本發(fā)明涉及一種擊實土滲透系數(shù)測試裝置，尤其是涉及一種摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透系數(shù)測試裝置與測試方法，屬于土木工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

據(jù)國內(nèi)外研究，尺寸為50～300mm的廢舊輪胎片體(Tire-Derived Aggregate，簡稱TDA)重量輕、透水性強、防凍且抗震，適用于作為軟弱地基上加筋橋臺、邊坡、路基的填料，施工與維修速度快，成本低。

為方便施工及提高對大粒徑廢舊輪胎片體的利用率，就地取料進行了一系列試驗驗證，該類摻加大粒徑廢舊輪胎片體的復(fù)合土體經(jīng)過正確的配比，擊實后可以滿足工程用料的要求，但其滲透性能需經(jīng)過嚴格的試驗測定，才能應(yīng)用于實際工程中。

目前，測定滲透系數(shù)的儀器種類和試驗方法很多。對于測定滲透系數(shù)的儀器，因現(xiàn)有的滲透儀普遍存在試驗尺寸較小、能夠測定的粒徑大小有限等缺點，且國內(nèi)工程中利用摻加大粒徑橡膠片體復(fù)合土體的實例很少，而該土樣尺寸較大，因此發(fā)明一套能簡單、系統(tǒng)、準確的測定出摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透系數(shù)的大型測定裝置及測定方法，是非常必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)的測試裝置及方法，該裝置的優(yōu)點：構(gòu)造簡單，操作方便，擊實滲透一體化，在不干擾擊實土樣的情況下，可直接利用大型擊實筒本身作為滲透儀器即能準確測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)。

本發(fā)明實現(xiàn)其第一發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透系數(shù)測試裝置，包括水箱，在所述的水箱內(nèi)設(shè)置一個支架，在所述的支架頂部鋪設(shè)有一層土工織布，所述的土工織布上方設(shè)有無底無蓋的擊實筒，且所述的擊實筒的底部通過一個卡槽與土工織布卡緊，所述的水箱的側(cè)壁下部設(shè)有主排水管，所述的主排水管的末端設(shè)置有多個等高且平齊的支排水管，所述擊實筒用于盛裝土樣，且土樣頂端過水斷面處和水箱底部均設(shè)有一個與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連的水壓力傳感器。

進一步的，所述的擊實筒，其體積及高度均比水箱的體積及高度小。

進一步的，在所述的支排水管上串聯(lián)有水閥。

本發(fā)明的第二發(fā)明是提供一種利用該裝置測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)的測試方法，該測試方法操作方便，能準確測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)。

本發(fā)明實現(xiàn)其第二發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種使用上述測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)的測試裝置，測定摻加大粒徑擊實土滲透系數(shù)的方法，其步驟為：

步驟1實驗準備

將摻加大粒徑橡膠片體的復(fù)合土體在擊實筒內(nèi)分層擊實制樣，用卡槽把擊實筒底端與土工織布卡緊，通過支架置于水箱內(nèi)，向水箱內(nèi)緩慢加水至滿，靜置至土樣浸水飽和；

步驟2滲透試驗

將兩根水壓力傳感器A、B分別放置在擊實筒土樣頂端過水斷面和水箱底部，適當調(diào)節(jié)多個支排水管的水閥大小，控制水箱以適當?shù)呐潘俣冗M行滲透試驗；水壓力傳感器將采集的滲水信息輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行信息處理；

步驟3滲透系數(shù)測定

試驗中傳感器實時測定水壓的動態(tài)變化，經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理，可將水壓的動態(tài)變化輸出為擊實筒土樣頂端的水頭變化Δh₁，水箱底部的水頭變化Δh₂，并結(jié)合變水頭試驗法即可得到摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透系數(shù)k。

進一步的，所述的滲透系數(shù)k的計算方式如下：

$k=2.3\frac{L}{t_2-t_1}\frac{a}{A_1-A_2}lg\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\Δh}}_1};$

式中，a—擊實筒斷面積；A₁—水箱內(nèi)徑面積；A₂—擊實筒外徑面積；L—土樣長度；k—滲透系數(shù)；t₁和t₂分別表示不同的時刻。

進一步的，根據(jù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，繪制以Δh₁為縱坐標，t為橫坐標的Δh₁—t關(guān)系曲線；以Δh₂為縱坐標，t為橫坐標的Δh₂—t關(guān)系曲線；通過選定幾組不同的值，分別測出它們所需的時間t，計算出它們的滲透系數(shù)k，然后取平均值，作為該土樣的最終的滲透系數(shù)。

本發(fā)明的工作原理如下：

測試土體滲透系數(shù)的方法主要有現(xiàn)場原位試驗和室內(nèi)試驗兩種，其中從試驗原理上室內(nèi)試驗可分為常水頭法和變水頭法兩種。常水頭試驗法就是在整個實驗過程中保持水頭為一常數(shù)，適用于測定透水性大的砂性土的滲透系數(shù)；變水頭法就是實驗過程中水頭一直在隨時間變化，適用于測定透水性小的粘性土的滲透系數(shù)。由于該類復(fù)合土體滲透試驗中水頭梯度較小，水頭亦小，水的流動服從Darcy定律，其透水性介于砂性土和粘性土之間，結(jié)合實際工程中水頭是一直變化的，為立足于實際工程并切實反映出摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透性，故該試驗方法優(yōu)先采用變水頭法。

試驗開始前，因擊實筒一直浸沒在水箱內(nèi)，測得擊實筒土樣頂端過水斷面、水箱底部的水頭相等；試驗開始后，因滲透裝置內(nèi)的復(fù)合土體的阻滯作用，擊實筒土樣頂端的水頭變化Δh₁明顯小于水箱底部水頭變化Δh₂；設(shè)試驗過程中任意時刻t作用于土樣兩端的水頭差為Δh，經(jīng)計算處理Δh可直接用Δh₁、Δh₂表示，即Δh＝Δh₂-Δh₁；經(jīng)過dt時段后，擊實筒中水位下降dh，則dt時間內(nèi)流入土樣的滲流量為：

dV_e＝adh

式中，a—擊實筒斷面積。

根據(jù)達西定律，時間內(nèi)流出土樣的滲流量為：

${\mathrm{dV}}_0=kiAdt=k\frac{\mathrm{\Δ}h}{L}(A_1-A_2)dt$

A＝A₁-A₂

式中，A—擊實筒與水箱之間過水斷面面積；A₁—水箱內(nèi)徑面積；A₂—擊實筒外徑面積；L—土樣長度；k—滲透系數(shù)；

根據(jù)水流連續(xù)原理，應(yīng)有dV_e＝dV₀，即

$adh=k\frac{\mathrm{\Δ}h}{L}(A_1-A_2)dt$

$dt=\frac{L}{k}\frac{a}{A_1-A_2}\frac{dh}{\mathrm{\Δ}h}$

等式兩邊各自積分

${\∫}_{t_1}^{t_2}dt=\frac{L}{k}\frac{a}{A_1-A_2}{\∫}_{{\mathrm{\Δh}}_1}^{{\mathrm{\Δh}}_2}\frac{dh}{\mathrm{\Δ}h}$

$t_2-t_1=\frac{L}{k}\frac{a}{A_1-A_2}ln\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\Δh}}_1}$

從而得到土的滲透系數(shù)

$k=\frac{L}{t_2-t_1}\frac{a}{A_1-A_2}ln\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\Δh}}_1}$

改用常用對數(shù)表示，則上式可寫為

$k=2.3\frac{L}{t_2-t_1}\frac{a}{A_1-A_2}lg\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\Δh}}_1}$

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明提供了一種測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)的測試裝置及方法，該裝置的優(yōu)點：構(gòu)造簡單，操作方便，擊實滲透一體化，在不干擾擊實土樣的情況下，可直接利用大型擊實筒本身作為滲透儀器即能準確測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為滲透裝置的主視圖；

圖2為滲透裝置俯視圖；

圖中：1水箱、2無底無蓋的擊實筒、3卡槽、4土工織布、5支架、6主排水管、7支排水管、8數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、9集水容器、A、B、水壓力傳感器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：

目前，測試土體滲透系數(shù)的方法主要有現(xiàn)場原位試驗和室內(nèi)試驗兩種，其中從試驗原理上室內(nèi)試驗可分為常水頭法和變水頭法兩種。常水頭試驗法就是在整個實驗過程中保持水頭為一常數(shù)，適用于測定透水性大的砂性土的滲透系數(shù)；變水頭法就是實驗過程中水頭一直在隨時間變化，適用于測定透水性小的粘性土的滲透系數(shù)。由于該類復(fù)合土體滲透試驗中水頭梯度較小，水頭亦小，水的流動服從Darcy定律，其透水性介于砂性土和粘性土之間，結(jié)合實際工程中水頭是一直變化的，為立足于實際工程并切實反映出摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透性，本發(fā)明的試驗方法優(yōu)先采用變水頭法。

針對變水頭法，本發(fā)明公開了一種摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透系數(shù)測試裝置，包括水箱1，在所述的水箱1內(nèi)設(shè)置一個支架5，在所述的支架5頂部鋪設(shè)有一層土工織布4，所述的土工織布4上方設(shè)有無底無蓋的擊實筒2，且所述的擊實筒2的底部通過一個卡槽3與土工織布4卡緊，所述的水箱的側(cè)壁下部設(shè)有主排水管5，所述的主排水管的末端設(shè)置有多個等高且平齊的支排水管6，在支支排水管6的排水口設(shè)置集水容器9，在所述的支排水管上串聯(lián)有水閥。在所述擊實筒用于盛裝土樣，且土樣頂端過水斷面處和水箱底部均設(shè)有一個與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)8相連的水壓力傳感器A和B。

進一步的，對于擊實筒和水箱，要求擊實筒的體積及高度均比水箱的體積及高度小，以保證排水前擊實筒始終浸沒在水箱內(nèi)。

試驗開始前，因擊實筒一直浸沒在水箱內(nèi)，測得擊實筒土樣頂端過水斷面、水箱底部的水頭相等；試驗開始后，因滲透裝置內(nèi)的復(fù)合土體的阻滯作用，擊實筒土樣頂端的水頭變化Δh₁明顯小于水箱底部水頭變化Δh₂；設(shè)試驗過程中任意時刻t作用于土樣兩端的水頭差為Δh，經(jīng)計算處理Δh可直接用Δh₁、Δh₂表示，即Δh＝Δh₂-Δh₁；經(jīng)過dt時段后，擊實筒中水位下降dh，則dt時間內(nèi)流入土樣的滲流量為：

dV_e＝adh

式中，a—擊實筒斷面積。

根據(jù)達西定律，時間內(nèi)流出土樣的滲流量為：

${\mathrm{dV}}_0=kiAdt=k\frac{\mathrm{\Δ}h}{L}(A_1-A_2)dt$

A＝A₁-A₂

式中，A—擊實筒與水箱之間過水斷面面積；A₁—水箱內(nèi)徑面積；A₂—擊實筒外徑面積；L—土樣長度；k—滲透系數(shù)；

根據(jù)水流連續(xù)原理，應(yīng)有dV_e＝dV₀，即

$adh=k\frac{\mathrm{\Δ}h}{L}(A_1-A_2)dt$

$dt=\frac{L}{k}\frac{a}{A_1-A_2}\frac{dh}{\mathrm{\Δ}h}$

等式兩邊各自積分

${\∫}_{t_1}^{t_2}dt=\frac{L}{k}\frac{a}{A_1-A_2}{\∫}_{{\mathrm{\Δh}}_1}^{{\mathrm{\Δh}}_2}\frac{dh}{\mathrm{\Δ}h}$

$t_2-t_1=\frac{L}{k}\frac{a}{A_1-A_2}ln\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\Δh}}_1}$

從而得到土的滲透系數(shù)

$k=\frac{L}{t_2-t_1}\frac{a}{A_1-A_2}ln\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\Δh}}_1}$

改用常用對數(shù)表示，則上式可寫為

$k=2.3\frac{L}{t_2-t_1}\frac{a}{A_1-A_2}lg\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\Δh}}_1}$

本發(fā)明的第二發(fā)明是提供一種利用該裝置測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)的測試方法，該測試方法操作方便，能準確測定摻加大粒徑橡膠片體擊實土滲透系數(shù)，包括以下內(nèi)容：

a、實驗準備

將摻加大粒徑橡膠片體的復(fù)合土體在擊實筒內(nèi)分層擊實制樣，用卡槽把擊實筒底端與土工織布卡緊，通過支撐架置于水箱內(nèi)，向水箱內(nèi)緩慢加水至滿，靜置至土樣浸水飽和。

b、滲透試驗

將兩根水壓力傳感器A、B分別放置在擊實筒土樣頂端過水斷面、水箱底部，適當調(diào)節(jié)3個支出水管的水閥大小，控制水箱以適當?shù)呐潘俣冗M行滲透試驗。水壓力傳感器接通計算機系統(tǒng)后，將采集的滲水信息輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行信息處理，直接在該系統(tǒng)的擊實筒制備飽和土樣，避免對土樣的擾動，實時測量土樣過水斷面及水箱底部的水壓。

c、滲透系數(shù)測定

試驗中計算機實時測定水壓的動態(tài)變化，經(jīng)測壓軟件處理，可將水壓的動態(tài)變化輸出為擊實筒土樣頂端的水頭變化Δh₁，水箱底部的水頭變化Δh₂，并結(jié)合變水頭試驗法即可得到摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透系數(shù)。

具體的操作過程如下：

(1)將摻加大粒徑橡膠片體的復(fù)合土體在擊實筒內(nèi)分層擊實制樣，用卡槽把擊實筒底端與土工織布卡緊，通過支撐架置于水箱內(nèi)，向水箱內(nèi)緩慢加水至滿，靜置至土樣浸水飽和。

(2)將兩根水壓力傳感器A、B分別放置在擊實筒土樣頂端過水斷面、水箱底部，接通計算機，啟動水壓測試系統(tǒng)。

(3)適當調(diào)節(jié)3個支出水管的水閥大小，控制水箱以適當?shù)呐潘俣冗M行滲透試驗，要求水箱的排水速度不能過快，以免水箱在土樣發(fā)生滲透前將水排空，造成試驗失敗。

(4)每次試驗中計算機實時測定水壓的動態(tài)變化，經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的處理，可將水壓的動態(tài)變化輸出為水頭的動態(tài)變化，即測得擊實筒土樣頂端的水頭變化Δh₁，水箱底部的水頭變化Δh₂，并結(jié)合變水頭試驗法即可得到摻加大粒徑橡膠片體擊實土的滲透系數(shù)。

數(shù)據(jù)處理方法如下：

根據(jù)計算機測壓系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)，繪制以Δh₁為縱坐標，t為橫坐標的Δh₁—t關(guān)系曲線；以Δh₂為縱坐標，t為橫坐標的Δh₂—t關(guān)系曲線。通過選定幾組不同的值，分別測出它們所需的時間t，計算出它們的滲透系數(shù)k，然后取平均值，作為該土樣的滲透系數(shù)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。