[发明专利]一种高水压下泡沫改良砂性渣土渗透系数测试方法及测试装置

说明书

本发明公开了一种渗透系数测试装置，包括压力容器，具有用于放置待测试样的测试腔；供水装置，通过进水管与压力容器顶部连接，为测试腔提供常压水源；出水管，一端与压力容器底部连接，另一端从上到下依次间隔设有至少三个带有流量计和控制阀门的出水口；压力容器顶部设有排放压力容器内部气体的排气阀，压力容器上还设有用于测量测试腔进水端和出水端水压差的压力检测装置，压力容器的侧壁上设有用于测量测试腔内待测试样高度的刻度尺。本发明还公开了一种高水压下泡沫改良砂性渣土渗透系数测试方法。本发明可以准确测试泡沫改良渣土在不同水压下渗透系数的衰变规律，对盾构在富水高压砂性地层盾构渣土改良参数的选取具有重要指导作用。

技术领域

本发明涉及渣土改良技术领域，具体涉及高水压下泡沫改良砂性渣土渗透系数测试方法及测试装置。

背景技术

土压平衡盾构广泛用于城市地铁的建设中，随着土压平衡盾构的应用范围不断增大，盾构穿越富水砂性地层不可避免。盾构在穿越高水压高透水性地层时，地层中的水极易从螺旋输送机的出口喷出，发生喷涌事故。现场常需要向渣土中注入改良剂以提高渣土的抗渗性，使其改良后渗透系数小于10^-5m/s且保持在90min以上。泡沫作为一种环保且经济的改良剂被现场广泛使用。泡沫作为渣土改良剂时，其填充于土颗粒的孔隙间形成堵水结构以达到降低渣土渗透系数的作用，但是这种填充作用是极不稳定的，泡沫会随着渗流的进行而破灭或是被水流带出导致渣土的抗渗性随着时间增大而不断变化。同时，渣土中泡沫的填充作用也随着水压力的变化而变化，即不同水压力下渣土呈现出不同的渗流特征。目前改良后渣土的抗渗性检测试验常采用传统的常水头试验，没有考虑到水压力对泡沫改良后渣土渗透性的影响，且渗流试验初期，渣土的渗透系数小，渣土的渗透系数和流速间的关系服从达西定律，可直接用达西公式计算，但当泡沫填充率逐渐降低，渣土渗透系数过大，渣土的渗透系数和流速间不服从达西定律，需要变化水压力差来得到不同的渗流速度拟合公式计算出渣土的渗透系数。

有些学者提出了一些新型的渗透系数测定装置或方法。例如，中国实用新型专利(申请号：201620364888.1，专利名称：模拟常水头渗透装置)提供了一种新型且体型小，操作简便并可以实现多余水量循环利用的常水头渗透装置。中国实用新专利(申请号：201520188885.2，专利名称：一种自动补水型常水头饱和渗透仪)涉及一种通过马氏瓶原理、水力学原理以及压力感应装置，达到自动补给水源的功能，有效解决了现有常水头渗透仪人工观察水位，人工补给水源易产生的较大误差。中国实用新专利(申请号：201510108411.7，专利名称：常、变水头复合渗透测试装置)涉及一种在样品桶和注水装置上分别设有排气阀，通过调整注水装置中的空气压力和排气阀实现水压力可调，兼容常水头和变水头渗透试验的装置。基于上述专利测定泡沫渣土渗透系数，无法实现渗流过程中水力梯度的动态变化，无法测定非达西流状态下渣土渗透系数。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种可以准确测试泡沫改良渣土在不同水压下渗透系数衰变规律的高水压下泡沫改良砂性渣土渗透性测试装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种渗透系数测试装置，包括：

压力容器，具有用于放置待测试样的测试腔；

供水装置，通过进水管与压力容器顶部连接，为测试腔提供常压水源；以及，

出水管，一端与压力容器底部连接，另一端从上到下依次间隔设有至少三个带有流量计和控制阀门的出水口；

所述压力容器顶部设有排放压力容器内部气体的排气阀，所述压力容器上还设有用于测量测试腔进水端和出水端水压差的压力检测装置，所述压力容器的侧壁上设有用于测量测试腔内待测试样高度的刻度尺。

进一步的，所述供水装置为带有溢流管的溢流堰，所述溢流堰的出水口和进水口分别与所述进水管和外部水源连通。