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专利名称：测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置和方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111439428.2

专利申请（专利权）人：中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司,中国矿业大学
权利人地址：河南省南阳市迎宾大道6号天润福瑞阁酒店行政楼5楼

专利发明（设计）人：李斌,鞠远江,郝继锋,宋博,尹延飞,王军,张凯迪,宋明耀,刘琴文,王泽智,章博,吕宁,宋书学,陈雪兵,李卓棪

专利摘要：一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，包括支架，马利奥特瓶，过滤渗透装置和测量装置，所述的过滤渗透装置的进水端与马利奥特瓶连接，所述的过滤渗透装置并排设置第一过滤槽、渗流槽和第二过滤槽，所述的过滤渗透装置的出水端与测量装置连接，所述的测量装置包括储水桶，所述的储水桶的侧壁设有出水口。本发明的有益效果：可以模拟不同水头差下的渗透情况，对试验的膨胀土土样进行分块处理后，可以模拟膨胀土不同裂隙的情况，使得试验结果更接近真实情况。由于试验时模拟的是承压水下的裂隙型膨胀土的渗透情况，该条件下的过水断面保持不变，便于计算。

主权利要求：
1.一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，其特征在于：包括支架，马利奥特瓶，过滤渗透装置和测量装置，所述的过滤渗透装置的进水端与马利奥特瓶连接，所述的过滤渗透装置并排设置第一过滤槽（10）、渗流槽（12）和第二过滤槽（14），所述的过滤渗透装置从左到右分别布置第一滤板（9）、第二滤板（11）和第三滤板（13），所述的第一滤板（9）、第二滤板（11）和第三滤板（13）的外围设置有不透水盖板（19），所述的过滤渗透装置由第一滤板（9）、第二滤板（11）、第三滤板（13）和不透水盖板（19）分隔为第一过滤槽（10）、渗流槽（12）和第二过滤槽（14），所述渗流槽（12）中设置有已知初始含水量的膨胀土块，所述膨胀土块成土条状横竖交错布置填满渗流槽（12），土条之间的孔隙体积按照所选裂隙率进行匹配；
所述第一过滤槽和第二过滤槽内填满细沙，所述的第一滤板（9）、第二滤板（11）和第三滤板（13）的外部包有滤网，所述的过滤渗透装置的出水端与测量装置连接，所述的测量装置包括储水桶（16），所述的储水桶（16）的侧壁设有出水口（18）。
2.根据权利要求1所述的测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，其特征在于：所述的马利奥特瓶包括容水瓶（1）、水槽（8）和支架（5），所述的容水瓶（1）安装在支架（5）上，所述的容水瓶（1）的瓶身设有进水口（3），所述的进水口（3）设有进水阀门（4），所述的水槽（8）设置在容水瓶（1）的下方，所述的水槽（8）中设有连接导管（7）和进气管（2），所述的连接导管（7）和进气管（2）的上端插入容水瓶（1）内，且进气管（2）的顶端高于连接导管（7）的顶端。
3.根据权利要求2所述的测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，其特征在于：所述的过滤渗透装置的出水端通过水管与储水桶（16）连接，所述的水管上设有渗流出水阀（15）。
4.根据权利要求1所述的测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，其特征在于：所述的出水口（18）下方设有量筒（17）。
5.根据权利要求2所述的测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，其特征在于：所述的连接导管（7）上设有导水阀门（6）。
6.根据权利要求2所述的测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，其特征在于：所述的进水口（3）的高度低于进气管（2）的顶端。
7.一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验方法，采用如权利要求3所述的试验装置，其特征在于：包括以下步骤：S1：将已知初始含水量的膨胀土块成土条备用；
S2：将土条横竖交错布置填满渗流槽（12），土条之间的空隙体积按所选裂隙率进行匹配，装好土条后在第一过滤槽和第二过滤槽中填满细沙，盖上不透水盖板（19）；
S3：水槽（8）加水，打开渗流出水阀（15），待有水流入储水桶（16）时向储水桶（16）注水至与出水口（18）高度持平，调节水槽（8）的水头高度与储水桶（16）侧持平；
S4：关闭渗流出水阀（15），调节水槽（8）的水头高度，使试验装置两端产生水头差，在储水桶（16）的出水口（18）下方放置量筒（17），打开渗流出水阀（15），并开始计时；
S5：观测储水桶（16）的出水口（18）出水情况，待出水口（18）不再出水后，读取量筒（17）的数据；
S6：在获取渗流时间、量筒数据后，计算出所选裂隙率下的饱水膨胀土的渗流参数。 说明书 : 测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置和方法技术领域[0001] 本发明涉及不同裂隙率的膨胀土渗透规律研究技术领域，具体是一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置和方法。背景技术[0002] 膨胀土具有一种特有的胀缩性,在遇水和失水反复的情况下极易形成裂隙，同时降低承载力，会使得建筑物发生移动、表面出现裂隙、整体倾斜等破坏。膨胀土的这种特有性质会在建筑物施工时产生某些破坏,特别是在开挖边坡时会因此而导致滑坡。[0003] 由于膨胀土相比较于一般的粘性土，具有更大的密度和强度。加之土体的吸水膨胀作用，土体内储藏了一定的应变能。由于边坡开挖会改变边坡土体的约束条件,因此土体中的能量会释放出来，发生卸荷。一旦产生卸荷作用，边坡的土体的力学性能和水理性质会发生重大变化。首先，土体将会从孔隙—裂隙型状态向裂隙型状态转变，范围及影响程度将会加大；其次，卸荷会导致原来的微小裂隙面逐渐加深扩大，直至裂隙全部贯通，并在坡肩处形成拉张裂隙；并且潜在滑裂面的强度会随着卸荷作用和裂隙的扩张而逐渐减小。综合以上3个因素可知，边坡在开挖过程中有可能立即发生滑坡也有可能停滞数天甚至更久。除此之外，自然条件下膨胀土的干湿循环所形成的裂隙对边坡的稳定性也有很大影响。特别是降雨后，地表水会沿着裂隙进入坡体形成浸润线，其形态对边坡的稳定性影响性较大。[0004] 实验室常采用渗透试验来模拟真实地层中，地下水在土体中的渗流过程，从而研究水对土体的影响，得到相应的渗透参数。但是现有的装置无法直接用于不同裂隙型膨胀土的渗透试验，并且由于膨胀土的胀缩性，现有的装置很难进行膨胀土的初始条件的设置。发明内容[0005] 为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置和方法，通过控制土样的形态来模拟不同宽度裂隙的膨胀土的渗透情况以及渗透参数。[0006] 本发明采用的技术方案：一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，包括支架，马利奥特瓶，过滤渗透装置和测量装置，所述的过滤渗透装置的进水端与马利奥特瓶连接，所述的过滤渗透装置并排设置第一过滤槽、渗流槽和第二过滤槽，所述的过滤渗透装置的出水端与测量装置连接，所述的测量装置包括储水桶，所述的储水桶的侧壁设有出水口。[0007] 优选的，所述的马利奥特瓶包括容水瓶、水槽和支架，所述的容水瓶安装在支架上，所述的容水瓶的瓶身设有进水口，所述的进水口设有进水阀门，所述的水槽设置在容水瓶的下方，所述的水槽中设有连接导管和进气管，所述的连接导管和进气管的上端插入容水瓶内，且进气管的顶端高于连接导管的顶端。[0008] 优选的，所述的过滤渗透装置从左到右分别布置第一滤板、第二滤板和第三滤板，所述的第一滤板、第二滤板和第三滤板的外围设置有不透水盖板，所述的过滤渗透装置由第一滤板、第二滤板、第三滤板和不透水盖板分隔为第一过滤槽、渗流槽和第二过滤槽。[0009] 优选的，所述的过滤渗透装置的出水端通过水管与储水桶连接，所述的水管上设有渗流出水阀。[0010] 优选的，所述的出水口下方设有量筒。[0011] 优选的，所述的第一滤板、第二滤板和第三滤板的外部包有滤网。[0012] 优选的，所述的连接导管上设有导水阀门。[0013] 一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验方法，包括以下步骤：[0014] S1：将已知初始含水量的膨胀土块成土条备用；[0015] S2：将土条横竖交错布置填满渗流槽，土条之间的空隙体积按所选裂隙率进行匹配，装好土条后在过滤槽中填满细沙，盖上不透水盖板；[0016] S3：水槽加水，打开渗流出水阀，待有水流入储水桶时向储水桶注水至与出水口高度持平，调节水槽的水头高度与储水桶侧持平；[0017] S4：关闭渗流出水阀，调节水槽的水头高度，使试验装置两端产生水头差，在储水桶的出水口下方放置量筒，打开渗流出水阀，并开始计时；[0018] S5：观测储水桶的出水口出水情况，待出水口不再出水后，读取量筒的数据；[0019] S6：在获取渗流时间、量筒数据后，计算出所选裂隙率下的饱水膨胀土的渗流参数。[0020] 本发明的有益效果：（1）调节水槽内的进气管高度可改变水头的大。佣Ｄ獠煌凡钕碌纳盖榭。[0021] （2）对试验的膨胀土土样进行分块处理后，可以模拟膨胀土不同裂隙的情况，使得试验结果更接近真实情况。[0022] （3）由于试验时模拟的是承压水下的裂隙型膨胀土的渗透情况，该条件下的过水断面保持不变，便于计算。附图说明[0023] 图1是本发明试验装置的示意图；[0024] 图2是本发明试验方法的流程图；[0025] 图3是本发明渗透试验土条摆放示意图；[0026] 图中，1、容水瓶，2、进气管，3、进水口，4、进水阀门，5、支架，6、导水阀门，7、连接导管，8、水槽，9、第一滤板，10、第一过滤槽，11、第二滤板，12、渗流槽，13、第三滤板，14、第二过滤槽，15、渗流出水阀，16储水桶，17量筒，18、出水口，19、不透水盖板。具体实施方式[0027] 为了进一步说明本发明的技术细节及其优点，现结合附图进行说明。[0028] 如图1所示，一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验装置，包括支架，马利奥特瓶，过滤渗透装置和测量装置，所述的过滤渗透装置的进水端与马利奥特瓶连接，所述的过滤渗透装置并排设置第一过滤槽10、渗流槽12和第二过滤槽14，所述的过滤渗透装置的出水端与测量装置连接，所述的测量装置包括储水桶16，所述的储水桶16的侧壁设有出水口18。[0029] 本实施例中，所述的马利奥特瓶包括容水瓶1、水槽8和支架5，所述的容水瓶1安装在支架5上，所述的容水瓶1的瓶身设有进水口3，所述的进水口3设有进水阀门4，所述的水槽8设置在容水瓶1的下方，所述的水槽8中设有连接导管7和进气管2，所述的连接导管7和进气管2的上端插入容水瓶1内，且进气管2的顶端高于连接导管7的顶端。[0030] 所述的过滤渗透装置从左到右分别布置第一滤板9、第二滤板11和第三滤板13，所述的第一滤板9、第二滤板11和第三滤板13的外围设置有不透水盖板19，所述的过滤渗透装置由第一滤板9、第二滤板11、第三滤板13和不透水盖板19分隔为第一过滤槽10、渗流槽12和第二过滤槽14。[0031] 所述的过滤渗透装置的出水端通过水管与储水桶16连接，所述的水管上设有渗流出水阀15。[0032] 所述的出水口18下方设有量筒17。[0033] 所述的第一滤板9、第二滤板11和第三滤板13的外部包有滤网。[0034] 所述的连接导管7上设有导水阀门6。[0035] 一种测试裂隙型膨胀土渗透系数的试验方法，包括以下步骤：[0036] S1：将已知初始含水量的膨胀土块成土条备用；[0037] S2：如图3所示，将土条横竖交错布置填满渗流槽12，土条之间的空隙体积按所选裂隙率进行匹配，装好土条后在第一过滤槽10中填满细沙，盖上不透水盖板19；[0038] S3：水槽8加水，打开渗流出水阀15，待有水流入储水桶16时向储水桶16注水至与出水口18高度持平，调节水槽8的水头高度与储水桶16侧持平；[0039] S4：关闭渗流出水阀15，调节水槽8的水头高度，使试验装置两端产生水头差，在储水桶16的出水口18下方放置量筒17，打开渗流出水阀15，并开始计时；[0040] S5：观测储水桶16的出水口18出水情况，待出水口18不再出水后，读取量筒17的数据；[0041] S6：在获取渗流时间、量筒数据后，计算出所选裂隙率下的饱水膨胀土的渗流参数。[0042] 本发明通过调节水槽8内进气管2的高度可以改变水头的大。佣Ｄ獠煌凡钕碌纳盖榭，对试验的膨胀土土样进行分块处理后，可以模拟膨胀土不同裂隙的情况，使得试验结果更接近真实情况。由于试验时模拟的是承压水下的裂隙型膨胀土的渗透情况，该条件下的过水断面保持不变，便于计算。

专利地区：河南

专利申请日期：2021-11-30

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN114778400B