本發(fā)明涉及一種用于對原狀粘土的滲透與濾鹽能力進行實驗室測試的超濾試驗裝置，具體地說是涉及一種側向分段取樣原狀粘土超濾試驗裝置。

背景技術：

弱透水層的主要組成物質為粘性土，土中粘土礦物以蒙脫石、伊利石、高嶺石為主。為了驗證弱透水層的濾鹽效應，需要進行高壓滲透試驗。現(xiàn)有滲透測試設備主要為達西試驗儀，但達西試驗儀僅適用于低壓或微壓。通常的高壓滲透設備如市面上流行的三軸壓力計雖然可以測高壓，但只適用于固結的堅硬巖石，并不適用于粘性土樣。

申請人于2015年5月8日申請的申請?zhí)枮?01510229210.2的中國發(fā)明專利公開了一種假三軸高壓滲透試驗儀，其采用加圍壓擠壓柔性壁的方法解決了土樣周壁的密封問題，可用于粘性原狀土樣的滲透與濾鹽能力測試。但該假三軸高壓滲透試驗儀僅能在底部出口處取樣，取樣點較少，不能夠對滲出液在粘土中的水質變化情況進行分析。

技術實現(xiàn)要素：

基于上述技術問題，本發(fā)明提供一種側向分段取樣原狀粘土超濾試驗裝置。

本發(fā)明所采用的技術解決方案是：

一種側向分段取樣原狀粘土超濾試驗裝置，包括超濾試驗儀，所述超濾試驗儀包括外頂蓋、外底座、以及連接外頂蓋和外底座的側壁，外頂蓋、外底座與側壁圍成密閉空腔，在密閉空腔內設置有內頂蓋、內底座、用于包覆原狀土樣的柔性硅膠套管、以及有孔套管，所述內頂蓋安裝在外頂蓋下方，內頂蓋和外頂蓋內設有相貫通的進液通道，進液通道外接軸壓壓力表，所述內底座安裝在外底座上方，內底座內設有出水通道，外底座內設有與出水通道連通的儲水腔、以及將儲水腔與外界連通的底部取樣口，內頂蓋、內底座與柔性硅膠套管圍成原狀土樣滲透腔，有孔套管套在柔性硅膠套管的外側，在有孔套管和柔性硅膠套管之間形成圍壓腔，在側壁上開設有連通圍壓腔的圍壓孔，圍壓孔外接圍壓壓力表，在側壁、有孔套管和柔性硅膠套管的對應位置處設置有側向取樣口，在側向取樣口處安裝有螺管，在側壁和柔性硅膠套管上設置有與螺管相適配的螺紋接口，在柔性硅膠套管上對應側向取樣口的位置處設置有柔性濾網。

優(yōu)選的，所述側向取樣口設置2～5個，且沿側壁呈上下間隔排布。

優(yōu)選的，所述內頂蓋的底面設有第一凹槽，在第一凹槽內放置第一濾水板，所述內底座的頂面設有第二凹槽，在第二凹槽內放置第二濾水板，所述進水通道與第一濾水板之間設有頂內腔，出水通道與第二濾水板之間設有底內腔，所述濾水板與原狀土樣上下接觸面之間設有鋼紗網。

優(yōu)選的，所述內頂蓋的底部設有向下凸出的周向凸緣，所述內底座的頂部設有向上凸出的周向凸緣，所述柔性硅膠套管與內頂蓋和內底座周向凸緣的外側采用固封鋼卡加固密封。

優(yōu)選的，所述內底座和內頂蓋分別通過第一密封膠圈與側壁相接觸，所述內頂蓋上端面通過第二密封膠圈與外頂蓋相接觸，所述內底座下端面通過第三密封膠圈與外底座相接觸，所述外頂蓋和外底座分別通過螺絲固定于側壁上下端面。

優(yōu)選的，該超濾試驗裝置還包括手動加壓裝置和自重力加壓裝置，所述手動加壓裝置包括儲液箱，在儲液箱上設置有將儲液箱內存儲的液體手動壓出的壓水井結構，在儲液箱的一端上方設置有注液口；所述自重力加壓裝置包括底座、頂板和承壓板，在底座和頂板之間設置有支撐柱，所述承壓板套設在支撐柱上，并能沿支撐柱上下運動，在承壓板上放置有配壓板，在底座上設置有液壓腔，在液壓腔的內部設置有導壓柱，導壓柱與承壓板連接；所述手動加壓裝置共設置兩個，分別為軸壓手動加壓裝置和圍壓手動加壓裝置，所述自重力加壓裝置共設置兩個，分別為第一自重力加壓裝置和第二自重力加壓裝置，所述軸壓手動加壓裝置的出液口通過第一液壓連接管與第一自重力加壓裝置的液壓腔連通，所述第一自重力加壓裝置的液壓腔通過第一穩(wěn)壓輸出管與進液通道連通，所述圍壓手動加壓裝置的出液口通過第二液壓連接管與第二自重力加壓裝置的液壓腔連通，所述第二自重力加壓裝置的液壓腔通過第二穩(wěn)壓輸出管與圍壓孔連通。

優(yōu)選的，所述壓水井結構包括井體和壓手柄，井體呈中空柱形結構，井體的底部通過進液管與儲液箱的下部連通，在井體的上部設置有出液口，在井體的內部設置有活塞，所述活塞與帶動其往復運動的壓手柄連接。

優(yōu)選的，所述超濾試驗儀設置多個，在每一超濾試驗儀的進液通道和圍壓孔處均連接一三通，所有超濾試驗儀的進液通道處的三通相互連通，所有超濾試驗儀的圍壓孔處的三通也均相互連通。

優(yōu)選的，所述底座和頂板均呈方形，所述支撐柱共設置四個，分別位于底座和頂板的四角處，所述導壓柱與承壓板的中心連接。

本發(fā)明的有益技術效果是：

1、本發(fā)明在超濾試驗儀上增設多個側向取樣口，可根據需要對經過原狀土樣不同位置處的滲出液進行取樣，從而實現(xiàn)對滲出液在粘土中的水質變化情況的分析。

2、本發(fā)明通過在側向取樣口處安裝螺管，并在側壁和柔性硅膠套管上設置與螺管相適配的螺紋接口的方式，即可輕松實現(xiàn)側向取樣，且具有較好的密封效果，另外在柔性硅膠套管上對應側向取樣口的位置處設置有柔性濾網，可對原狀土樣起到過濾阻隔作用。

3、本發(fā)明采用手動加壓裝置與自重力加壓裝置相配合的方式，對超濾試驗儀進行機械式加軸壓和圍壓，相比于脈沖式加壓泵或蠕動泵，壓力控制更加穩(wěn)定、精確，極大地降低了試驗過程的試驗誤差。

4、由于采用了自重力加壓裝置和手動加壓裝置的純機械式加壓方式，本發(fā)明原狀粘土超濾試驗裝置可同時配備多個超濾試驗儀，進行多組試驗操作，試驗效率更高，而且各超濾試驗儀在進液通道和圍壓孔處均設置一三通，即可輕松實現(xiàn)連接，結構簡單，操控容易。

附圖說明

下面結合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明：

圖1為本發(fā)明一種實施方式的結構原理示意圖；

圖2為自重力加壓裝置的結構簡圖；

圖3為手動加壓裝置的結構簡圖；

圖4為超濾試驗儀的結構原理示意圖；

圖5為圖4的局部放大圖，主要示出側向取樣口處的結構。

圖中：1-超濾試驗儀，101-外頂蓋，102-外底座，103-側壁，104-內頂蓋，105-內底座，106-柔性硅膠套管，107-有孔套管，108-進液通道，109-軸壓壓力表，1010-出水通道，1011-儲水腔，1012-底部取樣口，1013-原狀土樣滲透腔，1014-圍壓腔，1015-圍壓孔，1016-圍壓壓力表，1017-側向取樣口，1018-螺管，1019-螺紋接口，1020-柔性濾網，1021-固封鋼卡，1022-第一濾水板，1023-第二濾水板，1024-頂內腔，1025-底內腔，1026-鋼紗網，1027-螺絲，1028-連接管，2-手動加壓裝置，201-儲液箱，202-壓水井結構，203-注液口，2021-井體，2022-壓手柄，2023-進液管，2024-出液口，2025-活塞，2026-膠片，211-軸壓手動加壓裝置，212-圍壓手動加壓裝置，3-自重力加壓裝置，301-底座，302-頂板，303-承壓板，304-支撐柱，305-配壓板，306-液壓腔，307-導壓柱，4-第一液壓連接管，5-穩(wěn)壓輸出管，6-三通，7-第二液壓連接管，8-單向閥,9-第一止水閥，10-第二止水閥。

具體實施方式

如圖1所示，一種原狀粘土超濾試驗裝置，包括超濾試驗儀1、手動加壓裝置2和自重力加壓裝置3。如圖4所示，所述超濾試驗儀1包括外頂蓋101、外底座102、以及連接外頂蓋101和外底座102的側壁103，外頂蓋101、外底座102與側壁103圍成密閉空腔，在密閉空腔內設置有內頂蓋104、內底座105、用于包覆原狀土樣的柔性硅膠套管106、以及有孔套管107。內頂蓋104安裝在外頂蓋101下方，內頂蓋104和外頂蓋101內設有相貫通的進液通道108，進液通道108外接軸壓壓力表109。所述內底座105安裝在外底座102上方，內底座105內設有出水通道1010，外底座102內設有與出水通道連通的儲水腔1011、以及將儲水腔與外界連通的底部取樣口1012。內頂蓋104、內底座105與柔性硅膠套管106圍成原狀土樣滲透腔1013，有孔套管107套在柔性硅膠套管106的外側，在有孔套管107和柔性硅膠套管106之間形成圍壓腔1014，在有孔套管107和側壁103之間也形成一腔室，在側壁上開設有圍壓孔1015，圍壓孔1015與上述腔室連通，進而連通圍壓腔1014，圍壓孔外接圍壓壓力表1016，在圍壓孔處設置有第二止水閥10。在側壁、有孔套管和柔性硅膠套管的對應位置處設置有側向取樣口1017，如圖5所示，在側向取樣口1017處安裝有螺管1018，在側壁103和柔性硅膠套管106上設置有與螺管相適配的螺紋接口1019，在柔性硅膠套管106上對應側向取樣口的位置處設置有柔性濾網1020。如圖3所示，所述手動加壓裝置2包括儲液箱201，在儲液箱201上設置有將儲液箱內存儲的液體手動壓出的壓水井結構202，在儲液箱的一端上方設置有注液口203。如圖2所示，所述自重力加壓裝置3包括底座301、頂板302和承壓板303，在底座301和頂板302之間設置有支撐柱304，所述承壓板303套設在支撐柱304上，并能沿支撐柱上下運動。在承壓板303上放置有配壓板305，在底座301上設置有液壓腔306，在液壓腔306的內部設置有導壓柱307，導壓柱307的頂端與活動的承壓板303連接。如圖1所示，所述手動加壓裝置共設置兩個，分別為軸壓手動加壓裝置211和圍壓手動加壓裝置212，所述自重力加壓裝置設置一個。所述軸壓手動加壓裝置211的出液口通過第一液壓連接管4與自重力加壓裝置3的液壓腔306連通，所述液壓腔306通過穩(wěn)壓輸出管5與三通6的進液口連通，三通6的其中一出液口與進液通道108連通，另一出液口通過第一止水閥9關閉。所述圍壓手動加壓裝置的出液口通過第二液壓連接管7與圍壓孔1015連通。在第一液壓連接管4、穩(wěn)壓輸出管5和第二液壓連接管7上均設置有單向閥8，使液體只能單向傳輸，不能反向回流。

上述側向取樣口1017優(yōu)選設置2～5個，且沿側壁呈上下間隔排布。

作為對本發(fā)明的進一步設計，如圖3所示，所述壓水井結構202包括井體2021和壓手柄2022，井體2021呈中空柱形結構，井體2021的底部通過進液管2023與儲液箱201的下部連通，在井體2021的上部設置有出液口2024，在井體2021的內部設置有活塞2025，在活塞2025的下方固定有膠片2026，所述活塞2025與帶動其往復運動的壓手柄2022連接。該結構及工作原理與普通壓水井的結構及工作原理一致。

更進一步的，所述底座301和頂板302均呈方形，所述支撐柱304共設置四個，分別位于底座301和頂板302的四角處，所述導壓柱306與承壓板303的中心連接。該結構設計可使承壓板的運行更加平穩(wěn)，進而有利于軸壓的精確控制。

進一步的，所述超濾試驗儀設置多個，在每一超濾試驗儀的進液通道和圍壓孔處均連接一三通，所有超濾試驗儀的進液通道處的三通通過管道相互連通，所有超濾試驗儀的圍壓孔處的三通也均通過管道相互連通。當然，圍壓壓力也可由自重力加壓裝置及圍壓手動加壓裝置共同提供，即圍壓手動加壓裝置壓出的水先進入另一自重力加壓裝置的液壓腔，然后在承壓板和導壓柱的作用下進入圍壓孔。

更進一步的，如圖4所示，所述內頂蓋的底部設有向下凸出的周向凸緣，所述內底座的頂部設有向上凸出的周向凸緣，所述柔性硅膠套管與內頂蓋和內底座周向凸緣的外側采用固封鋼卡1021加固密封。所述內頂蓋的底面設有第一凹槽，在第一凹槽內放置第一濾水板1022，所述內底座的頂面設有第二凹槽，在第二凹槽內放置第二濾水板1023，所述進水通道與第一濾水板之間設有頂內腔1024，出水通道與第二濾水板之間設有底內腔1025。所述第一濾水板與原狀土樣上接觸面之間、及第二濾水板與原狀土樣下接觸面之間均設有鋼紗網1026。所述內底座和內頂蓋分別通過第一密封膠圈與側壁相接觸，所述內頂蓋上端面通過第二密封膠圈與外頂蓋相接觸，所述內底座下端面通過第三密封膠圈與外底座相接觸，所述外頂蓋和外底座分別通過螺絲1027固定于側壁上下端面。

本發(fā)明原狀粘土超濾試驗裝置，所適用原狀粘土可以為非固結塑性粘性原狀土樣。下面以粘性土樣為例，結合本發(fā)明結構說明其具體的工作流程：

1、制樣：將粘性土樣加工成精確尺寸的圓柱形試樣；

2、放樣密封：

1)將柔性硅膠套管106卡入已放置好第二濾水板1023和鋼紗網1026的內底座105，柔性硅膠套管106下側采用固封鋼卡1021固定；

2)將圓柱形試樣放入柔性硅膠套管106中；

3)將有孔套管107套在柔性硅膠套管106外側，置于內底座105上；

4)將未擰緊的固封鋼卡1021套在柔性硅膠套管106上側；

5)將試樣上方的鋼紗網1026和第一濾水板1022放置好，內頂蓋104卡入柔性硅膠套管106，將上側固封鋼卡1021擰緊；

6)將以上整體擺放到外底座102上，把側壁103套上，調整側壁103、有孔套管107使側向取樣口1017對齊；

7)裝入螺管1018，使其與柔性硅膠套管106和側壁103上的螺紋接口1019擰緊；

8)將圍壓腔1014加滿自來水，蓋好外頂蓋101，并與側壁103固定好；

9)將進液通道108通過連接管1028與自重力加壓裝置的穩(wěn)壓輸出管5連接好；

10)將軸壓手動加壓裝置的第一液壓連接管4與自重力加壓裝置的液壓腔306連通，將圍壓手動加壓裝置的第二液壓連接管7和超濾試驗儀的圍壓孔1015連接好；

11)將配置好的試驗溶液注入軸壓手動加壓裝置的儲液箱，取自來水注入圍壓手動加壓裝置的儲液箱，試驗準備完畢。

3、試驗：

1)關閉超濾試驗儀進液通道108與圍壓孔處第二止水閥10，對軸壓手動加壓裝置和圍壓手動加壓裝置分別施加適當壓力；

2)先緩慢打開圍壓孔1015處第二止水閥10，注意觀察圍壓孔處圍壓壓力表1016的變化情況，同時緩慢打開進液通道108，并觀察進液通道處軸壓壓力表109的變化情況，調整軸壓與圍壓大小，確保進液通道處軸壓壓力表109讀數(shù)不大于圍壓孔處圍壓壓力表1016的讀數(shù)。待軸壓壓力表和圍壓壓力表的讀數(shù)基本穩(wěn)定時，讀取壓力數(shù)值，并記錄時間；

3)用橡膠軟管連接好各側向取樣口1017和底部取樣口1012，并引入廣口儲液瓶中收集滲出液，當輸液瓶滲出液達到20ml時取樣，并編號為Y_i-j(其中，i＝1，2，3，4，分別表示自上而下的三個側向取樣口1017和底部取樣口1012；j＝1，2，3······，表示所取樣品的次序)。

4)對配置的試驗溶液和所取滲出液水樣進行水化學分析，繪制滲出液水質變化曲線。

上述方式中未述及的有關技術內容采取或借鑒已有技術即可實現(xiàn)。

需要說明的是，在本說明書的教導下，本領域技術人員所作出的任何等同代替方式，或是明顯變型方式，均應在本發(fā)明的保護范圍之內。