專利名稱：一種可控溫度土體三軸滲透試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可控溫度土體三軸滲透試驗裝置，主要用于對環(huán)境巖土工程中測試不同溫度、不同軸壓及圍壓條件相互作用下土體滲透特性的試驗研究，屬于環(huán)境巖土工程領域。
背景技術：
伴隨著城市化進程的加快，巖土工程特別是環(huán)境巖土工程的發(fā)展非常迅速，這對勘察、設計及施工都提出了更高的要求，巖士工程參數(shù)測試方法的確定對于定量評價污泥、 淤泥、和污染土等處置工程的安全性具有重要工程意義，其中滲透系數(shù)是綜合反映土體滲透能力的一個重要的指標，其值的正確性對滲透量的計算及各種力學性質有重要影響，對土工工程設計和施工有重要的指導意義。溫度對土體，特別是污泥、淤泥和污染土等的滲透性的有著重要的影響，主要體現(xiàn)在隨著溫度的升高，廢棄物的骨架產生熱膨脹，使得本身就狹窄的喉道進一步縮小，從而引起滲透率的下降；另一方面溫度的升高促進和加劇了土體顆粒的分散，分散后的土體顆粒堵塞了孔隙喉道，從而較大程度地降低了土體的滲透率。目前，可控溫度且考慮試驗過程試樣空隙度變化的土體三軸滲透儀設備尚缺乏。 已有的測量儀器存在如下問題法向施壓不均，試樣邊界受到壓緊，導致試樣邊界部分的壓力大于中間部分受到的壓力；大多數(shù)儀器采用高位水箱提供壓力水頭，壓力受限，難以進行大壓差的滲透試驗，且手動調節(jié)閥來調節(jié)壓力，滲透儀內的壓差不穩(wěn)定，試驗的可信度大大降低；所用的滲透儀多為銅材儀器，操作工程均為暗箱操作，試驗過程中不便于觀察和控制；現(xiàn)有的硬壁滲透儀存在側壁滲漏及試樣飽和速度慢的問題，導致試驗時間過長，精度不高等問題；試樣在受軸向壓力時會發(fā)生變形，試樣孔隙度發(fā)生改變，試樣的滲透性能發(fā)生變化，而現(xiàn)有的多數(shù)儀器在做滲透系數(shù)計算時沒有考慮試驗過程中試樣孔隙度的變化，導致測量的結果精度不高。目前試驗測試手段難以對土工試樣特別是環(huán)境巖土工程(污泥、淤泥和污染士等)土工試樣的滲透性能進行精準、快速的測量。一些環(huán)境巖土工程，如垃圾填埋場防滲及自身垃圾土體的滲流問題、污染土體的熱修復、污泥填埋及改性工程應用(防滲襯層、垃圾填埋場封場等)及湖泊江河的清淤等都涉及到土體在不同溫度、不同軸壓、不同圍壓等工況相互作用下的滲透性能問題，針對工程中的這些實際問題，迫切需要研發(fā)出適用于工程實際的滲透試驗儀器，即試樣溫度可控、 飽和速度快、孔隙率時空監(jiān)測、軸壓圍壓穩(wěn)定的滲透儀來解決上述問題。
發(fā)明內容
針對上述存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種在不同溫度、不同軸壓、不同圍壓等條件相互作用下土體的滲透性能測定的可控溫度土體三軸滲透試驗裝置。為了實現(xiàn)上述目的，其技術解決方案為可控溫度土體三軸滲透試驗裝置的圍壓腔體和圍壓腔體上蓋構成密封腔體，圍壓腔體為透明夾層狀，圍壓腔體上蓋上設置有排氣閥，軸壓裝置位于圍壓腔體和圍壓腔體上蓋構成密封腔體內，軸壓裝置上設置有活塞行程制動，軸壓裝置上的管道穿過圍壓腔體上蓋并通過密封螺母固定于圍壓腔體上蓋的下方， 軸壓裝置上的管道與真空抽氣裝置連接，管道上依次設有水位顯示器和氣體電磁閥，軸壓裝置下方設置有上透水蓋頭，上透水蓋頭和軸壓裝置之間設有密封圈，上透水蓋頭側壁上開有環(huán)形上密封槽，下透水蓋頭位于圍壓腔體內的底部，下透水蓋頭上的管道穿過圍壓腔體的底部并通過密封螺母密封，下透水蓋頭側壁上開有環(huán)形下密封槽，恒溫水浴裝置通過管道分別與下透水蓋頭上的管道、圍壓加壓水罐進液口及軸壓加壓水罐進液口連接且管道上分別設置有液體控制閥，在下透水蓋頭的管道與液體控制閥之間依次設置有液體電磁閥及流量測量裝置，液體電磁閥與液體體積測量儀連接，軸壓裝置、上透水蓋頭及下透水蓋頭在同一軸心線上，壓力氣體裝置通過輸氣管道分別與第一氣液調節(jié)閥、第二氣液調節(jié)閥的進氣口連接且輸氣管道上分別設有氣體電磁閥，第一氣液調節(jié)閥、第二氣液調節(jié)閥的出氣口通過輸氣管道分別與軸壓加壓水罐、圍壓加壓水罐的進氣口連接，軸壓加壓水罐、圍壓加壓水罐的頂端分別設置有排氣閥，第一氣液調節(jié)閥的液倉通過輸水管道分別與軸壓加壓水罐的出液口和軸壓裝置與真空抽氣裝置之間的管道連接，和軸壓裝置與真空抽氣裝置之間的管道連接口位于水位顯示器和氣體電磁閥之間，第二氣液調節(jié)閥的液倉通過輸水管道分別與圍壓加壓水罐的出液口和圍壓腔體的進液口連接，連接軸壓加壓水罐和第一氣液調節(jié)閥的輸水管道上設置有壓強測量裝置，壓強測量裝置位于上透水蓋頭的底部所在的平面， 連接圍壓腔體和第二氣液調節(jié)閥的輸水管道上依次設置有流量測量裝置、液體控制閥及壓強測量裝置且流量測量裝置、液體控制閥位于圍壓腔體和圍壓加壓水罐之間。所述的軸壓加壓水罐和圍壓加壓水罐外設置有保溫層。所述的輸水管道外設置有保溫層。由于采用了以上技術方案，本發(fā)明的可控溫度土體三軸滲透試驗裝置采用的壓力氣體裝置提供了滿足實驗需要的壓強，氣液調節(jié)閥能夠穩(wěn)定試驗所設計的壓力，軸壓裝置和圍壓腔體在加壓水罐作用下能夠為試樣提供軸壓及圍壓且保證試樣受壓的真實性和均勻性，恒溫水浴裝置能將實驗試樣預熱到不同的溫度且能為實驗裝置提供與試樣溫度相同的試驗用水，真空抽氣裝置能試驗試樣快速飽和，圍壓腔體的真空透明設計能保證了腔體內試驗試樣溫度的恒定及試驗過程的可視化，密封螺帽、密封圈、密封帶、密封袋及密封墊片保證了整個試驗的密封性，活塞行程制動能夠調整和控制軸壓裝置的活動狀態(tài)，考慮了實驗過程中試樣孔隙率的實時變化且各種閥及裝置部件均由由計算機控制，實現(xiàn)了試驗數(shù)據的實時監(jiān)測及實驗過程控制的自動化，方便數(shù)據的記錄和處理，整個試驗裝置能夠根據所采土樣的實際工況，測定土體的不同溫度、不同軸壓、不同圍壓及相互作用條件下的滲透系數(shù)，試驗結果能夠真實的反映土體的滲透特性。
附圖是本發(fā)明試驗裝置的結構示意圖
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步詳細描述見附圖一種可控溫度土體三軸滲透試驗裝置，試驗裝置的圍壓腔體14和圍壓腔體上蓋9構成密封腔體，圍壓腔體14為透明夾層狀，夾層為真空，起保溫作用，圍壓腔體上蓋9上設置有排氣閥，軸壓裝置10位于圍壓腔體14和圍壓腔體上蓋9構成密封腔體內，軸壓裝置10 上設置有活塞行程制動11，活塞行程制動11開啟，試驗裝置將實時測量試樣的軸向變形所導致試樣孔隙率的變化，活塞行程制動11關閉，則保證試樣在軸向水頭作用下不發(fā)生軸向變形，軸壓裝置10上的管道穿過圍壓腔體上蓋9并通過密封螺母固定于圍壓腔體上蓋9的下方，軸壓裝置10上的管道與真空抽氣裝置5連接，管道上依次設有水位顯示器6和氣體電磁閥，軸壓裝置10下方設置有上透水蓋頭12，上透水蓋頭12和軸壓裝置10之間設有密封圈，上透水蓋頭12側壁上開有環(huán)形上密封槽13，下透水蓋頭16位于圍壓腔體14內的底部，下透水蓋頭16上的管道穿過圍壓腔體14的底部并通過密封螺母密封，下透水蓋頭16 側壁上開有環(huán)形下密封槽15，恒溫水浴裝置7通過管道分別與下透水蓋頭16上的管道、圍壓加壓水罐4進液口及軸壓加壓水罐1進液口連接且管道上分別設置有液體控制閥，軸壓加壓水罐1和圍壓加壓水罐4外設置有保溫層，在下透水蓋頭16的管道與液體控制閥之間依次設置有液體電磁閥及流量測量裝置，液體電磁閥與液體體積測量儀17連接，軸壓裝置 10、上透水蓋頭12及下透水蓋頭16在同一軸心線上，壓力氣體裝置18通過輸氣管道分別與第一氣液調節(jié)閥2、第二氣液調節(jié)閥3的進氣口連接且輸氣管道上分別設有氣體電磁閥， 第一氣液調節(jié)閥2、第二氣液調節(jié)閥3的出氣口通過輸氣管道分別與軸壓加壓水罐1、圍壓加壓水罐4的進氣口連接，軸壓加壓水罐1、圍壓加壓水罐4的頂端分別設置有排氣閥，第一氣液調節(jié)閥2的液倉通過輸水管道分別與軸壓加壓水罐1的出液口和軸壓裝置10與真空抽氣裝置5之間的管道連接，和軸壓裝置10與真空抽氣裝置5之間的管道連接口位于水位顯示器6和氣體電磁閥之間，第二氣液調節(jié)閥3的液倉通過輸水管道分別與圍壓加壓水罐 4的出液口和圍壓腔體14的進液口連接，連接軸壓加壓水罐1和第一氣液調節(jié)閥2的輸水管道上設置有壓強測量裝置，壓強測量裝置位于上透水蓋頭12的底部所在的平面，連接圍壓腔體14和第二氣液調節(jié)閥3的輸水管道上依次設置有流量測量裝置、液體控制閥及壓強測量裝置且流量測量裝置、液體控制閥位于圍壓腔體14和圍壓加壓水罐4之間，所有輸水管道外設置有保溫層。本發(fā)明試驗裝置的工作原理實驗時，檢查儀器設備以保證氣體電磁閥、液體電磁閥、液體控制閥、壓強測量裝置、流量測量裝置、排氣閥、水位顯示器6、真空抽氣裝置5、恒溫水浴裝置7及液體體積測量儀17的數(shù)據控制線與計算機連接，此時，密封螺母、密封墊片、密封帶、密封圈、密封袋、圍壓腔體上蓋9、軸壓裝置10、上透水蓋頭12、下透水蓋頭16為待安裝部件，其它部件均連接完整，接通電源及打開計算機，保證所有氣體和液體電磁閥、液體控制閥及裝置的各部件處于關閉狀態(tài)，將上透水蓋頭12和下透水蓋頭16分別置于試驗試樣的兩端并套上密封袋且用密封圈將密封袋密封于上透水蓋頭12的上密封槽13和下透水蓋頭16的下密封槽15，啟動恒溫水浴裝置7并調節(jié)好實驗溫度，將密封好的試樣裝于大號密封袋中并放入恒溫水浴池8中，一直到恒溫水浴裝置7的溫度到達試驗設定的溫度；密封墊片置于圍壓腔體14底部，然后依次放置下透水蓋頭16、密封好的試樣、密封帶、軸壓裝置10 (根據實驗需要控制活塞行程制動11開合狀態(tài)，活塞行程制動11開啟，將實時測量試樣的軸向變形所導致試樣孔隙率的變化，活塞行程制動11關閉，則保證試樣在軸向水頭作用下不發(fā)生軸向變形)，軸壓裝置10的管道穿過圍壓腔體上蓋9并通過密封螺母固定于圍壓腔體上蓋9的下方，擰上圍壓腔體上蓋9，在計算機上將第一氣液調節(jié)閥2及第二氣液調節(jié)閥3的壓力調節(jié)到試驗設計的壓力值，打開軸壓加壓水罐1的排氣閥及與軸壓加壓水罐1進液口相連管道上的液體控制閥，將恒溫水浴裝置7中的試驗用水通過管道注入軸壓加壓水罐1中，當水位到達排氣閥時，排氣閥及液體控制閥自動關閉，打開圍壓加壓水罐4上的排氣閥及與圍壓加壓水罐4 進液口相連管道上的液體控制閥，將恒溫水浴裝置7中的試驗用水通過管道注入圍壓加壓水罐4中，當水位到達排氣閥，排氣閥及液體控制閥將自動關閉，打開連接口位于水位顯示器6和氣體電磁閥之間管道上及連接圍壓腔體14和第二氣液調節(jié)閥3的輸水管道上的液體控制閥，啟動壓力氣體裝置18并打開壓力氣體裝置18與第一氣液調節(jié)閥2、第二氣液調節(jié)閥3進氣口連接輸氣管道上的氣體電磁閥且調節(jié)好氣體電磁閥中氣體的速度，用壓力氣體將軸壓加壓水罐1和圍壓加壓水罐4中的水驅入管道，當水達到連接口位于水位顯示器 6和氣體電磁閥之間管道上及連接圍壓腔體14和第二氣液調節(jié)閥3的輸水管道上的液體控制閥時，液體控制閥將自動關閉，打開恒溫水浴裝置7與下透水蓋頭16上管道連接管道上的液體控制閥，當水達到液體控制閥時，液體控制閥將自動關閉，此時實驗儀器所有水管中的空氣已經全部排出，將水位顯示器6與軸壓裝置10上的管道密封連接，打開軸壓裝置 10與真空抽氣裝置5之間管道上的氣體電磁閥并啟動真空抽氣裝置5將試樣、上透水蓋頭 12、下透水蓋頭16、軸壓裝置10、水位顯示器6及管道內抽成真空狀態(tài)，然后關閉氣體電磁閥及真空抽氣裝置5，打開恒溫水浴裝置7與下透水蓋頭16之間管道上的液體控制閥，當試驗用水到達水位顯示器6的指示位置時，恒溫水浴裝置7與下透水蓋頭16之間管道上的液體控制閥將自動關閉，打開圍壓腔體上蓋9上的排氣閥及連接圍壓腔體14和第二氣液調節(jié)閥3的輸水管道上的液體控制閥，當水達到圍壓腔體上蓋9上的排氣閥時，液體控制閥及排氣閥將自動關閉，上述操作中所有的電磁閥的閉合都由計算機中的相關程序控制，此時，一切準備工作就緒且所有氣體電磁液體電磁閥及液體控制閥均處于關閉狀態(tài)，啟動計算機中的試驗軟件進行試驗，試驗過程中裝置所有部件的啟動或關閉均由計算機中的試驗軟件自動控制，計算機將實時記錄流量測量裝置及液體體積測量儀17的實時水流量，并將流量測量裝置、液體體積測量儀的水量及第一氣液調節(jié)閥2、第二氣液調節(jié)閥3的壓力值自動的換算成試驗試樣的實時孔隙率、試樣兩端的水頭差及試樣的滲透系數(shù)，并自動完成試驗數(shù)據的存儲和處理，試驗完畢后，開閉實驗裝置，清除試驗試樣并清洗實驗設備，確保所有管道的干凈和干燥，以保證下次試驗的順利進行，關閉所有電源，確保試驗儀器的安全。
權利要求
1.一種可控溫度土體三軸滲透試驗裝置，其特征在于試驗裝置的圍壓腔體(14)和圍壓腔體上蓋(9)構成密封腔體，圍壓腔體(14)為透明夾層狀，圍壓腔體上蓋(9)上設置有排氣閥，軸壓裝置(10)位于圍壓腔體(14)和圍壓腔體上蓋(9)構成密封腔體內，軸壓裝置(10)上設置有活塞行程制動(11)，軸壓裝置(10)上的管道穿過圍壓腔體上蓋(9)并通過密封螺母固定于圍壓腔體上蓋(9)的下方，軸壓裝置(10)上的管道與真空抽氣裝置(5) 連接，管道上依次設有水位顯示器(6)和氣體電磁閥，軸壓裝置(10)下方設置有上透水蓋頭(12)，上透水蓋頭(1 和軸壓裝置(10)之間設有密封圈，上透水蓋頭(1 側壁上開有環(huán)形上密封槽(13)，下透水蓋頭(16)位于圍壓腔體(14)內的底部，下透水蓋頭(16)上的管道穿過圍壓腔體(14)的底部并通過密封螺母密封，下透水蓋頭(化)側壁上開有環(huán)形下密封槽(15)，恒溫水浴裝置(7)通過管道分別與下透水蓋頭(16)上的管道、圍壓加壓水罐(4)進液口及軸壓加壓水罐(1)進液口連接且管道上分別設置有液體控制閥，在下透水蓋頭(16)的管道與液體控制閥之間依次設置有液體電磁閥及流量測量裝置，液體電磁閥與液體體積測量儀(17)連接，軸壓裝置(10)、上透水蓋頭(1 及下透水蓋頭(16)在同一軸心線上，壓力氣體裝置(18)通過輸氣管道分別與第一氣液調節(jié)閥O)、第二氣液調節(jié)閥 (3)的進氣口連接且輸氣管道上分別設有氣體電磁閥，第一氣液調節(jié)閥O)、第二氣液調節(jié)閥(3)的出氣口通過輸氣管道分別與軸壓加壓水罐(1)、圍壓加壓水罐的進氣口連接， 軸壓加壓水罐(1)、圍壓加壓水罐的頂端分別設置有排氣閥，第一氣液調節(jié)閥O)的液倉通過輸水管道分別與軸壓加壓水罐(1)的出液口和軸壓裝置(10)與真空抽氣裝置(5) 之間的管道連接，和軸壓裝置(10)與真空抽氣裝置( 之間的管道連接口位于水位顯示器 (6)和氣體電磁閥之間，第二氣液調節(jié)閥C3)的液倉通過輸水管道分別與圍壓加壓水罐(4) 的出液口和圍壓腔體(14)的進液口連接，連接軸壓加壓水罐(1)和第一氣液調節(jié)閥(2)的輸水管道上設置有壓強測量裝置，壓強測量裝置位于上透水蓋頭(1 的底部所在的平面， 連接圍壓腔體(14)和第二氣液調節(jié)閥( 的輸水管道上依次設置有流量測量裝置、液體控制閥及壓強測量裝置且流量測量裝置、液體控制閥位于圍壓腔體(14)和圍壓加壓水罐(4) 之間。
2.如權利要求1所述的一種可控溫度土體三軸滲透試驗裝置，其特征在于所述的軸壓加壓水罐(1)和圍壓加壓水罐(4)外設置有保溫層。
3.如權利要求1所述的一種可控溫度土體三軸滲透試驗裝置，其特征在于所述的輸水管道外設置有保溫層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可控溫度土體三軸滲透試驗裝置，主要用于對環(huán)境巖土工程中測試不同溫度、不同軸壓及圍壓相互作用條件下土體滲透特性的試驗研究，屬于環(huán)境巖土工程領域。本發(fā)明的可控溫度土體三軸滲透試驗裝置保證試驗試樣的受壓的真實性和均勻性、密封性、飽和速度快、溫度恒定及試驗過程的可視化，實現(xiàn)了試驗數(shù)據的實時監(jiān)測及實驗過程控制的自動化，方便數(shù)據的記錄和處理，整個試驗裝置能夠根據所采土樣的實際工況，測定土體的不同溫度、不同軸壓及圍壓及相互作用的滲透系數(shù)，試驗結果能夠真實的反映土體的滲透特性。
文檔編號G01N15/08GK102175583SQ20101061768
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年12月31日
發(fā)明者馮夏庭, 劉磊, 李江山, 薛強, 陳億軍 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所