專利名稱：粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土壤性能測試設(shè)備及方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種粉土抗
滲強(qiáng)度測定設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
粉土為介于砂土和粘性土之間，塑性指數(shù)Ip《10且粒徑大于0. 075mm的顆粒含量不超過全重50%的土。由于構(gòu)造和冰川活動(dòng)，第四紀(jì)被認(rèn)為是富含粉土沉積物的地質(zhì)時(shí)期。世界上在經(jīng)歷過冰川活動(dòng)或沖積作用的地區(qū)，粉土非常普遍。 粉土具有特殊工程性質(zhì)，粉土結(jié)構(gòu)較敏感，易擾動(dòng)，水與土之間的作用在粘性土與在砂土中有明顯的區(qū)別。土體抵抗?jié)B透破壞的能力稱為抗?jié)B強(qiáng)度，即單位土體能承受的極限滲透力YWJF。 JF為破壞水力比降或抗?jié)B比降，也可做為抗?jié)B強(qiáng)度。粉土在地下水動(dòng)水壓力作用下極易產(chǎn)生滲透變形，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害和工程問題非常突出，因此對粉土抗?jié)B強(qiáng)度的研究有重要意義。 粉土滲透變形是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，它的形式及其發(fā)生發(fā)展與粉土地質(zhì)情況、顆粒級配、水力條件、水流方向等因素有關(guān)，通?？蓺w結(jié)為為以下4種(l)流土土體的顆粒群在滲流作用下同時(shí)起動(dòng)并帶走，它可以是整體性，也可以是局部性(2)管涌在滲流作用下，顆粒沿著孔隙通道移動(dòng)或被水流帶走(3)接觸沖刷滲流沿著不同介質(zhì)的接觸面流動(dòng)時(shí)，把顆粒帶走(4)接觸流土 滲流垂直與不同介質(zhì)的接觸面流動(dòng)時(shí)，把其中一層的顆粒移入到另一層中去。在實(shí)際工程中，滲透變形發(fā)生的形式，可以是單一形式出現(xiàn)，也可以是幾種形式伴隨出現(xiàn)于不同部位。 縱觀國內(nèi)外滲透破壞研究現(xiàn)狀，集中在大壩滲流管涌方面較多，大多數(shù)是針對無粘性土或粘性土的，垂直滲透變形儀也只適用于測定粗顆粒土的垂直滲透系數(shù)和滲透變形。因此，針對粉土特性研制粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定裝置，測定粉土在不同地質(zhì)情況、顆粒級配、水力條件和不同防治措施下的滲透變形發(fā)展規(guī)律和特征，粉土發(fā)生滲透破壞時(shí)處于臨界狀態(tài)的指標(biāo)，為粉土地基滲透破壞的防控提供參考。對于粉土的滲透變形，對粉土的臨界水力比降、粉土抗?jié)B強(qiáng)度的研究有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備及基于該設(shè)備的測定方法。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明提供了一種粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，包括主體為環(huán)形護(hù)筒的滲透容器，內(nèi)置一個(gè)環(huán)刀；所述滲透容器的頂部為設(shè)有溢水口的頂蓋，其底部為設(shè)有排氣管和進(jìn)水口的底座；所述進(jìn)水口經(jīng)三通閥與供水管和進(jìn)水管相連，供水管連接至水位調(diào)節(jié)裝置，進(jìn)水管連接至變水頭裝置；所述水位調(diào)節(jié)裝置是一個(gè)帶有水位計(jì)的貯水器，供水管與貯水器底部出水閥連通；所述變水頭裝置包括帶毫升刻度的變水頭管及帶毫米刻度尺的固定支架，進(jìn)水管與變水頭管底部連通。 作為一種改進(jìn)，所述進(jìn)水管上設(shè)管夾。 作為一種改進(jìn)，所述溢水口 、排氣管和進(jìn)水口分別設(shè)置閥門。
作為一種改進(jìn)，所述貯水器設(shè)于升降架之上。 作為一種改進(jìn)，所述滲透容器設(shè)于臺座之上，并配有透明接水容器。
作為一種改進(jìn)，所述環(huán)刀與頂蓋及底座之間設(shè)密封圈。 作為一種改進(jìn)，所述環(huán)刀的上端和下端分別設(shè)置模擬抗?jié)B層和模擬下臥層；所述 模擬抗?jié)B層為土工布或壓重材料；所述模擬下臥層為透水石或砂土。 作為一種改進(jìn)，所述粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備包括兩組以上滲透容器和變水頭裝 置，每個(gè)滲透容器均通過管路和三通閥連接至與其配套的變水頭裝置，并與同一個(gè)水位調(diào) 節(jié)裝置的出水閥連通。 作為更進(jìn)一步的發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了基于前述粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備的粉 土抗?jié)B強(qiáng)度測定方法，包括以下步驟 (1)將滲透容器底座的進(jìn)水口與水位調(diào)節(jié)裝置連通；檢查滲透容器，要求密封至
不漏水不漏氣；在滲透容器底座上放置模擬下臥層，模擬下臥層為透水石或砂土 ； (2)將裝有粉土試樣的環(huán)刀裝入滲透容器；由于粉土結(jié)構(gòu)敏感，在試樣上端加保
護(hù)網(wǎng)布后，再放入上透水石并蓋緊頂蓋；開排氣管，排除滲透容器底部的空氣； (3)飽和關(guān)排氣管，用變水頭裝置的水頭進(jìn)行試樣飽和；滲透容器的溢水口為水
位零點(diǎn)，調(diào)節(jié)貯水器的水位高度，打開變水頭裝置中的進(jìn)水管的閥門使水位與變水頭管相
通，飽和水頭根據(jù)粉粒含量，應(yīng)確保不出現(xiàn)飽和破壞；當(dāng)溢水口連續(xù)出水，說明粉土樣已充
分飽和，粉粒含量越高飽和時(shí)間越久； (4)設(shè)置模擬抗?jié)B層關(guān)進(jìn)水管的閥門，打開頂蓋取出上透水石；根據(jù)粉土抗?jié)B強(qiáng) 度測定的需要設(shè)置模擬抗?jié)B層后，重新蓋上頂蓋，當(dāng)溢水口重新出水時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)；所述模擬 抗?jié)B層為土工布或壓重材料； (5)試驗(yàn)根據(jù)粉土的顆粒級配、防治措施等選擇初始水力比降、水力比降遞增值 和滲水量；調(diào)節(jié)貯水器的水位，待變水頭管水位穩(wěn)定，記錄水頭高度；關(guān)變水頭管管夾，當(dāng) 溢水口有水溢出時(shí)隨即開動(dòng)秒表，測記預(yù)定滲水量所需要的時(shí)間；通過出水口和透明接水 容器，仔細(xì)觀察出水情況，當(dāng)粉粒開始跳動(dòng)被水帶出，達(dá)到臨界水力比降JCT ;
破壞水力比降JF :隨水頭不斷加大，出水口出水渾濁，滲透流量變大，此時(shí)水頭增 加到試樣失去抗?jié)B強(qiáng)度，根據(jù)公式(a)得到的水力比降JF為抗?jié)B比降或抗?jié)B強(qiáng)度；
「 ， T ^ J (a) 公式(a)中，J為粉土滲流的水力比降；Ah為滲透水頭差，每級水力比降下變水頭 管穩(wěn)定水位至溢水口高度(cm) ;L為滲透路徑，即土樣高度(cm)。
本發(fā)明有益效果是 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的測定設(shè)備和測定方法可用于測定粉土在不同地質(zhì) 情況、顆粒級配、水力條件和不同防治措施下的滲透變形發(fā)展規(guī)律和特征，粉土發(fā)生滲透破 壞時(shí)處于臨界狀態(tài)的指標(biāo)，為粉土地基滲透破壞的防控提供參考。對于粉土的滲透變形，對 粉土的臨界水力比降、粉土抗?jié)B強(qiáng)度的研究有重要意義。此外，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣本同時(shí)分析，大大縮減了測定時(shí)間，提高了工作效率。


圖1為本發(fā)明中單套式粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1中滲透容器的結(jié)構(gòu)放大示意圖； 圖3為多套式粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備的安裝示意圖。 圖中的附圖標(biāo)記 1水位調(diào)節(jié)裝置、2變水頭裝置、3滲透容器、4模擬層、5粉土樣、6透明接水容器、7臺座；10貯水器、11水位計(jì)、12升降架、13出水閥；20變水頭管、21支板、22三通閥、23供水管、24進(jìn)水管、25管夾、26固定支架；30頂蓋、31溢水口、32密封圈、33護(hù)筒、34環(huán)刀(內(nèi)徑61. 8mm，高40mm) 、35排氣管、36進(jìn)水口 、37底座；40模擬抗?jié)B層(土樣飽和時(shí)放透水石)、41模擬下臥層。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，下面對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。 本發(fā)明中的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，包括主體為環(huán)形護(hù)筒33的滲透容器3，內(nèi)置一個(gè)環(huán)刀34。所述滲透容器3設(shè)于臺座之上，其頂部為設(shè)有溢水口 31的頂蓋30，環(huán)刀34與頂蓋30和底座37之間設(shè)密封圈32。滲透容器3底部為設(shè)有排氣管35和進(jìn)水口 36的底座37，溢水口 31、排氣管35和進(jìn)水口 36分別設(shè)置閥門。所述進(jìn)水口 36經(jīng)三通閥22與供水管23和進(jìn)水管24相連，供水管23連接至水位調(diào)節(jié)裝置l，進(jìn)水管24連接至變水頭裝置2，進(jìn)水管24上設(shè)管夾25 ;所述水位調(diào)節(jié)裝置1是一個(gè)帶有水位計(jì)11的貯水器IO，供水管23與貯水器10底部的出水閥13連通，貯水器10設(shè)于升降架12之上。所述變水頭裝置2包括帶毫升刻度的變水頭管20及帶毫米刻度尺的固定支架26，變水頭管20由支板21固定在固定支架26上，進(jìn)水管24與變水頭管20的底部連通。 本發(fā)明中，粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備可以包括兩組以上滲透容器3和變水頭裝置2，每個(gè)滲透容器3均通過管路和三通閥22連接至與其配套的變水頭裝置2，并與水位調(diào)節(jié)裝置1的出水閥13連通。將多個(gè)滲透容器3并聯(lián)成多套裝置，可進(jìn)行多個(gè)粉土樣滲透變形試驗(yàn)(如圖3所示)。 基于前面所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，本發(fā)明還提供了一種粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定方法，包括以下步驟 1、設(shè)置模擬下臥層41 :將滲透容器3底座37的進(jìn)水口 36與水位調(diào)節(jié)裝置1連通。檢查滲透容器3，要求密封至不漏水不漏氣。根據(jù)工程實(shí)際情況，在滲透容器3底座上放置模擬下臥層41，模擬下臥層41為透水石或砂土。 2、裝樣將裝有粉土試樣的環(huán)刀34裝入滲透容器3。由于粉土結(jié)構(gòu)敏感，在試樣上端加保護(hù)網(wǎng)布后，再放入上透水石并蓋緊頂蓋30 ;開排氣管35，排除滲透容器3底部的空氣。 3、飽和關(guān)排氣管35。用變水頭裝置2的水頭進(jìn)行試樣飽和。滲透容器3的溢水口為水位零點(diǎn)，調(diào)節(jié)貯水器10的水位高度，打開變水頭裝置2中的進(jìn)水管24閥門使水位與變水頭管20相通，飽和水頭根據(jù)粉粒含量，應(yīng)確保不出現(xiàn)飽和破壞現(xiàn)象。當(dāng)溢水口 31連續(xù)
6出水，說明粉土樣已充分飽和，粉粒含量越高飽和時(shí)間越久。 4、設(shè)置模擬抗?jié)B層40 :關(guān)進(jìn)水管24的閥門，打開頂蓋30取出上透水石。根據(jù)粉 土抗?jié)B強(qiáng)度測定的需要設(shè)置模擬抗?jié)B層40。重新蓋上頂蓋30，當(dāng)溢水口 31重新出水時(shí)可 進(jìn)行試驗(yàn)。所述模擬抗?jié)B層40為土工布或壓重材料； 5、試驗(yàn)根據(jù)粉土的顆粒級配、防治措施等選擇初始水力比降、水力比降遞增值和 滲水量。調(diào)節(jié)貯水器的水位，待變水頭管20水位穩(wěn)定，記錄水頭高度；關(guān)變水頭管20管夾， 當(dāng)溢水口 31有水溢出時(shí)隨即開動(dòng)秒表，測記預(yù)定滲水量所需要的時(shí)間；并測記出水口的水 溫和室溫。如果連續(xù)3次測得的水位及滲水量基本穩(wěn)定，又無異常現(xiàn)象，可逐級提升下一級 水頭直至土樣破壞。每次升高水頭后需穩(wěn)定10分鐘左右后可進(jìn)行下次記錄。仔細(xì)觀察溢 水口31和接水容器6中水的渾濁情況。接近臨界比降，比降遞增值應(yīng)酌量減小。當(dāng)粉粒開 始跳動(dòng)被水帶出，達(dá)到臨界水力比降J 。 7、破壞水力比降JF :隨水頭不斷加大，出水口出水渾濁，滲透流量變大，此時(shí)水頭 增加到試樣失去抗?jié)B強(qiáng)度，此時(shí)水力比降Jp為抗?jié)B比降(抗?jié)B強(qiáng)度)。打開頂蓋30，用洗 耳球吸掉上部水，拍攝粉土破壞形態(tài)，進(jìn)行描述。
8、水力比降計(jì)算公式
r ，T ^ J =— (a) 公式(a)中，J為粉土滲流的水力比降；Ah為滲透水頭差，即每級水力比降下變水 頭管穩(wěn)定水位至溢水口高度(cm) ;L為滲透路徑，即土樣高度(cm)。 此外，根據(jù)粉土特性采用二次飽和，選擇初始水力比降和水力比降遞增值；根據(jù)實(shí) 際工程地質(zhì)條件設(shè)置模擬下臥層41 :對粘性土下臥層可用不同透水性的透水石，對砂類土 可用相近級配和密實(shí)度的砂土 ；根據(jù)工程抗?jié)B要求設(shè)置模擬抗?jié)B層40，可用不同材質(zhì)的土 工布或壓重材料。 本裝置在測定抗?jié)B強(qiáng)度的同時(shí)，還可測定粉土的滲透性。利用粉土達(dá)臨界水力比
降JCT前試樣完好，出水清澈條件下，各級水力比降下的水頭、滲水量和時(shí)間記錄，可求得粉
土的滲透系數(shù)，不同水頭下測定的滲透系數(shù)的允許差值范圍不大于2X10—ncm/s。 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限
于以上實(shí)施例，還可以有許多實(shí)現(xiàn)方法。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直
接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有實(shí)現(xiàn)方法，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，包括主體為環(huán)形護(hù)筒的滲透容器，內(nèi)置一個(gè)環(huán)刀，其特征在于，所述滲透容器的頂部為設(shè)有溢水口的頂蓋，其底部為設(shè)有排氣管和進(jìn)水口的底座；所述進(jìn)水口經(jīng)三通閥與供水管和進(jìn)水管相連，供水管連接至水位調(diào)節(jié)裝置，進(jìn)水管連接至變水頭裝置；所述水位調(diào)節(jié)裝置是一個(gè)帶有水位計(jì)的貯水器，供水管與貯水器底部出水閥連通；所述變水頭裝置包括變水頭管及帶刻度尺的固定支架，進(jìn)水管與變水頭管底部連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，其特征在于，所述進(jìn)水管上設(shè)管夾。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，其特征在于，所述溢水口、排氣管和進(jìn)水口分別設(shè)置閥門。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，其特征在于，所述貯水器設(shè)于升降架之上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，其特征在于，所述滲透容器設(shè)于臺座之上，并配有透明接水容器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，其特征在于，所述環(huán)刀與頂蓋及底座之間設(shè)密封圈。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，其特征在于，所述環(huán)刀的上端和下端分別設(shè)置模擬抗?jié)B層和模擬下臥層；所述模擬抗?jié)B層為土工布或壓重材料；所述模擬下臥層為透水石或砂土。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，其特征在于，包括兩組以上滲透容器和變水頭裝置，每個(gè)滲透容器均通過管路和三通閥連接至與其配套的變水頭裝置，并與同 一個(gè)水位調(diào)節(jié)裝置的出水閥連通。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備，其特征在于，所述環(huán)刀的上端和下端分別設(shè)置模擬抗?jié)B層和模擬下臥層；所述模擬抗?jié)B層為土工布或壓重材料；所述模擬下臥層為透水石或砂土。
10. 基于權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)中所述設(shè)備的粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定方法，包括以下步驟(1) 將滲透容器底座的進(jìn)水口與水位調(diào)節(jié)裝置連通；檢查滲透容器，要求密封至不漏水不漏氣；在滲透容器底座上放置模擬下臥層，模擬下臥層為透水石或砂土 ；(2) 將裝有粉土試樣的環(huán)刀裝入滲透容器；由于粉土結(jié)構(gòu)敏感，在試樣上端加保護(hù)網(wǎng)布后，再放入上透水石并蓋緊頂蓋；開排氣管，排除滲透容器底部的空氣；(3) 飽和關(guān)排氣管，用變水頭裝置的水頭進(jìn)行試樣飽和；滲透容器的溢水口為水位零點(diǎn)，調(diào)節(jié)貯水器的水位高度，打開變水頭裝置中的進(jìn)水管的閥門使水位與變水頭管相通，飽和水頭根據(jù)粉粒含量，應(yīng)確保不出現(xiàn)飽和破壞；當(dāng)溢水口連續(xù)出水，說明粉土樣已充分飽和，粉粒含量越高飽和時(shí)間越久；(4) 設(shè)置模擬抗?jié)B層關(guān)進(jìn)水管的閥門，打開頂蓋取出上透水石；根據(jù)粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定的需要設(shè)置模擬抗?jié)B層后，重新蓋上頂蓋，當(dāng)溢水口重新出水時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)；所述模擬抗?jié)B層為土工布或壓重材料；(5) 試驗(yàn)根據(jù)粉土的顆粒級配、防治措施等選擇初始水力比降、水力比降遞增值和滲水量；調(diào)節(jié)貯水器的水位，待變水頭管水位穩(wěn)定，記錄水頭高度；關(guān)變水頭管管夾，當(dāng)溢水口有水溢出時(shí)隨即開動(dòng)秒表，測記預(yù)定滲水量所需要的時(shí)間；通過出水口和透明接水容器，仔細(xì)觀察出水情況，當(dāng)粉粒開始跳動(dòng)被水帶出，達(dá)到臨界水力比降JCT ;破壞水力比降JF :隨水頭不斷加大，出水口出水渾濁，滲透流量變大，此時(shí)水頭增加到試樣失去抗?jié)B強(qiáng)度，根據(jù)公式(a)得到的水力比降JF為抗?jié)B比降或抗?jié)B強(qiáng)度；<formula>formula see original document page 3</formula>公式(a)中，J為粉土滲流的水力比降；Ah為滲透水頭差，每級水力比降下變水頭管穩(wěn)定水位至溢水口高度；L為滲透路徑，即土樣高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及土壤性能測試設(shè)備及方法，旨在提供一種粉土抗?jié)B強(qiáng)度測定設(shè)備和方法。該設(shè)備包括內(nèi)置環(huán)刀的滲透容器，滲透容器頂部為頂蓋，底部為底座；其進(jìn)水口經(jīng)三通閥與供水管和進(jìn)水管相連，供水管連接至水位調(diào)節(jié)裝置，進(jìn)水管連接至變水頭裝置。本發(fā)明提供的測定設(shè)備和測定方法可用于測定粉土在不同地質(zhì)情況、顆粒級配、水力條件和不同防治措施下的滲透變形發(fā)展規(guī)律和特征，粉土發(fā)生滲透破壞時(shí)處于臨界狀態(tài)的指標(biāo)，為粉土地基滲透破壞的防控提供參考。對于粉土的滲透變形，對粉土的臨界水力比降、粉土抗?jié)B強(qiáng)度的研究有重要意義。此外，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣本同時(shí)分析，大大縮減了測定時(shí)間，提高了工作效率。
文檔編號G01N15/08GK101788451SQ201010108850
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者平梁忠, 徐根洪, 楊迎曉, 王一旻, 陳華 申請人:浙江樹人大學(xué)