本發(fā)明涉及一種考慮淤堵條件的排水材料通水性能測試裝置及試驗方法，特別是涉及一種覆土通水性能的排水結(jié)構(gòu)試驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

排水材料是對導(dǎo)水、排污，環(huán)保，自來水等各種水設(shè)施的一系列材料的總定義。在鐵路工程中應(yīng)用較為廣泛，排水材料常用于基床排水、地基排水、邊坡排水、擋墻排水、盲溝、滲溝排水、無砟軌道線間排水和電纜槽、泄水孔排水等領(lǐng)域。相比傳統(tǒng)鋼筋混凝土管等排水結(jié)構(gòu)，以高分子聚合物為材質(zhì)的土工合成材料類排水結(jié)構(gòu)，具有造價低、輕質(zhì)抗震、耐久性好等優(yōu)點，近年來已在鐵路、公路、水利等領(lǐng)域大量應(yīng)用并逐步推廣。

排水材料主要功能-“通水性能”，是最為重要的質(zhì)量控制指標，通水量是評價排水材料產(chǎn)品性能優(yōu)劣最為直接的參數(shù)，國內(nèi)外對通水性能的測試方法如下：

(1)美國材料與試驗協(xié)會標準astmd4716《standardtestmethodfordeterminingthe(in-plane)flowrateperunitwidthandhydraulictransmissivityofageosyntheticusingaconstanthead》針對平面類排水材料，提出了測試如排水板、排水帶、排水網(wǎng)、排水墊等平面產(chǎn)品通水量的方法和裝置，該裝置可施加垂直于平面的法向壓力10kpa～500kpa，可調(diào)整溢水結(jié)構(gòu)高度，設(shè)置0.05～1.0的水力梯度。這些設(shè)置基本滿足應(yīng)用時排水材料受土壓力和水壓下的測試需求。

(2)公路工程行業(yè)標準jt/t665-2006《公路工程土工合成材料排水材料》、jt/t521-2004《公路工程土工合成材料塑料排水板(帶)》、cj/t452-2014《垃圾填埋場用土工排水網(wǎng)》三類行業(yè)產(chǎn)品標準均是以astmd4716為基礎(chǔ)，根據(jù)各行業(yè)需求，定型試驗條件。公路排水材料規(guī)定測試條件為：水力梯度0.1，并規(guī)定管類材料也可按此裝置改進后使用；公路塑料排水帶規(guī)定測試條件：水力梯度0.5，法向壓力350kpa；垃圾填埋場用排水網(wǎng)規(guī)定測試條件：水力梯度0.1，法向壓力500kpa。

然而，基于astmd4716的試驗方法用于國內(nèi)土建工程用排水材料時具有3個明顯缺陷：(1)水力路徑與實際情況不符，工程應(yīng)用時，水是先垂直通過平面類或管類材料濾布再由排水通道橫向?qū)c標準中水流直接從端口沿水平通道排水不符；(2)不能直接用于管類產(chǎn)品測試，公路標準提出的測試管類產(chǎn)品的改進裝置目前市場未見；(3)只考慮在完全水流條件下的通水性能，沒有考慮應(yīng)用時土體會產(chǎn)生淤堵作用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種考慮淤堵條件的排水材料通水性能測試裝置，以使測試通水量指標更加準確反映材料的實際通水能力，符合排水材料現(xiàn)場應(yīng)用特點。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明一種考慮淤堵條件的排水材料通水性能測試裝置，其特征是它包括：豎立的箱體，具有上端口和上部容水腔、下部填料腔，箱體側(cè)壁上設(shè)置有與上部容水腔相通的進水口、供排水材料試樣水平插入下部填料腔內(nèi)的試樣橫向入口，且在進水口以下豎向間隔設(shè)置與上部容水腔相通的溢流裝置；試驗用巖土體，分層鋪填于下部填料腔內(nèi)；法向施壓構(gòu)件，設(shè)置于箱體上部，其下端作于試驗用巖土體上表面，且具有連通上部容水腔與下部填料腔的滲流通道，并固定安裝有壓力傳感器。

本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供采用上述一種考慮淤堵條件的排水材料通水性能測試裝置的試驗方法，該方法包括如下步驟：

①用與土工布復(fù)合的排水材料或者管狀類水材料制備排水材料試樣；

②將排水材料試樣從試樣橫向入口插入下部填料腔內(nèi)，使排水材料試樣保持水平，且其外端露出試樣橫向入口一定長度；

③安裝密封環(huán)，在試樣橫向入口處形成密封；

④向下部填料腔分層鋪填碎石填料，直至超過排水材料試樣一定高度后整平表面，形成碎石層；

⑤由碎石層表面向上分層鋪填壓實粉砂填料，形成粉砂層；

⑥向箱體內(nèi)放入法向施壓構(gòu)件，使承壓底板底面與粉砂層表面接觸；

⑦通過進水口向上部容水腔內(nèi)緩慢注水，使水流完全浸透粉砂層形成滲流狀態(tài)，通過溢流裝置設(shè)定水頭高度并保持常水頭狀態(tài)；

⑧待試排水材料試樣外伸段出水穩(wěn)定后，記錄一定時間內(nèi)通過排水材料試樣的水流量，以一定時間為一個最小周期，重復(fù)測試多次，取其平均值。

對于平面類排水材料制備的排水材料試樣，于所述步驟⑥后，在承壓頂板上施加相應(yīng)的法向壓力。

本發(fā)明的有益效果是，根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用條件確定合理的水力梯度及法向荷載，在考慮一定土體淤堵條件下，即采用碎石加粉砂層模擬傳統(tǒng)反濾層結(jié)構(gòu)，使水流垂直通過排水材料，使得測試通水量指標更加準確反映材料的實際通水能力，改進了原有試驗方法的不足，為排水系統(tǒng)設(shè)計提供準確的依據(jù)。

本發(fā)明特別適用于鐵路、公路、水利用的基床、地基、擋墻、盲溝、滲溝、邊坡等領(lǐng)域排水材料通水性能測試。

附圖說明

本說明書包括如下兩幅附圖：

圖1是本發(fā)明一種考慮淤堵條件的排水材料通水性能測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是沿圖1中a-a線的剖視圖；

圖中示出零部件名稱及所對應(yīng)的標記：箱體10，上部容水腔101，下部填料腔102，進水口11，試樣橫向入口12，密封環(huán)13，溢流裝置14，排水材料試樣20，碎石層21，粉砂層22，承壓底板23，滲水孔231，承壓軸24，壓力傳感器241，承壓頂板25。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進一步說明。

參照圖1，本發(fā)明一種考慮淤堵條件的排水材料通水性能測試裝置包括：豎立的箱體10，具有上端口和上部容水腔101、下部填料腔102，箱體10側(cè)壁上設(shè)置有與上部容水腔101相通的進水口11、供排水材料試樣20水平插入下部填料腔102內(nèi)的試樣橫向入口12，且在進水口11以下豎向間隔設(shè)置與上部容水腔101相通的溢流裝置14；試驗用巖土體，填筑于下部填料腔102內(nèi)；法向施壓構(gòu)件，設(shè)置于箱體10上部，其下端作于試驗用巖土體上表面，且具有連通上部容水腔101與下部填料腔102的滲流通道，并固定安裝有壓力傳感器241。

所述試樣橫向入口12的端面與排水材料試樣20的截面相適配。對于平面類排水材料制備的排水材料試樣20，試樣橫向入口12的端面為矩形孔。對于管狀類水材料制備排水材料試樣20，試樣橫向入口12的端面為圓形孔。

參照圖1，所述排水材料試樣20水平插入下部填料腔102內(nèi)，其外端露出試樣橫向入口12一定長度，于試樣橫向入口12處設(shè)置作用于箱體10側(cè)壁和排水材料試樣20表面的密封環(huán)13。

所述試驗用巖土體包括分層鋪填于下部填料腔102內(nèi)的碎石層21、粉砂層22，排水材料試樣20被埋設(shè)于碎石層21內(nèi)，粉砂層22分層鋪填壓實于碎石層21之上，避免發(fā)生管涌現(xiàn)象。所述碎石層21的碎石填料粒徑應(yīng)滿足以下要求：大于20mm顆粒的質(zhì)量超過總質(zhì)量的50％，細粒含量小于5％，不均勻系數(shù)cu≥5，cc＝1～3。所述粉砂層22的粉砂填料粒徑應(yīng)滿足以下要求：大于0.075mm顆粒的質(zhì)量超過總質(zhì)量的50％。

參照圖1，所述法向施壓構(gòu)件由豎向間隔設(shè)置的承壓底板23、承壓頂板25和將兩者連接為一體的承壓軸24構(gòu)成，承壓頂板25位于進水口11以上一定距離，承壓底板23作用于試驗用巖土體上表面。所述滲流通道為承壓底板23板面上分布設(shè)置的滲水孔231，壓力傳感器241固定安裝在承壓底板23底面的中央部位上。對于平面類排水材料制備的排水材料試樣20，在承壓頂板上25施加相應(yīng)的法向壓力。

本發(fā)明的試驗裝置有效解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，提出了切實可行，操作性較強的配套裝置。根據(jù)影響排水材料通水性能的因素(包括法向壓力、水力梯度、周圍巖土體)，使得測試通水量指標更加準確反映材料的實際通水能力，符合排水材料現(xiàn)場應(yīng)用特點，可滿足鐵路、公路、水利及其他相關(guān)領(lǐng)域的平面類和管類排水材料通水性能的測試。通過試驗可準確評價排水材料的通水性能，同時可橫向評價排水材料之間的性能優(yōu)勢，為設(shè)計選型提供準確依據(jù)，也為未來各行業(yè)產(chǎn)品及試驗標準制定提供參考。

本發(fā)明一種考慮淤堵條件的排水材料通水性能測試裝置的試驗方法，包括如下步驟：

①用平面類排水材料或者管狀類水材料制備排水材料試樣20；

②將排水材料試樣20從試樣橫向入口12插入下部填料腔102內(nèi)，使排水材料試樣20保持水平，且其外端露出試樣橫向入口12一定長度；

③安裝密封環(huán)13，在試樣橫向入口12處形成密封；

④向下部填料腔102分層鋪填碎石填料，直至超過排水材料試樣20一定高度后整平表面，形成碎石層21；

⑤由碎石層21表面向上分層鋪填壓實粉砂填料，形成粉砂層22；

⑥向箱體10內(nèi)放入法向施壓構(gòu)件，使承壓底板23底面與粉砂層22表面接觸；

⑦通過進水口11向上部容水腔101內(nèi)緩慢注水，使水流完全浸透粉砂層22形成滲流狀態(tài)，通過溢流裝置14設(shè)定水頭高度并保持常水頭狀態(tài)；

⑧待試排水材料試樣20外伸段出水穩(wěn)定后，記錄一定時間內(nèi)通過排水材料試樣20的水流量，以一定時間為一個最小周期，重復(fù)測試多次，取其平均值。

對于平面類排水材料制備的排水材料試樣20，所述步驟⑥后在承壓頂板25上施加相應(yīng)的法向荷載。所施加法向荷載的大小根據(jù)工程需要確定，如鐵路基床排水施加150kpa、擋墻墻背施加100kpa等。而管狀類排水材料的通水性能幾乎不受變形影響，因此試驗過程中不考慮法向荷載。

所述步驟⑧中，通常以15min為一個最小周期，重復(fù)測試5次，取記錄的平均值。

以上所述只是用圖解說明本發(fā)明一種考慮淤堵條件的排水材料通水性能測試裝置及試驗方法的一些原理，并非是要將本發(fā)明局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本發(fā)明所申請的專利范圍。