[发明专利]一种土工试验气压固结渗透仪及其试验监测方法

说明书

一种土工试验气压固结渗透仪及其试验监测方法，所述气压固结渗透仪包括气压加载装置、联合固结渗透试样装置和试验指标测量装置；气压加载装置包括固定座(18)、供压储备舱(35)、活塞顶管(15)、支架(1)、水平反力横桥(5)、设置在供压储备舱上的电子气压传感器(17)；联合固结渗透试样装置包括托座(14)、底座(13)、舱筒套(10)、取土器(9)、下透水石(12)、上透水石(25)、内舱压盖(7)、上压盒(8)、外螺纹排水顶管(23)、压杆(36)；上透水石和下透水石之间为试样舱(11)，底座(13)上开设有进水道(24)；试验指标量测装置包括电子流量计(3)、电子位移传感器(16)、电子孔隙水压力计(26)、渗透水头管(19)。本发明试验误差小，操作方便快捷。

技术领域

本发明涉及土壤试验装置及试验方法技术领域，具体涉及一种土工试验气压固结渗透仪及其试验监测方法。

背景技术

土壤是地壳表层岩石自然分化的产物，同时也是工程建设中必不可少的建筑材料。作为一种松散的堆积物，土壤由土颗粒、土中气、土中水三相体系组成，使其具有复杂的物理力学性质。人们在生产建设中常通过室内土工试验来得到所需岩土的工程力学指标，对不同类型的土体进行研究和评价，为工程建设提供依据。

土的固结试验是测定土体在压力作用下的压缩特性，e-lgp压缩曲线和e-lgt压缩曲线是室内土的固结试验的直接成果，从而得到土的压缩性指标，包括土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、及通过经验作图法得到沉积土(层)的应力历史、土的固结系数和土体的次压缩系数。目前对于土的固结试验一般使用WG-3型单向压缩固结仪完成，该试验装置在试验时存在以下缺点与不足：

(1)砝码杠杆式加压，固结试验过程中随着土样被压缩导致杠杆失去平衡，造成实际加压荷载和理论加压荷载不符，虽然WG-3型单向压缩固结仪设有平衡杠杆调节轮，但通过这种方法调节加压杠杆平衡是阶段性的，不能实时地对加压荷载进行补偿，在人为的观察加压平衡杆平衡，调节平衡过程中不免会对固结试验产生影响。

(2)WG-3型单向压缩固结仪横桥加载顶杆与固结仪上压盖为触点接触，固结过程试样的变形可能不均匀，会造成固结仪上压盖及试样上方透水石偏转，导致固结仪上压盖及试样上方透水石与环刀卡塞，影响位移百分表对试验变形的量测。

(3)试验测量指标较为单一，进行固结压缩试验仅能控制固结荷载与测量固结变形量。使用该装置开展长期固结试验，由于固结仪气密性较差，试样被风干，对试验结果有较大影响。

目前试验室测定土样的渗透系数，一般都以常水头或变水头渗透试验进行测定。常水头渗透试验与变水头渗透试验所用设备基本相同，仅在水头控制方面有所不同，试验方法总体来说比较简便。但试验设备存在很大的不足，主要体现在：

(1)取土器方面。就测定原状土样渗透系数而言，制取原状样渗透土样时常见的方法为采用压样器将取土器推入土层中，再刨出试样。压入取土器的过程中，取土器内土体相对向上移动，当压样力度较大时，会致使试样上表面被压样器挤压，破坏原状土样的渗透性。

(2)堵水路径方面。该装置设计时未考虑土样与取土器内壁之间的缝隙，试验过程中水能直接从该缝隙内涌出，很大程度上影响对渗透系数的测定。

通过结合土的固结试验与土的渗透试验，开展土体的固结渗透试验，测定土样在不同固结状态下的渗透系数。目前室内试验为了达到试验目的，试验者多是结合WG-3型单向压缩固结仪与渗透仪进行改造，通过查阅相关专利及试验验证，发现该类设备改造存在一些问题：除了具有以上列出的WG-3型单向压缩固结仪与渗透仪各自存在的缺点外，常见改造的固结渗透仪也存在一些问题，如：从试样底部加水渗透，当固结压力小于水头压力，由于取土环刀是被固结渗透仪掐牢无法移动，水头压力会向上推动试样导致土样与环刀分离，水从间隙中通过，导致渗透系数测量不准确。

发明内容