[发明专利]外荷作用下土体二向渗流模型装置及测试方法

权利要求书

1.一种外荷作用下土体二向渗流模型装置，其特征在于，包括三室容器箱、进排水系统、应力加载装置（22）和底座（25）；所述三室容器箱包括：容器箱（1）、活动隔板（5）、活动滤网（6）、水箱（43）；活动隔板（5）和活动滤网（6）均通过套槽（11）与容器箱（1）连接，套槽（11）与活动隔板（5）之间以及套槽（11）和活动滤网（6）之间设置海绵垫层（31），从而保证密封性；所述进排水系统包括顶进水孔（15）、移动排水装置（7）、体变管（17）、下排水孔（18）、底排水孔（16）；所述顶进水孔（15）安装在所述容器箱（1）右侧的顶部，所述移动排水装置（7）安装在容器箱（1）的左右两侧，所述体变管（17）安装在容器箱（1）的右侧，所述体变管（17）下端连接下排水孔（18），所述容器箱（1）右室的底板中心开设底排水孔（16），在顶进水孔（15），下排水孔（18）和底排水孔（16）上分别装有阀门（9），在下排水孔（18）和底排水孔（16）与容器箱（1）的内壁交接处贴有滤砂层（10）；所述容器箱（1）左室（2）为密封容器室，且上部开设连接孔（41），用来连接水箱（43）；所述底座（25）包括框架（27）、角钢（28）、支架（29），所述角钢（28）和支架（29）固定在框架（27）的四角上；应力加载装置（22）通过螺栓孔A（39）或螺栓孔B（40）固定在底座（25）上；

所述应力加载装置（22）包含钢架（36）、气缸（35）、活塞（37）、应力控制面板（34）、应力显示器（33）；应力显示器（33）与应力控制面板（34）为一整体，应力控制面板（34）粘结在钢架（36）上，气缸（35）焊接在钢架（36）上，钢架（36）下端设有螺栓（38），用于连接底座（25）；

测量土体的横向渗透系数与土所受压力的关系时，把所有活动滤网（6）调到容器箱（1）底部，把所有活动隔板（5）调到距容器箱（1）底部50mm处，关闭容器箱两侧移动排水孔（8），关闭底部排水孔（16）的阀门（9），关闭体变管（17）的阀门（9），向中室（3）放入土样，依次盖上容器盖（19）、橡胶垫（20）、载物台（21），把应力加载装置（22）固定在底座（25）上，让活塞（37）与载物台（21）接触，调节应力控制面板（34），使应力达到试验所需应力，稳定后，通过导管（42），把水箱（43）安装在左室（2）上部的接孔（41）上，打开水箱（43）的阀门（9）向左室（2）注水，等到右室（4）的水位线超过100mm时，将右侧移动排水孔（8）移到右侧水位线位置，并打开移动排水孔（8），待右侧移动排水孔排水均匀时，开始收集右侧移动排水孔排除的水，并计时。

2.根据权利要求1所述的外荷作用下土体二向渗流模型装置，其特征在于，所述移动排水装置（7）包含移动排水孔（8），钢片（24）和钢片盒（13）；所述移动排水孔（8）安装于钢片（24）上，移动排水孔（8）与钢片（10）间空隙用硅胶密封，移动排水孔（8）上安装有阀门（9），在移动排水孔（8）与容器箱（1）的内壁交接处贴有滤砂层（10）；两个钢片盒（13）分别安装在容器箱（1）的顶端和底端，钢片盒（13）上安装旋杆（14），所述钢片（24）通过旋杆（14）卷进上下钢片盒（13）内；在容器箱（1）左侧壁中间和右侧壁中间开有竖向开口，在竖向开口的外侧设置有外槽（23），所述钢片（24）通过外槽（23）安装在竖向开口的外侧，在钢片（24）外附有一层塑胶膜（30），在钢片（24）和外槽（23）之间设置海绵垫层（31），保证密封性。

3.根据权利要求1所述的外荷作用下土体二向渗流模型装置，其特征在于，在容器箱（1）外表面上，在中间隔板（5）的位置设有自下而上的刻度（12）。

4.根据权利要求1所述的外荷作用下土体二向渗流模型装置，其特征在于，在底座（25）的框架（27）宽度方向有两个凹孔（26），使得钢片盒（24）穿过底座（25）；在底座（25）的框架（27）长度方向有螺栓孔A（39）、螺栓孔B（40），螺栓孔A（39）、螺栓孔B（40）通过螺栓（38）连接应力加载装置（22）。

5.一种外荷作用下土体二向渗流模型的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，准备步骤：首先按照试验要求将相应的土样装入容器箱（1），其次将应力加载装置（22）通过螺栓孔A（39）或螺栓孔B（40）安装在仪器上，并设置压力，测量横向透系数时，把水箱（43）安装在容器箱（1）的左室（2）上方，并通过水箱（43）设置上游水头，测量竖向渗透系数时，直接从容器箱（1）的右室（4）上方的进水孔（15）加水，最后调整出水孔（18）位置；

步骤二，测量步骤：通过容量瓶收集流经土样的水，等水均匀流出时，记录流经土样的水流量和时间；

步骤三，计算步骤：对记录到的水流量数据和时间数据按照公式进行计算，得出渗透系数，其中k为渗透系数、V为水流量、L为渗径长度、A为试样横截面积、h为水头差、t为记录的时间。