專利名稱：變水頭壓力滲透儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域 本實(shí)用新型涉及一種滲透儀，特指系一種變水頭壓力滲透儀，適用于在實(shí)驗(yàn)室對土體的滲透系數(shù)進(jìn)行測定。

背景技術(shù)：
滲透是液體在多孔介質(zhì)中運(yùn)動的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象表達(dá)的定量指標(biāo)是滲透系數(shù)。土的滲透性是由于土顆粒骨架之間存在著連通的孔隙結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了水的運(yùn)移通道，土中自由水在重力作用下，通過土顆粒骨架的孔隙運(yùn)動，而使土體所具有的一種水力學(xué)特性。它是土力學(xué)和土體工程所涉及研究解決的三大問題(強(qiáng)度問題、穩(wěn)定問題和滲透問題)之一。土中孔隙水的運(yùn)動和孔隙水壓力的變化，常常是影響土的各種力學(xué)性質(zhì)及控制各種土工建筑物設(shè)計(jì)與施工的重要因素。
選用何種方法來測定土的滲透系數(shù)，應(yīng)根據(jù)土樣的滲透性大小來確定采用常水頭或變水頭法。因兩種方法的測試原理不同，故效果各異。對弱透水性的土樣，用常水頭法不能準(zhǔn)確地量測出水量；而對強(qiáng)透水性的土樣，用變水頭法由于水頭下降過快，無法得到滿意的結(jié)果。在一般情況下，常水頭法適用于滲透系數(shù)(k)大于10-4cm/s的土，變水頭法適用于透系數(shù)(k)為10-4～10-7cm/s的土。
在路基填筑過程中，填筑土是在一定含水率(一般在最優(yōu)含水率附近)狀態(tài)下分層壓實(shí)到一定壓實(shí)度。隨著時間的推移，含水量會發(fā)生變化，而且隨著深度(荷載)的不同，水分在其中產(chǎn)生的運(yùn)動規(guī)律不一致，其含水量變化也不盡相同。因此，測定一定初始壓實(shí)度、一定荷載(即為自重或附加荷載)作用下土體的滲透系數(shù)，是非常有必要的。針對工程實(shí)際中遇到的問題，迫切需要我們開發(fā)出一種適用于工程實(shí)際的滲透系數(shù)量測裝置，其裝置可限定土體的狀態(tài)，即為1.試驗(yàn)土體的含水量、初始壓實(shí)度可以控制；2.能向土體提供不同級別大小的荷載；3.水分能在相應(yīng)的壓實(shí)度與荷載條件下的土體中運(yùn)動。特別是對于細(xì)粒土而言，由于有壓滲透儀盛裝土樣的土樣筒太長，土體的飽和需要很長時間，特別是對壓實(shí)度較高的的粘性土，其飽和效果不甚理想，針對上述情況中出現(xiàn)的問題，急切需要一種儀器來解決上述問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種經(jīng)濟(jì)適用、操作簡單、量測精確、可控性強(qiáng)的變水頭壓力滲透儀。
本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn) 一種變水頭壓力滲透儀，包括支架，所述支架上安裝有土樣筒，所述土樣筒包括固定在支架上的底板、密封安裝在底板上的筒體和通過卡箍與筒體密封連接的套頭，所述套頭內(nèi)從上到下依次設(shè)有開口圓管、第一過水板、第一透水石，所述筒體內(nèi)從上到下依次設(shè)有土樣、第二透水石、第二過水板，所述底板的中部設(shè)有與所述第二過水板大小相匹配的凹槽，所述凹槽內(nèi)設(shè)有階梯，所述第二過水板安放在所述階梯上，所述底板上設(shè)有與所述第二過水板與所述凹槽底部形成的間隔連接的進(jìn)水口和排氣口，所述進(jìn)水口上設(shè)有進(jìn)水閥，所述排氣口上設(shè)有排氣閥，所述套頭上設(shè)有與套頭連通的三通閥，所述三通閥的一端通過抽氣閥與真空抽氣機(jī)連接，另一端通過出水閥與出水口連接，所述開口圓管上的開口設(shè)置在三通閥的位置，所述開口圓管的上方安裝有與所述套頭密封的、與壓力裝置連接的壓力密封板，所述筒體的上端安裝有百分表，所述百分表的測量頭與壓力密封板接觸。
本實(shí)用新型中，所述壓力裝置包括一端鉸接在所述支架上、另一設(shè)置有砝碼盤的壓桿，所述壓桿中部與壓力密封板連接。
本實(shí)用新型中，所述開口圓管由內(nèi)管和與內(nèi)管同心的外管組成，所述內(nèi)管和外管的管壁上相對應(yīng)的位置設(shè)有開口。
本實(shí)用新型中，所述壓力密封板上設(shè)有密封圈。
本實(shí)用新型中，所述筒體和所述底板之間設(shè)有起密封作用的橡膠墊，并通過螺桿固定。
本實(shí)用新型中，所述進(jìn)水閥與進(jìn)水管連接，所述進(jìn)水管上設(shè)有讀取進(jìn)水量的刻度尺。
由于采用上述的方案，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn) 1)試驗(yàn)土體的含水量、初始壓實(shí)度可以控制； 2)能向土體提供不同級別大小的荷載； 3)水能在相應(yīng)的壓實(shí)度與荷載條件下的土體中滲透流動； 4)配備真空抽氣機(jī)以快速飽和土樣； 5)配備百分表以精確測量土樣由于荷載作用產(chǎn)生的位移，并由此可推算出相應(yīng)的孔隙比。
綜上所述，本實(shí)用新型具有經(jīng)濟(jì)適用、操作簡單、量測精確、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)生產(chǎn)。

圖1為本實(shí)用新型土樣筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型底板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型開口圓管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖1-4中1-壓力密封板、2-開口圓管、3-第一過水板、4-第一透水石、5-第二透水石、6-第二過水板、7-套頭、8-卡箍、9-筒體、10-螺桿、11-橡膠墊、12-底板、13-進(jìn)水閥、14-排氣閥、15-三通閥、16-抽氣閥、17-真空抽氣機(jī)、18-出水閥、19-盛水瓶、20-百分表、21-砝碼盤、22-支架、23-刻度尺、24-凹槽、25-階梯、26-內(nèi)管、27-外管、28-土樣筒、29-壓桿、30-開口。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，來詳細(xì)說明變水頭壓力滲透儀的具體實(shí)施方式
。
如圖1至4所示，一種變水頭壓力滲透儀，包括支架22，所述支架22上安裝有土樣筒28，所述土樣筒28包括固定在支架22上的底板12、密封安裝在底板12上的筒體9和通過卡箍8與筒體9密封連接的套頭7，所述套頭7內(nèi)從上到下依次設(shè)有開口圓管2、第一過水板3、第一透水石4，所述筒體9內(nèi)從上到下依次設(shè)有土樣、第二透水石5、第二過水板6，所述底板12的中部設(shè)有與所述第二過水板6大小相匹配的凹槽24，所述凹槽24內(nèi)設(shè)有階梯25，所述第二過水板6安放在所述階梯25上，所述底板12上設(shè)有與所述第二過水板6與所述凹槽24底部形成的間隔連接的進(jìn)水口和排氣口，所述進(jìn)水口上設(shè)有進(jìn)水閥13，所述排氣口上設(shè)有排氣閥14，所述套頭7上設(shè)有與套頭7連通的三通閥15，所述三通閥15的一端通過抽氣閥16與真空抽氣機(jī)17連接，另一端通過出水閥18與出水口連接，所述開口圓管2上的開口設(shè)置在三通閥15的位置，所述開口圓管2的上方安裝有與所述套頭7密封的、與壓力裝置連接的壓力密封板1，所述筒體9的上端安裝有百分表20，所述百分表20的測量頭與壓力密封板1接觸。
本實(shí)用新型中，所述壓力裝置包括一端鉸接在所述支架22上、另一端設(shè)置有砝碼盤21的壓桿29，所述壓桿29中部與壓力密封板1連接。
所述開口圓管2由內(nèi)管26和與內(nèi)管同心的外管27組成，所述內(nèi)管26和外管27的管壁上相對應(yīng)的位置設(shè)有開口30。
所述壓力密封板1上設(shè)有密封圈。
所述筒體9和所述底板12之間設(shè)有起密封作用的橡膠墊11，并通過螺桿10固定。
所述進(jìn)水閥13與進(jìn)水管連接，所述進(jìn)水管上設(shè)有讀取進(jìn)水量的刻度尺23。
所述第一、第二過水板3、6由設(shè)有多個通孔的、能透過水的薄片構(gòu)成。
所述第一、第二透水石4、5由具透水性的薄石片構(gòu)成。
本實(shí)用新型的操作步驟如下 1)將試驗(yàn)土樣按照一定含水量、壓實(shí)度要求在筒體9里打土成形。
2)依次將第二過水板6和第二透水石5放入底座12，然后按照圖1所示連接筒體9與底座12，旋緊絲桿上的螺桿10，將筒體9和底座12固定在支架22上；用卡箍8連接筒體9及套頭7，擰緊卡箍8，然后依次安裝第一透水石4、第一過水板3、開口圓管2、壓力密封板1； 3)通過進(jìn)水閥13供水，開排氣閥14，排除滲透容器底部的空氣，直至溢出水中無氣泡，關(guān)排氣閥14；將三通閥15中與真空抽氣機(jī)17連接的抽氣閥16打開，啟動真空抽氣機(jī)17以快速飽和土樣，待土樣飽和后關(guān)閉真空抽氣機(jī)17及抽氣閥16； 4)調(diào)零百分表20，并按照一定的壓力級別，向土樣提供荷載，待百分表20讀數(shù)較為穩(wěn)定后，分別測定在相應(yīng)壓力級別情況下土樣的滲透系數(shù)。加壓順序?yàn)?5kpa、150kpa、225kpa、300kpa、375kpa、450kpa。
5)向進(jìn)水管注純水，使水升至預(yù)定高度，水頭高度根據(jù)試樣結(jié)構(gòu)的疏松程度決定，一般不大于2m，待水位穩(wěn)定后切斷水源，開進(jìn)水閥13，使水通過土樣。當(dāng)出水閥18有水溢出時開始測進(jìn)水管中起始水頭高度和起始時間，按預(yù)定時間間隔測計(jì)水頭和時間的變化，并測記出水口的溫度，準(zhǔn)確至0.2℃。
6)將進(jìn)水管中的水位變換高度，待水位穩(wěn)定在進(jìn)行測記水頭和時間變化，重復(fù)試驗(yàn)5～6次。當(dāng)不同開始水頭測定的滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時，即滿足要求，測定相應(yīng)百分表讀數(shù)后，可換下一級荷載。
7)結(jié)果整理按下式計(jì)算干密度及孔隙比 式中ρd——干密度(g/cm3)，計(jì)算至0.01； e0——土樣初始孔隙比，計(jì)算至0.01； ms——土樣干質(zhì)量(g)； m——風(fēng)干土樣總質(zhì)量(g)； wh——風(fēng)干含水率(％)； A——試樣斷面積(cm2)； h0——試樣初始高度(cm)； Gs——土粒比重； Δhi——某一級荷載下的總沉降量，等于該荷載下百分表讀數(shù)(mm)； h0——試樣起始時的高度(mm)； ei——某一荷載下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比，計(jì)算至0.01； 變水頭滲透系數(shù)按下式計(jì)算 式中kt——水溫t℃時的土樣滲透系數(shù)(cm/s)，計(jì)算至三位有效數(shù)字； a——進(jìn)水管的內(nèi)徑面積(cm2)； 2.3——ln和lg的變換因數(shù)； L——滲徑，即試樣高度(cm)； t1、t2——分別為測讀水頭的起始和終止時間(s)； H1、H2——起始水頭和終止水頭； A——試樣的過水面積。
標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)按下式計(jì)算 式中k20——標(biāo)準(zhǔn)水溫(20℃)時試樣的滲透系數(shù)(cm/s)，計(jì)算至三位有效數(shù)字； ηt——t℃時水的動力黏滯系數(shù)(kpa·s)； η20——20℃時水的動力黏滯系數(shù)(kpa·s)；

——黏滯系數(shù)比。
精密度和允許差 一個土樣多次測定時，應(yīng)在所測結(jié)果中取3～4個允許差值符合規(guī)定的測值，求平均值，作為該試樣在某壓力級別、孔隙比時的滲透系數(shù)。允許值不大于2×10-n。
8)試驗(yàn)結(jié)果如下


。
權(quán)利要求1.一種變水頭壓力滲透儀，包括支架(22)，所述支架(22)上安裝有土樣筒(28)，其特征在于所述土樣筒(28)包括固定在支架(22)上的底板(12)、密封安裝在底板(12)上的筒體(9)和通過卡箍(8)與筒體(9)密封連接的套頭(7)，所述套頭(7)內(nèi)從上到下依次設(shè)有開口圓管(2)、第一過水板(3)、第一透水石(4)，所述筒體(9)內(nèi)從上到下依次設(shè)有土樣、第二透水石(5)、第二過水板(6)，所述底板(12)的中部設(shè)有與所述第二過水板(6)大小相匹配的凹槽(24)，所述凹槽(24)內(nèi)設(shè)有階梯(25)，所述第二過水板(6)安放在所述階梯(25)上，所述底板(12)上設(shè)有與所述第二過水板(6)與所述凹槽(24)底部形成的間隔連接的進(jìn)水口和排氣口，所述進(jìn)水口上設(shè)有進(jìn)水閥(13)，所述排氣口上設(shè)有排氣閥(14)，所述套頭(7)上設(shè)有與套頭(7)連通的三通閥(15)，所述三通閥(15)的一端通過抽氣閥(16)與真空抽氣機(jī)(17)連接，另一端通過出水閥(18)與出水口連接，所述開口圓管(2)上的開口設(shè)置在三通閥(15)的位置，所述開口圓管(2)的上方安裝有與所述套頭(7)密封的、與壓力裝置連接的壓力密封板(1)，所述筒體(9)的上端安裝有百分表(20)，所述百分表(20)的測量頭與壓力密封板(1)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變水頭壓力滲透儀，其特征在于所述壓力裝置包括一端鉸接在所述支架(22)上、另一端設(shè)置有砝碼盤(21)的壓桿(29)，所述壓桿(29)中部與壓力密封板(1)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變水頭壓力滲透儀，其特征在于所述開口圓管(2)由內(nèi)管(26)和與內(nèi)管同心的外管(27)組成，所述內(nèi)管(26)和外管(27)的管壁上相對應(yīng)的位置設(shè)有開口(30)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的變水頭壓力滲透儀，其特征在于所述壓力密封板(1)上設(shè)有密封圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變水頭壓力滲透儀，其特征在于所述筒體(9)和所述底板(12)之間設(shè)有起密封作用的橡膠墊(11)，并通過螺桿(10)固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變水頭壓力滲透儀，其特征在于所述進(jìn)水閥(13)與進(jìn)水管連接，所述進(jìn)水管上設(shè)有讀取進(jìn)水量的刻度尺(23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變水頭壓力滲透儀，其特征在于所述第一、第二過水板(3)、(6)由設(shè)有多個通孔的、能透過水的薄片構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變水頭壓力滲透儀，其特征在于所述第一、第二透水石(4)、(5)由具透水性的薄石片構(gòu)成。
專利摘要一種變水頭壓力滲透儀，包括支架，所述支架上安裝有土樣筒，所述土樣筒包括固定在支架上的底板、密封安裝在底板上的筒體和通過卡箍與筒體密封連接的套頭，所述套頭內(nèi)從上到下依次設(shè)有開口圓管、第一過水板、第一透水石，所述筒體內(nèi)從上到下依次設(shè)有土樣、第二透水石、第二過水板，本實(shí)用新型具有經(jīng)濟(jì)適用、操作簡單、量測精確、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合于工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號G01N15/08GK201561921SQ200920259810
公開日2010年8月25日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者王桂堯, 吳勝軍, 付強(qiáng) 申請人:長沙理工大學(xué)