專利名稱：粉土抗?jié)B強度測定裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種土壤性能測試裝置。更具體地說，本實用新型涉及一種粉土 抗?jié)B強度測定裝置。
背景技術：
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。由于構造和冰川活動，第四紀被認為是富含粉土沉積物的地質(zhì)時 期。世界上在經(jīng)歷過冰川活動或沖積作用的地區(qū)，粉土非常普遍。粉土具有特殊工程性質(zhì)，粉土結構較敏感，易擾動，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強度。粉土在地下水動水壓 力作用下極易產(chǎn)生滲透變形，導致地質(zhì)災害和工程問題非常突出，因此對粉土抗?jié)B強度的 研究有重要意義。粉土滲透變形是一個十分復雜的問題，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，通?？蓺w結為為以下4種(1)流土土體的顆 粒群在滲流作用下同時起動并帶走，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 流動時，把顆粒帶走(4)接觸流土 滲流垂直與不同介質(zhì)的接觸面流動時，把其中一層的 顆粒移入到另一層中去。在實際工程中，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?？v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)生滲透破壞時處于臨界狀 態(tài)的指標，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強度的研究有重要意義。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種粉土抗?jié)B強 度測定裝置。為了解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的本實用新型提供了一種粉土抗?jié)B強度測定裝置，包括主體為環(huán)形護筒的滲透容 器，內(nèi)置一個環(huán)刀；所述滲透容器的頂部為設有溢水口的頂蓋，其底部為設有排氣管和進水 口的底座；所述進水口經(jīng)三通閥與供水管和進水管相連，供水管連接至水位調(diào)節(jié)裝置，進水 管連接至變水頭裝置；所述水位調(diào)節(jié)裝置是一個帶有水位計的貯水器，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，進水管與變水頭管底部連通。作為--種改進，所述進水管上設管夾。[0010]作為--種改進，所述溢水口、排氣管和進水口分別設置閥門。[0011]作為--種改進，所述貯水器設于升降架之上。[0012]作為--種改進，所述滲透容器設于臺座之上，并配有透明接水容器。[0013]作為--種改進，所述環(huán)刀與頂蓋及底座之間設密封圈。[0014]作為--種改進，所述環(huán)刀的上端和下端分別設置模擬抗?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，所述粉土抗?jié)B強度測定裝置包括兩組以上滲透容器和變水頭裝 置，每個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，并與同一個水位調(diào) 節(jié)裝置的出水閥連通?；谇笆龇弁量?jié)B強度測定裝置的粉土抗?jié)B強度測定方法包括以下步驟(1)將滲透容器底座的進水口與水位調(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；由于粉土結構敏感，在試樣上端加保 護網(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)飽和關排氣管，用變水頭裝置的水頭進行試樣飽和；滲透容器的溢水口為水 位零點，調(diào)節(jié)貯水器的水位高度，打開變水頭裝置中的進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，應確保不出現(xiàn)飽和破壞；當溢水口連續(xù)出水，說明粉土樣已充 分飽和，粉粒含量越高飽和時間越久；(4)設置模擬抗?jié)B層關進水管的閥門，打開頂蓋取出上透水石；根據(jù)粉土抗?jié)B強 度測定的需要設置模擬抗?jié)B層后，重新蓋上頂蓋，當溢水口重新出水時進行試驗；所述模擬 抗?jié)B層為土工布或壓重材料；(5)試驗根據(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；關變水頭管管夾，當 溢水口有水溢出時隨即開動秒表，測記預定滲水量所需要的時間；通過出水口和透明接水 容器，仔細觀察出水情況，當粉粒開始跳動被水帶出，達到臨界水力比降Jra ；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，此時水頭增 加到試樣失去抗?jié)B強度，根據(jù)公式(a)得到的水力比降Jf為抗?jié)B比降或抗?jié)B強度；J=△h/L (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)。本實用新型有益效果是相對于現(xiàn)有技術，本實用新型提供的測定裝置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 處于臨界狀態(tài)的指標，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強度的研究有重要意義。此外，本實用新型可實現(xiàn)多個樣本同時 分析，大大縮減了測定時間，提高了工作效率。
圖1為本實用新型中單套式粉土抗?jié)B強度測定裝置的結構示意圖；圖2為圖1中滲透容器的結構放大示意圖；圖3為多套式粉土抗?jié)B強度測定裝置的安裝示意圖。圖中的附圖標記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、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進水管、25管夾、26固定支架；30頂蓋、31溢水口、32密封圈、33護筒、34環(huán)刀(內(nèi)徑 61. 8mm，高40mm)、35排氣管、36進水口、37底座；40模擬抗?jié)B層(土樣飽和時放透水石)、 41模擬下臥層。
具體實施方式
參考附圖，下面對本實用新型進行詳細描述。本實用新型中的粉土抗?jié)B強度測定裝置，包括主體為環(huán)形護筒33的滲透容器3， 內(nèi)置一個環(huán)刀34。所述滲透容器3設于臺座之上，其頂部為設有溢水口 31的頂蓋30，環(huán)刀 34與頂蓋30和底座37之間設密封圈32。滲透容器3底部為設有排氣管35和進水口 36的 底座37，溢水口 31、排氣管35和進水口 36分別設置閥門。所述進水口 36經(jīng)三通閥22與 供水管23和進水管24相連，供水管23連接至水位調(diào)節(jié)裝置1，進水管24連接至變水頭裝 置2，進水管24上設管夾25 ；所述水位調(diào)節(jié)裝置1是一個帶有水位計11的貯水器10，供水 管23與貯水器10底部的出水閥13連通，貯水器10設于升降架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，進水管24與變水頭管20的底部連通。本實用新型中，粉土抗?jié)B強度測定裝置可以包括兩組以上滲透容器3和變水頭裝 置2，每個滲透容器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。將多個滲透容器3并聯(lián)成多套裝置，可進行多個粉土樣滲透變 形試驗(如圖3所示)?；谇懊嫠龅姆弁量?jié)B強度測定裝置，粉土抗?jié)B強度測定方法包括以下步驟1、設置模擬下臥層41 將滲透容器3底座37的進水口 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。由于粉土結構敏感，在試樣 上端加保護網(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、飽和關排氣管35。用變水頭裝置2的水頭進行試樣飽和。滲透容器3的溢水 口為水位零點，調(diào)節(jié)貯水器10的水位高度，打開變水頭裝置2中的進水管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，應確保不出現(xiàn)飽和破壞現(xiàn)象。當溢水口 31連續(xù) 出水，說明粉土樣已充分飽和，粉粒含量越高飽和時間越久。4、設置模擬抗?jié)B層40 關進水管24的閥門，打開頂蓋30取出上透水石。根據(jù)粉土抗?jié)B強度測定的需要設置模擬抗?jié)B層40。重新蓋上頂蓋30，當溢水口 31重新出水時可 進行試驗。所述模擬抗?jié)B層40為土工布或壓重材料；5、試驗根據(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；關變水頭管20管夾， 當溢水口 31有水溢出時隨即開動秒表，測記預定滲水量所需要的時間；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?，F(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分鐘左右后可進行下次記錄。仔細觀察溢 水口 31和接水容器6中水的渾濁情況。接近臨界比降，比降遞增值應酌量減小。當粉粒開 始跳動被水帶出，達到臨界水力比降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，此時水頭 增加到試樣失去抗?jié)B強度，此時水力比降Jf為抗?jié)B比降(抗?jié)B強度)。打開頂蓋30，用洗 耳球吸掉上部水，拍攝粉土破壞形態(tài)，進行描述。8、水力比降計算公式 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 際工程地質(zhì)條件設置模擬下臥層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度的砂土 ；根據(jù)工程抗?jié)B要求設置模擬抗?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強度的同時，還可測定粉土的滲透性。利用粉土達臨界水力比 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，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用 新型不限于以上實施例，還可以有許多實現(xiàn)方法。本領域的普通技術人員能從本實用新型 公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有實現(xiàn)方法，均應認為是本實用新型的保護范圍。
權利要求一種粉土抗?jié)B強度測定裝置，包括主體為環(huán)形護筒的滲透容器，內(nèi)置一個環(huán)刀，其特征在于，所述滲透容器的頂部為設有溢水口的頂蓋，其底部為設有排氣管和進水口的底座；所述進水口經(jīng)三通閥與供水管和進水管相連，供水管連接至水位調(diào)節(jié)裝置，進水管連接至變水頭裝置；所述水位調(diào)節(jié)裝置是一個帶有水位計的貯水器，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，進水管與變水頭管底部連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的粉土抗?jié)B強度測定裝置，其特征在于，所述進水管上設管夾。
3.根據(jù)權利要求1所述的粉土抗?jié)B強度測定裝置，其特征在于，所述溢水口、排氣管和 進水口分別設置閥門。
4.根據(jù)權利要求1所述的粉土抗?jié)B強度測定裝置，其特征在于，所述貯水器設于升降架之上。
5.根據(jù)權利要求1所述的粉土抗?jié)B強度測定裝置，其特征在于，所述滲透容器設于臺 座之上，并配有透明接水容器。
6.根據(jù)權利要求1所述的粉土抗?jié)B強度測定裝置，其特征在于，所述環(huán)刀與頂蓋及底 座之間設密封圈。
7.根據(jù)權利要求1所述的粉土抗?jié)B強度測定裝置，其特征在于，所述環(huán)刀的上端和下 端分別設置模擬抗?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)權利要求1所述的粉土抗?jié)B強度測定裝置，其特征在于，包括兩組以上滲透容 器和變水頭裝置，每個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 同一個水位調(diào)節(jié)裝置的出水閥連通。
9.根據(jù)權利要求8所述的粉土抗?jié)B強度測定裝置，其特征在于，所述環(huán)刀的上端和下 端分別設置模擬抗?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。
專利摘要本實用新型涉及土壤性能測試裝置，旨在提供一種粉土抗?jié)B強度測定裝置。該裝置包括內(nèi)置環(huán)刀的滲透容器；滲透容器頂部為頂蓋，底部為底座；其進水口經(jīng)三通閥與供水管和進水管相連，供水管連接至水位調(diào)節(jié)裝置，進水管連接至變水頭裝置。本實用新型提供的測定裝置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)生滲透破壞時處于臨界狀態(tài)的指標，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強度的研究有重要意義。此外，本實用新型可實現(xiàn)多個樣本同時分析，大大縮減了測定時間，提高了工作效率。
文檔編號G01N15/08GK201666864SQ20102011220
公開日2010年12月8日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權日2010年2月9日
發(fā)明者周春平, 平梁忠, 徐根洪, 楊迎曉, 王一旻, 陳華 申請人:浙江樹人大學;浙江中材工程勘測設計有限公司