[发明专利]饱和软土振动离心渗流仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种饱和软土振动离心渗流仪，尤其涉及一种能根据水的渗流量来计算在振动荷载和离心作用下饱和软土渗透系数的渗流仪。

背景技术

土体渗透特性是岩土工程特性研究的重要方面，度量土体渗透特性指标是渗透系数，现有测量渗透系数的实验装置主要有常水头达西渗流仪和变水头达西渗流仪，该实验仪器对砂土渗透系数测量具有准确性高、技术成熟等优点。

但饱和软土具有含水率高、压缩性高、孔隙比高、承载能力低、渗透小“三高两低”的特性，其渗流往往表现出非达西渗流特性。应用现有的常水头达西渗流仪和变水头达西渗流仪对软土渗透系数测量将导致结果偏离工程实际，无法指导岩土工程勘察，很有可能给岩土工程设计、施工带来巨大的损失。

随着城市进程的不断加快，地铁、铁路、公路等交通工程发展迅速，中国已建和在建的高速铁路工程位居世界首位。岩土工程勘察更为关注不同频率动荷载对软土工程特性和污染物在土中迁移问题，尤其是动荷载和离心耦合作用下在软土渗流特性问题，目前仍采用现有的常水头达西渗流仪和变水头达西渗流仪对软土渗透系数测量，与工程实践不符，更不能模拟污染物如何在土中迁移，缺乏相应的实验装置。

所以人们开始越来越关注对软土渗流特性的研究，并将理论研究与工程经验累积的研究成果应用于工程实践中。

离心机模型试验被国际公认为是研究岩土动力学问题最有效、最先进的科学试验平台。1931年美国哥伦比亚大学首先研制出世界上第一台半径为0.25m的土工离心机，19世纪70年代初，土工离心机在美、英、苏联、法、日等国相继发展，研制出转台式离心机、吊篮式离心机和鼓式离心机，我国于19世纪80年代开始重视动力离心机技术，1982年由长江科学研究院简称，最大离心加速度达到300g，容量150g-t有效半径3m。截止目前，我国拥有20多台离心机。试验模型能够真实准确地反映原型的性态和行为，模型与原型之间需要满足几何相似、运动相似和动力相似关系三个基本条件，即对应于各参数的相似准则和参数之间的协调关系。假定模型使用原型材料(包含孔隙介质等)，离心加速度Ng条件下，基于动力离心模拟试验原理、“相似三定理”及平衡方程，可推导出模型与原型之间各物理参数的相似因子，该实验仪器虽然能计算软土渗透系数，但操作复杂，不能人为控制水平和竖向两个方向的振动荷载大小和频率。

2010年，同济大学研制的新型多功能渗透仪与达西定律实验教学，能更好地模拟自然界中双层或多层结构含水层中的渗流，虽然该仪器考虑了不同的渗透介质、渗流方向，但是并不适用于软土动力渗透系数的测量。

2012年，美国工程师协会，针对非饱和土研发了离心渗流仪，通过模拟N_rg条件下非饱和土的渗透特性，根据相似原理反推实际条件下非饱和土的渗透系数。虽然该仪器能够准确计算非饱和土渗透系数以及模拟污染物在土中迁移问题进行模拟，但是该实验仪器不能模拟不同频率或者频率组合动荷载作用下的软土渗透系数。

现有的实验仪器往往不能人为控制不同固定频率或者组合频率动荷载，软土渗透系数很难准确测量。

发明内容

本发明的目的提供一种能够更为准确地模拟动荷载作用下软土渗流固结特性的饱和软土振动离心渗流仪。技术方案如下：

一种饱和软土振动离心渗流仪，包括支架23，振动平台18，第一加载控制台和第二加载控制台，玻璃刻度旋转筒66，固定在振动平台18上的旋转电机60和注水部分。

振动平台18的一侧通过水平弹簧2与支架23相连，另一侧通过第一刚性杆27与第一加载控制台的钢柱39固定连接，由第一加载控制台控制做水平方向振动；

振动平台18的下部通过竖直弹簧22与支架23相连，振动平台18的下部靠中间的位置通过第二刚性杆32与第二加载控制台的钢柱39固定连接，由第二加载控制台控制做竖直方向振动；

玻璃刻度旋转筒66包括带有刻度的筒壁、同轴的大空心圆柱透水石20和小空心圆柱透水石8，其材料为透水混凝土；玻璃刻度旋转筒66中部为伸出筒底部的旋转电机60的电机转轴4；大空心圆柱透水石20的内壁和小空心圆柱透水石8的外壁之间形成土样槽9，在土样槽9内壁贴有滤纸6，并放置有饱和土样；由带有刻度的筒壁和大空心圆柱透水石20外壁形成的空腔被称为集水池3；