[发明专利]多功能渗透变形试验仪及其测试方法

权利要求书

1.一种多功能渗透变形试验仪，包括：机架，其特征在于：还有垂直加载控制系统置于有机玻璃特制的组合式渗流容器的上盖上，侧向加载控制系统置于机架内，有机玻璃特制的组合式渗流容器和垂直加载与侧向加载控制系统组件固定在机架上，流量及温度测量系统设置在机架侧边。

2.根椐权利要求1所述的一种多功能渗透变形试验仪，其特征在于：包括：机架，垂直加载加载控制系统置于有机玻璃特制的组合式渗流容器的上盖上，侧向加载控制系统置于机架内，有机玻璃特制的组合式渗流容器和垂直加载与侧向加载控制系统组件固定在机架上，流量及温度测量系统设置在机架侧边，带溢流管的水头升降装置的出水管和有机玻璃特制的组合式渗流容器的底座上的进水阀相连。

3.根椐权利要求2所述的一种多功能渗透变形试验仪，其特征在于：所述的带溢流管的水头升降装置（1）包括水箱（23）、水箱（23）下部的支板两端的孔套在导向钢绳（24）上，导向钢绳（24）上下两端和支架（26）相连，拉伸线索一头和水箱相连，另头绕过定滑轮和定位涡轮（15）相连，水箱通过管道和底座的进水阀相连。

4.根椐权利要求2所述的一种多功能渗透变形试验仪，其特征在于：所述的组合式有机玻璃特制的渗流容器包括：导向管（6）、渗透固结管（19）或K₀渗透固结管（22）、底座（11）依次密封相连，并用螺杆紧固形成一个整体，上盖（5），下固定板（14）分别置于上下两端，穿过螺杆用螺帽紧固；所述的渗透固结管（19）上按一定间距布有三个高度差压传感器（8）、（9）、（10），通过三通接头、阀门及导水管与渗透固结管（19）和侧压管（2）相连，差压传感器（8）、（9）、（10）信号线通过采集合与微机机连；或所述的用于二维加载或原状试样柔性密封K₀渗透固结管（22）内壁呈向外凹的弧形，内壁套有带咀筒状乳胶，膜咀上套有铜管用O形圈与K₀渗透固结管（22）密封连接，与膜咀呈90度角布有二个二通阀门，一个与精密全自动液压控制器相连，一个与K₀渗透固结管（22）压力腔容积调节管相连，其它组件与渗透固结管（19）一致。

5.根椐权利要求2所述的一种多功能渗透变形试验仪，其特征在于：所述的垂直加载控制系统包括：上盖（5）中心安有活塞套（4），活塞套（4）上端是垂直加载装置（3），通过两根螺杆固定在上盖（5）上，上盖（5）侧面布有出水的二通阀门，活塞套（4）能活塞杆上装有垂直位移传感器夹具，导向管（6）侧面布有二通阀门。

6.根椐权利要求2所述的一种多功能渗透变形试验仪，其特征在于：所述的侧向加载控制系统包括：侧向加载控制系统是一台全自动精密液压控制器，在加载的同时能记录体变，安装在机架内，通过高压尼龙管与K₀渗透固结管（22）压力腔相连。

7.根椐权利要求4所述的一种多功能渗透变形试验仪，其特征在于：所述的底座（11）包括直管和整体漏斗，整体漏斗上端放置不锈钢下透水板，整体漏斗的进口设有环形滤气透水网（12），直管和整体漏斗间通过O形圈密封，底座（11）布有两二通阀门，一个进水，一个排气。

8.根椐权利要求2所述的一种多功能渗透变形试验仪，其特征在于：所述的水头、流量及温度测量系统包括：流量测量管（21）进水口与渗流容器出水口用管道相连并应水平，下端布有温度传感器和流量传感器（16），传感器信号线通过采集合与微机连。

9.一种多功能渗透变形试验仪测试步骤如下：

（1）、多功能渗透变形试验仪检校 

①按试验要求组装好多功能渗透变形试验仪全部组件，升高水箱（23），打开底座上的进水阀，让渗流容器内充满水，排除管路中的全部气体后关闭除底座（11）上的进水阀以外的全部阀门，将水头升高到最大水头，系统不漏水即可；

②关阀底座（11）上的进水阀，利用侧压管（2）标定侧压水头传感器（8）、（9）、（10），差压传感器（10）标定为绝对水头高度，单位厘米水柱高度，下游的差压传感器（8）、（9）分别标定为相邻两点的水头差，单位毫米水柱高度，流量传感器（16）标定为亳升，温度标定为摄氏度，测定垂直加载装置（3）的气压与活塞出力之间的关系；

（2）、垂直渗流方式渗透及渗透变形指标的测定

①打开渗流容器上盖（5），调整水箱高度（23），让水面与渗流容器下透水板平齐，在下透水板上放上一块5mm厚透水石，垂向从下往上渗流，用透水网，从上往下渗流，透水板与透水网孔径一致3mm，在渗透固结管（19）内壁涂层真空硅脂，按预定的密度称取砂样，加入1%的水拌匀，在渗透固结管（19）内分层击实制成，试样与渗透固结管（19）上端面平齐；

②不需施加垂直荷载时，依次放入用透水石制作的内径比试样直径小2-3mm的环状透水板，内径与试样直径一致的导向环，十字形加载板，需施加垂直荷载时，放入第一个导向环，在导向环内放一层渗透系数比试样大10倍以上的中粗砂抹平，再放入第二个导向环，在导向环内放入外径与试样直径一致的上透水传压板；

③盖上上盖（5）锁紧，不需施加垂直荷载时，通过重调压阀给十字形加载板施加100-200kpa压力后，封闭气缸（3），关闭气源，防止试样沿渗透固结管（19）内壁滑动，需施加垂直荷载时，安装位移传感器，直接通过调压阀给试样施加设定的垂直荷载，记录垂直位移；

④关闭渗流容器三个测压咀处三通阀门，关闭底座（11）上进水阀，将抽气机接在导向管（6）的二通阀上进行抽气，当渗流容器内接近负一个大气压时，将供水瓶与上盖（5）溢水阀相连，对试样进行滴水饱和，当水面到达上传压板时停止抽气，卸除抽气管与供水管，保持上盖（5）的阀门接通大气，升高供水箱水位（23）与上盖（5）的阀门平齐，打开进水阀，调节透固结管（19）的三个测压咀处三通阀门排除测压管路中气体并与渗流容器相通，直到三根侧压管（2）水头与上盖（5）阀门中心平齐；

⑤当垂直由下向上渗流时，将上盖阀（5）门与流量管（21）相连，加第一级水头1cm，然后按水头坡降为0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0坡降递增，在接近临界坡降时，渗透坡降递增值适当减小，记录程序设置为每20分钟记录一次测压管（2）水头差、流量及温度值，当采用垂直由上向下渗流时，需在试样装入前将透固结管（19）旋转180度组装，进出水口互换，并调整流量管（21）进水口与渗流容器出水口高度一致，其它与由下向上渗流时相同；

⑥当电脑记录的每级水头施加1小时后，连续3到4次之间流量差相近即可加下一级水头，在电脑自动记录的同时，也可人工测记测压管（2）读数，并透过玻璃筒观察试验现象，如水的浑浊程度、冒气泡、细颗粒跳动、移动或被水带出等现象，并加以描述记录；

⑦当水头不能再增加时，即可结束试验；

⑧当需要进行二维加载或采用原状土试样进行试验时，用K₀渗透固结管（22）替代透固结管（19），利用侧压腔对试样进行柔性密封或者二维加载，其它测试过程与垂直由下向上渗流方式或垂直由上向下渗流相同；

（3）、水平渗流方式渗透变形指标的测定

①打开渗流容器上盖（5），调整水箱（23）高度，让水面与渗流容器下透水板平齐，在下透水板上放上一块5mm厚透水石，在渗透固结管（19）内壁涂层真空硅脂，按预定的密度称取砂样，加入1%的水拌匀在渗透固结管（19）内分层击实制成，试样与渗透固结管（19）上端面平齐；

②不需施加水荷载时，依次放入内径与试样直径一致的导向环，在导向环内放一层渗透系数比试样大10倍以上的中粗砂抹平，外径与导向管（6）内径一致的上透水传压板，需施加垂直荷载时，放入第一个导向环，在导向环内放一层渗透系数比试样大10倍以上的中粗砂抹平，再放入第二个导向环，在导向环内放入外径与试样一致的上透水传压板；

③盖上上盖（5）锁紧，不需施加水平荷载时，通过调压阀给传压板施加100-200kpa压力后，封闭气缸（3），关闭气源，需施加水平荷载时，安装位移传感器，直接通过调压阀给试样施加设定的水平荷载，记录位移值；

④关闭渗流容器三个测压咀处三通阀门，关闭底座（11）上进水阀，将抽气机接在导向管（6）二通阀上进行抽气，当渗流容器内接近负一个大气压时，将供水瓶与上盖（5）溢水阀相连，对试样进行滴水饱和，当水面到达上传压板时停止抽气，卸除抽气管与供水管，保持上盖（5）阀门接通大气，升高供水箱（23）水位与上盖（5）阀门平齐，打开进水阀，调节渗流容器三个测压咀处三通阀门排除测压管路中气体并与渗流容器相通，直到三根侧压管（2）水头与上盖（5）阀门中心平齐，关闭进水阀；

⑤将渗流容器水平放置在水平支架（13）上；

⑥将上盖（5）阀门与流量管（21）相连，加第一级水头1cm，熊然后按水头坡降为0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0坡降递增，在接近临界坡降时，渗透坡降递增值适当减小，记录程序设置每20分钟记录一次测压管（2）水头差、流量及温度值；

⑦当电脑记录的每级水头施加1小时后，连续3到4次之间流量差相近即可加下一级水头，在电脑自动记录的同时，也可人工测记测压管读数，并透过玻璃筒观察试验现象，如水的浑浊程度、冒气泡、细颗粒跳动、移动或被水带出等现象，并加以描述记录；

⑧当水头不能再增加时，即可结束试验；

⑨当采用原状土或需二维加载进行试验时，用K₀渗透固结管（22）替代透固结管（19），利用侧压腔对试样进行密封或者二维加载，其它测试过程相同；

（4）、资料整理

按《土工试验规程》SL237-014-1999、SL237-056-1999规定进行计算整理资料。