假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種適用于固結(jié)與非固結(jié)巖土、特別 是針對(duì)非固結(jié)塑性粘性原狀土樣的滲透與濾鹽能力測(cè)試的假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)不同濃度的溶液分置半透膜兩側(cè)時(shí)，發(fā)生化學(xué)滲透，水分子通過(guò)半透膜從低濃 度的溶液進(jìn)入高濃度的溶液中。如果在高濃度的一側(cè)施加一定壓力，可以使水分子的滲透 向相反方向進(jìn)行，從而將溶質(zhì)截留在高濃度一側(cè)，并形成一個(gè)濃度增長(zhǎng)帶，這就是反滲透膜 濾鹽的基本原理。
[0003] 在地下含水系統(tǒng)中，弱透水層兩側(cè)形成一定水頭差的情況比較常見。我國(guó)東部華 北平原地區(qū)，咸淡水層互層，隨著深層淡水資源的大量開采，在深、淺含水層之間形成較大 的水頭差。淺部的高度礦化咸水經(jīng)下伏弱透水層越流補(bǔ)給給深部淡水含水層后，并沒有因 為咸水的越流補(bǔ)給而發(fā)生明顯的"咸化"，或者深部淡水層受到咸化的程度，沒有預(yù)想的那 么嚴(yán)重。是否由于弱透水層在較大的水頭差驅(qū)使下，在透過(guò)水的同時(shí)，把咸水的鹽分擋住了 呢？或者是咸水的鹽分被吸附(儲(chǔ)存）在弱透水層里了呢？顯然，鹽分被擋在咸水層或被儲(chǔ) 存在弱透水層中，使透過(guò)弱透水層的水得以淡化的過(guò)程，叫做"濾鹽"。
[0004] 鑒于這樣的考慮，對(duì)弱透水層膜效應(yīng)和濾鹽功能的探宄，將使得華北地區(qū)的水資 源評(píng)價(jià)及其開發(fā)利用改變預(yù)期的前景。為了驗(yàn)證弱透水層的膜效應(yīng)和濾鹽效應(yīng)，需要進(jìn)行 滲透實(shí)驗(yàn)。
[0005] 弱透水層的主要組成物質(zhì)為粘性土，土中粘土礦物以蒙脫石、伊利石、高嶺石為 主?，F(xiàn)有滲透測(cè)試設(shè)備主要為達(dá)西試驗(yàn)儀，但達(dá)西試驗(yàn)儀僅適用于低壓或微壓。通常的高 壓滲透設(shè)備只適用于固結(jié)的堅(jiān)硬巖石。市面上流行的三軸壓力計(jì)雖然可以測(cè)高壓，但只適 用于固結(jié)的堅(jiān)硬巖石，不適用于粘性土樣，特別是不適用于針對(duì)非固結(jié)的、松散松軟的粘 性土樣原狀條件下的測(cè)試，且只能做壓力破壞試驗(yàn)，有時(shí)可兼做滲透試驗(yàn)，但是不能夠做濾 鹽(把粘性土樣作為滲透膜)試驗(yàn)。利用粘性原狀土樣與止水密封材料作為填充劑所設(shè)計(jì)的 滲透測(cè)試設(shè)備，其在高壓下止水效果不好，主要原因在于以下幾個(gè)方面： 1、 粘性土樣的滲透能力很差，土樣與其它止水密封材料不易結(jié)合； 2、 社會(huì)上通用的止水密封材料，如玻璃膠、堵漏靈等強(qiáng)度不夠，稍加壓即失效；以商用 粘土作為止水密封材料，其與土樣間不能夠粘合，尤其是水分減少后易開裂，水分飽和后強(qiáng) 度會(huì)降低；盡管水泥的止水效果與強(qiáng)度均滿足條件，但是與粘性土樣間間隙無(wú)法去除，液體 順裂隙流過(guò)； 3、 上述四種止水密封材料所產(chǎn)生的圍壓均小于粘性土樣的軸壓。
[0006] 因此，如何讓高壓水流只從粘性原狀土樣內(nèi)部通過(guò)而不是從土樣與止水密封材料 的接合面上滲漏是研制高壓滲透試驗(yàn)儀成敗的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用假三軸原理測(cè)試原狀土 樣的專用測(cè)試設(shè)備一假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀，通過(guò)將原狀土樣包覆在柔性硅膠套管中密 封，采用加圍壓擠壓柔性壁的方法解決土樣周壁的密封問題。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是： 假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀，其特征在于，包括上頂蓋、下底座、以及連接上頂蓋和下底座 的側(cè)壁，上頂蓋、下底座與側(cè)壁圍成密閉空腔，該密閉空腔內(nèi)安置有內(nèi)頂蓋、內(nèi)底座、用于包 覆原狀土樣的柔性硅膠套管、以及有孔套筒，側(cè)壁中部開設(shè)有圍壓孔，圍壓孔外接圍壓壓力 表，圍壓加壓裝置通過(guò)圍壓孔給原狀土樣施加圍壓以模擬地層圍壓作用； 所述內(nèi)頂蓋安裝在上頂蓋下方，并在其底部設(shè)有向下突出的周向凸緣，內(nèi)頂蓋和上頂 蓋內(nèi)設(shè)有相貫通的進(jìn)水通道，進(jìn)水通道外接軸壓壓力表；所述內(nèi)底座安裝在下底座上方，并 在其頂部設(shè)有向上突出的周向凸緣，內(nèi)底座內(nèi)設(shè)有出水通道，下底座內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)水腔，儲(chǔ)水腔 上開設(shè)與外界相連通的測(cè)壓出水孔；所述內(nèi)頂蓋的底面和內(nèi)底座的頂面分別開設(shè)有放置 濾水板的槽，濾水板、內(nèi)頂蓋、內(nèi)底座與側(cè)壁之間圍成原狀土樣滲透腔，上述進(jìn)水通道、滲透 腔、出水通道、儲(chǔ)水腔和測(cè)壓出水孔依次連通； 所述柔性硅膠套管緊貼套設(shè)在內(nèi)頂蓋和內(nèi)底座周向凸緣的外側(cè)，柔性硅膠套管外側(cè)套 設(shè)有孔套筒，有孔套筒安置在內(nèi)頂蓋和內(nèi)底座之間，有孔套筒與柔性硅膠套管之間預(yù)留有 空隙形成圍壓腔。
[0009] 所述柔性硅膠套管與內(nèi)頂蓋和內(nèi)底座周向凸緣的外側(cè)采用固封鋼卡加固密封。 [0010] 所述有孔套筒上下開設(shè)有用于松緊固封鋼卡的凹槽。
[0011] 所述進(jìn)水通道與濾水板之間設(shè)有頂內(nèi)腔，出水通道與濾水板之間設(shè)有底內(nèi)腔。 [0012] 所述濾水板與原狀土樣上下接觸面之間設(shè)有鋼紗網(wǎng)。
[0013] 所述內(nèi)底座和內(nèi)頂蓋分別通過(guò)密封膠圈與側(cè)壁相接觸。
[0014] 所述內(nèi)頂蓋上端面通過(guò)內(nèi)密封膠圈與上頂蓋相接觸。
[0015] 所述內(nèi)底座下端面通過(guò)內(nèi)密封圈與下底座相接觸。。
[0016] 所述上頂蓋和下底座分別通過(guò)螺絲固定于側(cè)壁上下端面。
[0017] 所述原狀土樣為固結(jié)的堅(jiān)硬巖土或非固結(jié)巖土。
[0018] 本發(fā)明的假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀與現(xiàn)有技術(shù)相比，所產(chǎn)生的有益效果是， 1、 利用假三軸原理，在原狀土樣外套設(shè)柔性硅膠套管，通過(guò)圍壓孔對(duì)粘性土樣施加圍 壓，圍壓大于軸壓時(shí)，高壓水流只從原狀土樣內(nèi)部通過(guò)而不是從原狀土樣與密封材料的接 合面上滲漏，從而在高壓下達(dá)到密封效果； 2、 柔性硅膠套管外側(cè)套有孔套筒，對(duì)原狀土樣起到支撐作用，上頂蓋和下底座與側(cè)壁 之間通過(guò)螺絲連接而不采用螺紋，這樣的設(shè)計(jì)可避免原狀土樣裝填或放置過(guò)程因上頂蓋或 下底座旋鈕而造成形變； 3、 用固封鋼卡將柔性硅膠套管箍筋內(nèi)頂蓋和內(nèi)底座，這樣的設(shè)計(jì)可有效解決原狀土樣 的密封問題； 4、 內(nèi)頂蓋，內(nèi)底座與外壁之間加密封膠圈，內(nèi)頂蓋與上頂蓋之間、內(nèi)底座與下底座之間 加內(nèi)密封膠圈，這樣的設(shè)計(jì)可有效解決圍壓腔的密封問題； 5、 滲透腔上下分別放置濾水板和鋼紗網(wǎng)，有利于高壓水流束在原狀土樣上均勻施壓， 并防止高壓水流束將原狀土樣(特別是非固結(jié)粘性土樣）擊穿； 6、進(jìn)水通道與濾水板之間設(shè)有頂內(nèi)腔，出水通道與濾水板之間設(shè)有底內(nèi)腔，這樣的設(shè) 計(jì)可以使高壓水流在整個(gè)濾水板上分布均勻； 綜上，本發(fā)明的假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀，以原狀土樣為試驗(yàn)土樣，利用假三軸原理，對(duì) 地下含水系統(tǒng)的實(shí)際狀況進(jìn)行模擬，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作和使用方便，可適用于固結(jié)與非固結(jié) 巖土、尤其是針對(duì)非固結(jié)塑性粘性原狀土樣的滲透與濾鹽能力測(cè)試，可有效解決高壓原狀 土樣滲透性能測(cè)試的問題。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 附圖1為本發(fā)明假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2為本發(fā)明1#實(shí)驗(yàn)軸壓、圍壓及滲濾液(此處應(yīng)與表1表述一致)體積隨時(shí)間的變 化曲線； 附圖3為本發(fā)明2#實(shí)驗(yàn)軸壓、圍壓及滲濾液(此處應(yīng)與表2表述一致)體積隨時(shí)間的變 化曲線。
[0020] 圖中，1、上頂蓋，2、內(nèi)頂蓋，3、內(nèi)底座，4、下底座，5、側(cè)壁，6、滲透腔，7、螺絲，8、圍 壓孔，9、柔性硅膠套管，10、有孔套筒，11、密封膠圈，12、內(nèi)密封膠圈，13、進(jìn)水通道，14、儲(chǔ)水 腔，15、固封鋼卡，16、圍壓腔，17軸壓壓力表，18、圍壓壓力表，19、連接管，20、測(cè)壓出水孔， 21、鋼紗網(wǎng)，22、濾水板，23、頂內(nèi)腔，24、底內(nèi)腔，25、出水通道。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖1-3對(duì)本發(fā)明的假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀作以下詳細(xì)地說(shuō)明。
[0022] 如附圖1所示，本發(fā)明的假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀，其結(jié)構(gòu)包括上頂蓋1、下底座4、 以及連接上頂蓋1和下底座4的側(cè)壁5,上頂蓋1通過(guò)螺絲7固定于側(cè)壁5上端面，下底座 4通過(guò)螺絲7固定于側(cè)壁5下端面，側(cè)壁5中部開設(shè)有圍壓孔8,圍壓加壓裝置通過(guò)圍壓孔 8給粘性土樣施加圍壓以模擬地層圍壓作用，圍壓孔8通過(guò)連接管19外接圍壓壓力表18。
[0023] 所述上頂蓋1、下底座4與側(cè)壁5圍成密閉空腔，該密閉空腔內(nèi)安置有內(nèi)頂蓋2、內(nèi) 底座3、用于包覆原狀土樣的柔性硅膠套管9、以及有孔套筒10,內(nèi)底座3和內(nèi)頂蓋2分別通 過(guò)密封膠圈11與側(cè)壁5相接觸，所述內(nèi)頂蓋2上端面通過(guò)內(nèi)密封膠圈12與上頂蓋1相接 觸，內(nèi)底座3下端面通過(guò)內(nèi)密封膠圈12與底座4相接觸。
[0024] 所述內(nèi)頂蓋2安裝在上頂蓋1下方，并在其底部設(shè)有向下突出的周向凸緣，內(nèi)頂蓋 2和上頂蓋1內(nèi)設(shè)有相貫通的進(jìn)水通道13,進(jìn)水通道13通過(guò)連接管19外接軸壓壓力表17 ; 所述內(nèi)底座3安裝在下底座4上方，并在其頂部設(shè)有向上突出的周向凸緣，內(nèi)底座3內(nèi)設(shè)有 出水通道25,下底座4內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)水腔14,儲(chǔ)水腔14上開設(shè)與外界相連通的測(cè)壓出水孔20 ; 內(nèi)