[发明专利]一种水平排水性能测试装置

权利要求书

1.一种水平排水性能测试装置，其特征在于主体结构包括供水箱、搅拌机、输水管、排水箱、污水泵、高泄水孔、低泄水孔、排水管、集水箱和土工合成材料；供水箱中设置有搅拌机，供水箱通过输水管与排水箱连接，输水管上设置有污水泵，排水箱的上部开设有高泄水孔和低泄水孔，排水箱的底部设置有排水管，排水管的出水口伸出排水箱，排水管的出水口下方设置有集水箱，排水管位于排水箱内部的部分开槽，槽中嵌置有与排水箱内壁连接的土工合成材料。

2.根据权利要求1所述的一种水平排水性能测试装置，其特征在于排水箱的长度、宽度和高度分别为500毫米、250毫米和750毫米；高泄水孔与低泄水孔之间的垂直距离为200毫米，高泄水孔与排水箱的顶部之间的垂直距离为50毫米，低泄水孔与土工合成材料的顶部之间的垂直距离为200毫米；排水管是厚度为2.5毫米的Φ30的PVC管，排水管在排水箱外部的长度为100毫米，排水管的中心与排水箱的底部之间的垂直距离为50毫米，排水管的开槽长度为205毫米；土工合成材料嵌入排水管的高度大于20毫米。

3.根据权利要求1-2所述的一种水平排水性能测试装置，其特征在于测试时，包括以下步骤：

(一)试验裁剪：将土工合成材料裁剪成宽度为200毫米或100毫米，高度为250毫米的块状，量测并记录所测初始重量；

(二)试验放置：将土工合成材料嵌入排水管的开槽处，土工合成材料的嵌入高度大于20毫米，土工合成材料的背面和两侧使用热熔胶粘合，顶部端头使用硅胶封闭，防止颗粒从顶部进入；

(三)砂层铺设：在排水箱的铺设厚度为50毫米的粗砂层对排水管进行包裹，防止土体由于渗透变形或流失而引起破坏，增加导水效果；

(四)角度调整：倾斜土工合成材料将铺设角度调整至0°-90°，铺设角度根据土工合成材料在隧道衬砌初期支护与二次衬砌之间的实际铺设情况选取，隧道边墙处的土工合成材料铺设角度为90°，拱腰处的铺设角度逐渐减小，拱顶处的铺设角度近似于水平；

(五)滤料填充：在粗砂层的上方铺设厚度为250毫米的细砂层，以50毫米一层分层填充并夯实；

(六)配置浑水溶液：选取粒径小于1毫米的土颗粒配置含砂量为7kg/m³的浑水溶液，开启搅拌机对浑水溶液进行搅拌，开启污水泵抽取浑水溶液至排水箱；

(七)水头调节：根据需要选取200毫米水头或400毫米水头；

(八)排水试验：浑水溶液使细砂层和土工合成材料组成的滤料层逐渐浸水饱和，待排水管的排水量稳定后，开始收集排水，记录水流量和排水时间；

(九)数据计算：根据记录的水流量和排水时间计算得到排水速率、综合渗透系数和导排效益比：

1.使用公式计算单位时间排水量，其中，Q为单位时间排水量，Q_n为第n次总排水量，t'_n为第n次记录结束时刻，t_n为第n次记录开始时刻；

2.使用公式计算排水速率，其中，v为排水速率，Q为单位时间排水量，A为渗流面积，即土工合成材料与细砂层和粗砂层的接触面积；

3.使用公式计算综合渗透系数，其中，k_综为综合渗透系数，v为排水速率，i为水力梯度，L为细砂层顶部到土工合成材料中心的距离，Δh为水头差，即水面到土工合成材料中心的距离；

4.使用公式计算导排效益比，其中，d为导排效益比，k_综为综合渗透系数，k_砂为通过土工试验测得单一砂层渗透系数。