒土由于其构成的成份、级配不同，以及不同的工程情况，其渗透性能差距非常大，因此，在工程中采用合适的粗粒土料，需要进行其渗透性能的测试。近年来由于国家大力建设水利工程，南水北调等大型水利工程已经在建设中，在南水北调工程中，由于工程战线长，施工用土料需求巨大，特别是作为引水渠道的基础用料的粗颗粒土。为方便施工，就地取料是较为有效的措施之一。南水北调工程沿线区域的土料，粗颗粒土量较少，大多为粒径超过60mm但小于100mm的超大粒径粗粒土，即粒径60mm≤d₈₅≤100mm。通过试验验证，该类超大粒径的粗粒土经过正确的配比，可以达到工程用料的要求，但其的渗透性能需要经过严格的试验测定，才能运用在工程之中。

在目前的工程应用中，有针对粗粒土进行渗透试验的装备，其设备内径大小为200mm和300mm，根据《土工试验规程》(SL237-1999)的规定，根据试验土样粒径，按仪器内径大于试样粒径d85的5倍选择仪器。因此，现有的设备能够测试的粒径范围有限，d85不超过60mm。由于之前在水利工程中使用超大粒径粗粒土非常少，同时在水利工程中使用该类土料时，需配比较多的黏性土小颗粒，加之试样尺寸较大，试样非常难以进行排气饱和，因此没有对超大粒径粗粒土进行渗透性能测试的仪器和成熟的测试方法。随着南水北调等大型工程的建设，超大粒径粗粒土在工程中的应用会越来越广泛，研制一套能对超大粒径粗粒土渗透特性进行测试的仪器及其测试方法，是非常有必要的。

发明内容：

发明人通过对以往设备的研究以及现有工程中选用的超大粒径的粗粒土特性的分析，设计了专用测试仪器，在测试筒壁外侧设计数量众多的测压排气孔，解决了试样直径大，难以排气饱和的测试难题，使得测试仪器可以对d85≥60mm的超大粒径的粗粒土进行渗透特性的测试。而且，发明人采用该测试仪器，对试样的厚度、试样排气饱和方法时的水温、渗透坡降递增值等参数进行了大量的实验和现场验证，发明了采用该测试仪器对超大粒径的粗粒土渗透性进行测试的方法。

本发明的目的是提供一种快速、系统、简便、快速的适用于超大粒径粗粒土渗透系数及渗透变形测定的仪器，以及一种利用该仪器测定超大粒径粗粒土渗透系数的方法。

一种超大粒径粗粒土渗透系数测定装置，包括测试筒、自动加压系统和测压管，所述测试筒由底座支架、缓冲料容器、筒身和上盖组成，其中，所述缓冲料容器支撑在所述底座支架上部，缓冲料容器的侧壁设置有下排气孔，下部设有下过水口；所述缓冲料容器上部与所述筒身通过密封螺栓连接，所述筒身上设置多个筒壁测压排气孔，每个所述的筒壁测压排气孔设有阀门；所述筒身上部通过密封螺栓与所述上盖连接，所述上盖的上端设有上过水口和上排气孔；所述自动加压系统与所述下过水口连通，所述测压管与所述筒壁测压排气孔连通。

一种超大粒径粗粒土渗透系数的测定方法，其步骤如下：

1.准备好超大粒径粗粒土渗透系数测定装置：

1.1所述测定装置包括测试筒、自动加压系统和测压管，所述测试筒由底座支架、缓冲料容器、筒身和上盖组成，其中，所述缓冲料容器支撑在所述底座支架上部，缓冲料容器的侧壁设置有下排气孔，下部设有下过水口；所述缓冲料容器上部与所述筒身通过密封螺栓连接，所述筒身上设置多个筒壁测压排气孔，每个所述的筒壁测压排气孔设有阀门；所述筒身上部通过密封螺栓与所述上盖连接，所述上盖的上端设有上过水口和上排气孔；所述自动加压系统与所述下过水口连通，所述测压管与所述筒壁测压排气孔连通；

1.2在所述缓冲料容器内填充细砾石作为缓冲层，用以缓冲水流并将渗水压力平均分散；

2.试样制备：

2.1扰动样制备

(1)选取试样，对试样进行颗粒分析，确定试样的级配曲线，并绘制颗粒级配曲线图；

(2)根据需要控制的干密度及试样高度，按照式(1)计算试样质量；