一种用于针孔渗透变形试验的装置的制造方法
一种用于针孔渗透变形试验的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种抗渗透变形试验装置，具体涉及一种用于针孔渗透变形试验的装置。
【背景技术】
[0002]针孔渗透变形试验用于在岩溶塌陷试验中测试具有裂隙面或者较大孔隙土体的抗渗透变形破坏能力。在现有的试验过程中，通常采用切割原状土样达到标准进行填装，并在测试装置内壁涂抹凡士林进行润滑与防渗。其不足之处在于:取样切割填装工序复杂繁琐，采用凡士林进行润滑防渗难以完全防止渗漏进而影响试验数据的精度与可靠性。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于针孔渗透变形试验的装置，该装置结构简单，易操作，试验结果更可靠。
[0004]本实用新型所述的用于针孔渗透变形试验的装置，包括渗透变形装置，该渗透变形装置包括第一盖体、第二盖体和采样和制样用的环刀，其中:
[0005]所述第一盖体具有一个由其表面向第一盖体内部凹进的第一腔室，该第一腔室的形状与环刀的外形相匹配，在第一盖体上还设置有与该第一腔室连通的进水管和排气管；
[0006]在第二盖体的其中一个表面上开设有一个向第二盖体内部凹进的第二腔室及与该第二腔室连通的第三腔室，所述第二腔室的形状与环刀的外形相匹配，所述第二腔室和第三腔室的中心轴线重合，且第二腔室的口径大于第三腔室的口径；在第三腔室中填充有第二过滤介质，在第二盖体上还设置有与所述第三腔室连通的出水管；
[0007]所述第一盖体和第二盖体呈第一盖体上第一腔室的开口和第二盖体上第二腔室的开口正对的方式设置，并通过连接件可拆卸地连接在一起；
[0008]所述的环刀置于由第一盖体的第一腔室和第二盖体的第二腔室构成的空间中，且环刀上刀刃一端的底部置于第二盖体上第二腔室与第三腔室的连接部，环刀上远离刀刃的一端至第一腔室的底部之间填充有第一过滤介质，在环刀的外周壁与第一腔室的内周壁及第二腔室的内周壁之间设置有密封件；此时，第一盖体上进水管的中心轴线、第一腔室的中心轴线、第二腔室的中心轴线、第三腔室的中心轴线、环刀的中心轴线以及出水管的中心轴线重合。
[0009]上技术方案中，为了固定密封件的位置，进一步提高密封效果，还可以在第一腔室的内周壁上开设至少一道环形凹槽，在第二腔室的内周壁上开设至少一道环形凹槽，将密封件置于所述的环形凹槽中。所述的密封件的数量与环形凹槽的数量相当。优选是在第一腔室的内周壁和第二腔室的内周壁上分别开设二道环形凹槽。
[0010]上述技术方案中，所述的密封件可以是现有技术中常用的密封件，通常为O形密封圈。
[0011]上述技术方案中，所述的第一过滤介质为砾石。
[0012]上述技术方案中，所述的第二过滤介质为形状呈环形的透水石，该透水石的外径与第三腔室的口径相匹配，其内径等于或稍大于出水管的口径；在该透水石置于第三腔室中时，其轴线与出水管的中心轴线重合。
[0013]上述技术方案中，所述的连接件与现有技术相同，优选为螺栓、螺母。
[0014]上述技术方案中，在排气管上还设置有截止阀。
[0015]上述技术方案中，所述环刀的结构与现有技术相同，在本申请中它用于取样和制样，采用环刀进行取样制样，具体的取样与制样方法与现有技术相同。与传统土工试验结合，可联合测试土样的体积、密度、质量等参数，实现一个样品的多次利用；还可进行不同尺寸与厚度规格的针孔渗透变形试验。而将内部有制好的试样的环刀直接置于由第一盖体的第一腔室和第二盖体的第二腔室构成的空间中，减少了填装工序，提高了效率。为了更精确地控制进行测试的试样的厚度，优选是在环刀的外周壁上标示有表示距离的刻度表。
[0016]本实用新型所述的用于针孔渗透变形试验的装置，还包括向渗透变形装置供水并控制水压力的水头压力控制系统以及用于盛接由出水管流出来的水的盛水容器。其中，所述水头压力控制系统可与现有技术相同，如公开号为CN103345278A的实用新型专利所述的常水头大流量渗透变形水压力自动控制装置等，优选采用下述结构的水头压力控制系统:水头压力控制系统包括蓄水装置以及向渗透变形装置供水的供水管，其中:所述供水管包括一供水主管和一根与该供水主管连通的供水支管，所述供水主管的一端与蓄水装置连通，另一端与供水支管连通，在供水主管上还设置有一与其连通的排水管；所述供水支管上未与供水主管连接的一端则与渗透变形装置中的进水管连通。所述的供水主管上从入水口端至其出水口端方向依次设置有定量泵、第一蓄能器、调速阀、减压阀、第二蓄能器和压力表；所述的排水管设置于第一蓄能器和调速阀之间，在排水管上设置有溢流阀。所述的供水支管上从其进水口端至其出水口端依次设置有一个截止阀及一个压力表。其中，所述的定量泵可以是叶片泵或蠕动泵，所述的蓄水装置通常为水池，所述供水主管的入水口端伸入水池(最好是使供水主管入水口端置于水池中的液面以下，更好是将供水主管入水口端置于接近水池底部的位置)；所述排水管的出水口端伸入蓄水装置中。上述用于盛接由渗透变形装置出水管流出来的水的盛水容器具体可以是量杯或具有容积刻度的容器。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的特点在于:
[0018]1、通过更换不同类型尺寸的环刀与切入深度进行取样，可以满足不同尺寸针孔渗透变形试样的抗渗透变形试验；还可联合测试土样的体积、密度、质量等参数，实现一个样品的多次利用。
[0019]2、将内部有制好的试样的环刀直接置于由第一盖体的第一腔室和第二盖体的第二腔室构成的空间中，不仅减少了填装工序，提高了效率，还避免了现有技术中因填装时采用凡士林进行润滑可能出现的渗漏现象。
[0020]3、本实用新型所述结构中，将第二盖体上的第二腔室的口径设置成大于第三腔室的口径，并将内置有试样的环刀的刀刃一端的底部置于第二盖体上第二腔室与第三腔室的连接部(即第二腔室大于第三腔室部分的底部)，从而有效地避免了水流出现壁流现象，使水流尽可能地实现直接通过试样中的针孔进而从出水管流出(假设水流在环刀内壁出现壁流现象，这些水流也会沿着第二腔室与第三腔室的连接部再流入第三腔室中，这会延长水流的线路，也就增大了水流的阻力，而因试样中存在针孔，水流流经针孔再从出水管流出的阻力明显小于上述出现壁流现象时的阻力，因此，水流会选择从阻力小的通道流至出水管(即流经针孔再从出水管流出))，从而保证水按照试验设计从试样的针孔中流出，提高实验数据的可靠性。
[0021]4、进一步地，在常规环刀的外壁要示刻度，达到精确控制测试土体试样厚度的目的。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型所述用于针孔渗透变形试验的装置中的渗透变形装置的结构示意图；
[0023]图2为图1所示实施方式中环刀及其内部试样的结构示意图；
[0024]图3为本实用新型所述用于针孔渗透变形试验的装置一种实施方式的结构示意图；
[0025]图4为将图3所示实施方式的装置应用于桂林某河流季节性水位波动引起河岸区域地下水位波动造成塌陷可能性进行评估而进行的针孔渗透变形试验时试样破坏半对数曲线图；
[0026]图5为将图3所示实施方式的装置应用于桂林某河流季节性水位波动弓I起河岸区域地下水位波动造成塌陷可能性进行评估而进行的针孔渗透变形试验时试样破坏后的图片。
[0027]图中标号为:
[0028]I第一盖体；2进水管；3排气管；4截止阀；5环刀；5_1刻度表；6 O形密封圈；7第二盖体；8第二过滤介质；9试样；10出水管；11螺栓；12螺母；13第一过滤介质；14渗透变形装置；15供水管；15-1供水主管；15-2供水支管；16定量泵；17第一蓄能器；18调速阀；19减压阀；20第二蓄能器；21压力表；22溢流阀；23排水管；24蓄水装置；25盛水容器。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本实用新型作进一步的详述，以更好地理解本实用新型的内容。
[0030]在图1所示的实施方式中，所述的渗透变形装置14包括第一盖体1、第二盖体7和环刀5，其中:
[0031]所述第一盖体I具有一个由其表面向第一盖体I内部凹进的第一腔室，该第一腔室的形状及大小与环刀5的外形相匹配，在第一腔室靠近其开口一端的内周壁上开设有二道环形凹槽，在第一盖体I上还设置有与该第一腔室连通的进水管2和排气管3，在排气管3上设置有截止阀4 ;
[0032]在第二盖体7的其中一个表面上开设有一个向第二盖体7内部凹进的第二腔室及与该第二腔室连通的第三腔室，所述第二腔室的形状及大小与环刀5的外形相匹配，在第二腔室的内周壁上开设有二道环形凹槽；所述第二腔室和第三腔室的中心轴线重合，且第二腔室的口径大于第三腔室的口径；在第三腔室中填充有第二过滤介质8，在第二盖体7上设置有与所述第三腔室连通的出水管10，出水管10上设置有截止阀4 ;
[0033]所述第一盖体I和第二盖体7呈第一盖体I上第一腔室的开口和第二盖体7上第二腔室的开口正对的方式设置，并通过连接件可拆卸地连接在一起；
[0034]所述的环刀5用于采样和制样(按现有常规技术采好样后，沿着环刀5的中心轴线在试样9上制作一个针孔，所述针孔的轴线与环刀5的中心轴线重合)，其结构如图2所示，在环刀5的外周壁上标示有表示距离 的刻度表5-1，刻度表5-1从环刀5的刀刃一端开始沿环刀5的轴向长度标示。所述环刀5置于由第一盖体I的第一腔室和第二盖体7的第二腔室构成的空间中(即环刀5的一部分置于第一腔室中，一部分置于第二腔室中)，所述环刀5上刀刃一端的底部直接抵压于第二盖体7上第二腔室与第三腔室的连接部上，环刀5上远离刀刃的一端至第一腔室的底部(即与第一腔至的开口相对的内壁面)之间填充有第一过滤介质13，在环刀5的外周壁与第一腔室的内周壁及第二腔室的内周壁之间设置有4个密封件，这些密封件分别置于第一腔室和第二腔室内周壁上的环形凹槽中；此时，第一盖体I上进水管2的中心轴线、第一腔室的中心轴线、第二腔室的中心轴线、第三腔室的中心轴线、环刀5的中心轴线以及出水管10的中心轴线重合。
[0035]上述技术实施方式中，所述的第一过滤介质13为砾石；所述的第二过滤介质8为形状呈环形的透水石，该透水石的外径与第三腔室的口径相匹配，其内径等于或稍大于出水管10的口径，在该透水石置于第三腔室中时，其轴线与出水管10的中心轴线重合；所述的连接件为螺栓11和螺母12，所述的密封件为O形密封圈6。
[0036]图3为本实用新型所述用于针孔渗透变形试验的装置一种实施方式的结构示意图。在图3所述实施方式中，本实用新型所述用于针孔渗透变形试验的装置包括渗透变形装置14、向渗透变形装置14供水并控制水压力的水头压力控制系统以及用于盛接由渗透变形装置14的出水管10流出来的水的盛水容器25。其中的渗透变形装置14的结构如图1所示。所述的水头压力控制系统包括蓄水装置24以及向渗透变形装置14供水的供水管15，所述的供水管15包括一供水主管15-1和一根与该供水主管15-1连通的供水支管15-2，所述供水主管15-1的一端与蓄水装置24连通，另一端与供水支管15-2连通，在供水主管
15-1上还设置有一与其连通的排水管23 ;所述供水支管15-2上未与供水主管15-1连接的一端与渗透变形装置14中的进水管2连通。所述的供水主管15-1上从入水口端至其出水口端方向依次设置有定量泵16、第一蓄能器17、调速阀18、减压阀19、第二蓄能器20和压力表21 ;所述的排水管23设置于定量泵16和第一蓄能器17之间，在排水管23上设置有溢流阀22。所述的供水支管15-2上从其进水口端至其出水口端依次设置有一个截止阀4及一个压力表21。在本实施方式中，所述的定量泵16为叶片泵，所述的蓄水装置24为水池，所述供水主管15-1的入水口端伸入水池(最好是使供水主管15-1入水口端置于水池中的液面以下，更好是将供水主管15-1入水口端置于接近水池底部的位置)；所述排水管23的出水口端伸入蓄水装置24中；所述的盛水容器25为量杯。
[0037]测试时，先取出环刀5，完成取样制样(取好样后沿着环刀5的中心轴线制作一个针孔，孔径的大小根据实验进行设定)；再取与环刀5大小匹配的第二盖体7，将匹配的密封件放入第二盖体7内周壁上的环形凹槽中压实，将第二过滤介质8放入第二盖体7的第三腔室内压实，再将环刀5的刀刃端压入第二盖体7中，直至刀刃抵压在第二盖体7上第二腔室的底部；取规格匹配的第一盖体1，关闭排气阀，将第一过滤介质13填充入第一盖体I上的第一腔室中(部分填充，通常是填充至距第一腔室开口端的15mm?20mm处)，压平；将已经插接好环刀5的第二盖体7作为一个整体，将远离环刀5刀刃一端的端部插入第一盖体I上的第一腔室内，直至该端部与第一过滤介质13面接触；最后通过螺栓11、螺母12将前盖与后盖进行连接，并适度调节前盖与后盖端面距离，达到最佳位置。安装完毕后，再将渗透变形装置14的进水管2与供水支管15-2通过接头连接。供水支管15-2上与针孔渗透变形装置14连接好后，打开供水支管15-2上的截止阀4。
[0038]根据试验设计最高压力值调节溢流阀22安全工作压力值并锁定，根据渗透变形装置14的数量计算试验所需最大流量值，调节调速阀18获取试验所需流量并进行锁定，对每个压力表21进行校核。首先需要对渗透变形装置14进行24小时饱水，先对减压阀19出口压力值进行设定(可根据具体试验进行设定，如调整为0.0OlMpa)，并依次打开所有待测试的渗透变形装置14所在供水支管15-2上的截止阀4，打开渗透变形装置14中排气管3上的截止阀4，并关闭渗透变形装置14上出水管10上的截止阀4，然后启动定量泵16，进行24小时饱水。
[0039]24小时后，关闭渗透变形装置14中排气管3上的截止阀4，结束试验饱水工作，然后关闭供水支管15-2上的截止阀4，之后再打开渗透变形装置14出水管10上的截止阀4(出水管10的出水口下方放置有量杯)，准备测试记录工作。
[0040]根据试验设计，每隔20?30min调节一次减压阀19出口压力值，每次调节压力增加一定的数值(可根据试验进行具体设定，如0.002Mpa等)，分别记录供水主管15-1、供水支管15-2的压力值、量杯测得的流量值、观察水体浑浊度。逐步按照设计提高进入渗透变形装置14进水管2的水头压力，直至对应的量杯水体变浑，流量突然变大，导致试验破坏，关闭供水支管15-2上的截止阀4，完成试样试验。
[0041]将图3实施方式所示的装置(其中针孔的孔径为Imm)应用于桂林某河流因季节性水位波动引起河岸区域地下水位波动造成塌陷可能性进行评估，取该区域土样进行针孔渗透变形试验，试样9破坏半对数曲线图如图4所示，可见，当观察渗流量与水头呈突变时，表明土体开始大规模破坏，拐点值可定位其临界渗透水头压力，具体表现为水体变浑、出现颗粒状土体流出，测试试样9中的孔径变大，如图5所示。
【主权项】
1.一种用于针孔渗透变形试验的装置，包括渗透变形装置(14)，其特征在于:所述的渗透变形装置(14)包括第一盖体(I)、第二盖体(7)和采样和制样用的环刀(5)，其中: 所述第一盖体(I)具有一个由其表面向第一盖体(I)内部凹进的第一腔室，该第一腔室的形状与环刀(5)的外形相匹配，在第一盖体(I)上还设置有与该第一腔室连通的进水管⑵和排气管⑶； 在第二盖体(7)的其中一个表面上开设有一个向第二盖体(7)内部凹进的第二腔室及与该第二腔室连通的第三腔室，所述第二腔室的形状与环刀(5)的外形相匹配，所述第二腔室和第三腔室的中心轴线重合，且第二腔室的口径大于第三腔室的口径；在第三腔室中填充有第二过滤介质(8)，在第二盖体(7)上还设置有与所述第三腔室连通的出水管(10)； 所述第一盖体(I)和第二盖体(7)呈第一盖体(I)上第一腔室的开口和第二盖体(7)上第二腔室的开口正对的方式设置，并通过连接件可拆卸地连接在一起； 所述的环刀(5)置于由第一盖体⑴的第一腔室和第二盖体(7)的第二腔室构成的空间中，且环刀(5)上刀刃一端的底部置于第二盖体(7)上第二腔室与第三腔室的连接部，环刀(5)上远离刀刃的一端至第一腔室的底部之间填充有第一过滤介质(13)，在环刀(5)的外周壁与第一腔室的内周壁及第二腔室的内周壁之间设置有密封件；此时，第一盖体(I)上进水管⑵的中心轴线、第一腔室的中心轴线、第二腔室的中心轴线、第三腔室的中心轴线、环刀(5)的中心轴线以及出水管(10)的中心轴线重合。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:在第一腔室的内周壁上开设有至少一道环形凹槽，在第二腔室的内周壁上开设有至少一道环形凹槽，所述的密封件置于所述的环形凹槽中。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的密封件为O形密封圈(6)。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的第一过滤介质(13)为砾石。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的第二过滤介质(8)为形状呈环形的透水石，该透水石的外径与第三腔室的口径相匹配，其内径等于或稍大于出水管(10)的口径；在该透水石置于第三腔室中时，其轴线与出水管(10)的中心轴线重合。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的连接件为螺栓(11)、螺母(12)。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的排气管(3)上设有截止阀(4)。8.根据权利要求1?6中任一项所述的装置，其特征在于:所述环刀(5)的外周壁上标示有表示距离的刻度表(5-1)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于针孔渗透变形试验的装置，包括渗透变形装置，该渗透变形装置包括第一盖体、第二盖体和采样和制样用的环刀，其中：环刀内部装有制好的试样，所述内部装有制好的试样的环刀直接置于由第一盖体的第一腔室和第二盖体的第二腔室构成的空间中，不仅减少了填装工序，还避免了现有技术中因填装时采用凡士林进行润滑可能出现的渗漏现象；另外，由于第二盖体上的第二腔室的口径大于第三腔室的口径，并将内置有试样的环刀的刀刃一端的底部置于第二盖体上第二腔室与第三腔室的连接部，有效地避免了水流出现壁流现象，使水流尽可能地实现直接通过试样中的针孔进而从出水管流出，从而延长试样发生破坏的时间，提高实验数据的可靠性。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN204694601
【申请号】CN201520414495
【发明人】管振德, 蒋小珍, 雷明堂, 蒙彦, 戴建玲, 罗伟权, 贾龙, 吴远斌, 潘宗源, 姜伏伟, 覃有强
【申请人】中国地质科学院岩溶地质研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月16日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种抗渗透变形试验装置，具体涉及一种用于针孔渗透变形试验的装置。
【背景技术】
[0002]针孔渗透变形试验用于在岩溶塌陷试验中测试具有裂隙面或者较大孔隙土体的抗渗透变形破坏能力。在现有的试验过程中，通常采用切割原状土样达到标准进行填装，并在测试装置内壁涂抹凡士林进行润滑与防渗。其不足之处在于:取样切割填装工序复杂繁琐，采用凡士林进行润滑防渗难以完全防止渗漏进而影响试验数据的精度与可靠性。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于针孔渗透变形试验的装置，该装置结构简单，易操作，试验结果更可靠。
[0004]本实用新型所述的用于针孔渗透变形试验的装置，包括渗透变形装置，该渗透变形装置包括第一盖体、第二盖体和采样和制样用的环刀，其中:
[0005]所述第一盖体具有一个由其表面向第一盖体内部凹进的第一腔室，该第一腔室的形状与环刀的外形相匹配，在第一盖体上还设置有与该第一腔室连通的进水管和排气管；
[0006]在第二盖体的其中一个表面上开设有一个向第二盖体内部凹进的第二腔室及与该第二腔室连通的第三腔室，所述第二腔室的形状与环刀的外形相匹配，所述第二腔室和第三腔室的中心轴线重合，且第二腔室的口径大于第三腔室的口径；在第三腔室中填充有第二过滤介质，在第二盖体上还设置有与所述第三腔室连通的出水管；
[0007]所述第一盖体和第二盖体呈第一盖体上第一腔室的开口和第二盖体上第二腔室的开口正对的方式设置，并通过连接件可拆卸地连接在一起；
[0008]所述的环刀置于由第一盖体的第一腔室和第二盖体的第二腔室构成的空间中，且环刀上刀刃一端的底部置于第二盖体上第二腔室与第三腔室的连接部，环刀上远离刀刃的一端至第一腔室的底部之间填充有第一过滤介质，在环刀的外周壁与第一腔室的内周壁及第二腔室的内周壁之间设置有密封件；此时，第一盖体上进水管的中心轴线、第一腔室的中心轴线、第二腔室的中心轴线、第三腔室的中心轴线、环刀的中心轴线以及出水管的中心轴线重合。
[0009]上技术方案中，为了固定密封件的位置，进一步提高密封效果，还可以在第一腔室的内周壁上开设至少一道环形凹槽，在第二腔室的内周壁上开设至少一道环形凹槽，将密封件置于所述的环形凹槽中。所述的密封件的数量与环形凹槽的数量相当。优选是在第一腔室的内周壁和第二腔室的内周壁上分别开设二道环形凹槽。
[0010]上述技术方案中，所述的密封件可以是现有技术中常用的密封件，通常为O形密封圈。
[0011]上述技术方案中，所述的第一过滤介质为砾石。
[0012]上述技术方案中，所述的第二过滤介质为形状呈环形的透水石，该透水石的外径与第三腔室的口径相匹配，其内径等于或稍大于出水管的口径；在该透水石置于第三腔室中时，其轴线与出水管的中心轴线重合。
[0013]上述技术方案中，所述的连接件与现有技术相同，优选为螺栓、螺母。
[0014]上述技术方案中，在排气管上还设置有截止阀。
[0015]上述技术方案中，所述环刀的结构与现有技术相同，在本申请中它用于取样和制样，采用环刀进行取样制样，具体的取样与制样方法与现有技术相同。与传统土工试验结合，可联合测试土样的体积、密度、质量等参数，实现一个样品的多次利用；还可进行不同尺寸与厚度规格的针孔渗透变形试验。而将内部有制好的试样的环刀直接置于由第一盖体的第一腔室和第二盖体的第二腔室构成的空间中，减少了填装工序，提高了效率。为了更精确地控制进行测试的试样的厚度，优选是在环刀的外周壁上标示有表示距离的刻度表。
[0016]本实用新型所述的用于针孔渗透变形试验的装置，还包括向渗透变形装置供水并控制水压力的水头压力控制系统以及用于盛接由出水管流出来的水的盛水容器。其中，所述水头压力控制系统可与现有技术相同，如公开号为CN103345278A的实用新型专利所述的常水头大流量渗透变形水压力自动控制装置等，优选采用下述结构的水头压力控制系统:水头压力控制系统包括蓄水装置以及向渗透变形装置供水的供水管，其中:所述供水管包括一供水主管和一根与该供水主管连通的供水支管，所述供水主管的一端与蓄水装置连通，另一端与供水支管连通，在供水主管上还设置有一与其连通的排水管；所述供水支管上未与供水主管连接的一端则与渗透变形装置中的进水管连通。所述的供水主管上从入水口端至其出水口端方向依次设置有定量泵、第一蓄能器、调速阀、减压阀、第二蓄能器和压力表；所述的排水管设置于第一蓄能器和调速阀之间，在排水管上设置有溢流阀。所述的供水支管上从其进水口端至其出水口端依次设置有一个截止阀及一个压力表。其中，所述的定量泵可以是叶片泵或蠕动泵，所述的蓄水装置通常为水池，所述供水主管的入水口端伸入水池(最好是使供水主管入水口端置于水池中的液面以下，更好是将供水主管入水口端置于接近水池底部的位置)；所述排水管的出水口端伸入蓄水装置中。上述用于盛接由渗透变形装置出水管流出来的水的盛水容器具体可以是量杯或具有容积刻度的容器。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的特点在于:
[0018]1、通过更换不同类型尺寸的环刀与切入深度进行取样，可以满足不同尺寸针孔渗透变形试样的抗渗透变形试验；还可联合测试土样的体积、密度、质量等参数，实现一个样品的多次利用。
[0019]2、将内部有制好的试样的环刀直接置于由第一盖体的第一腔室和第二盖体的第二腔室构成的空间中，不仅减少了填装工序，提高了效率，还避免了现有技术中因填装时采用凡士林进行润滑可能出现的渗漏现象。
[0020]3、本实用新型所述结构中，将第二盖体上的第二腔室的口径设置成大于第三腔室的口径，并将内置有试样的环刀的刀刃一端的底部置于第二盖体上第二腔室与第三腔室的连接部(即第二腔室大于第三腔室部分的底部)，从而有效地避免了水流出现壁流现象，使水流尽可能地实现直接通过试样中的针孔进而从出水管流出(假设水流在环刀内壁出现壁流现象，这些水流也会沿着第二腔室与第三腔室的连接部再流入第三腔室中，这会延长水流的线路，也就增大了水流的阻力，而因试样中存在针孔，水流流经针孔再从出水管流出的阻力明显小于上述出现壁流现象时的阻力，因此，水流会选择从阻力小的通道流至出水管(即流经针孔再从出水管流出))，从而保证水按照试验设计从试样的针孔中流出，提高实验数据的可靠性。
[0021]4、进一步地，在常规环刀的外壁要示刻度，达到精确控制测试土体试样厚度的目的。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型所述用于针孔渗透变形试验的装置中的渗透变形装置的结构示意图；
[0023]图2为图1所示实施方式中环刀及其内部试样的结构示意图；
[0024]图3为本实用新型所述用于针孔渗透变形试验的装置一种实施方式的结构示意图；
[0025]图4为将图3所示实施方式的装置应用于桂林某河流季节性水位波动引起河岸区域地下水位波动造成塌陷可能性进行评估而进行的针孔渗透变形试验时试样破坏半对数曲线图；
[0026]图5为将图3所示实施方式的装置应用于桂林某河流季节性水位波动弓I起河岸区域地下水位波动造成塌陷可能性进行评估而进行的针孔渗透变形试验时试样破坏后的图片。
[0027]图中标号为:
[0028]I第一盖体；2进水管；3排气管；4截止阀；5环刀；5_1刻度表；6 O形密封圈；7第二盖体；8第二过滤介质；9试样；10出水管；11螺栓；12螺母；13第一过滤介质；14渗透变形装置；15供水管；15-1供水主管；15-2供水支管；16定量泵；17第一蓄能器；18调速阀；19减压阀；20第二蓄能器；21压力表；22溢流阀；23排水管；24蓄水装置；25盛水容器。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本实用新型作进一步的详述，以更好地理解本实用新型的内容。
[0030]在图1所示的实施方式中，所述的渗透变形装置14包括第一盖体1、第二盖体7和环刀5，其中:
[0031]所述第一盖体I具有一个由其表面向第一盖体I内部凹进的第一腔室，该第一腔室的形状及大小与环刀5的外形相匹配，在第一腔室靠近其开口一端的内周壁上开设有二道环形凹槽，在第一盖体I上还设置有与该第一腔室连通的进水管2和排气管3，在排气管3上设置有截止阀4 ;
[0032]在第二盖体7的其中一个表面上开设有一个向第二盖体7内部凹进的第二腔室及与该第二腔室连通的第三腔室，所述第二腔室的形状及大小与环刀5的外形相匹配，在第二腔室的内周壁上开设有二道环形凹槽；所述第二腔室和第三腔室的中心轴线重合，且第二腔室的口径大于第三腔室的口径；在第三腔室中填充有第二过滤介质8，在第二盖体7上设置有与所述第三腔室连通的出水管10，出水管10上设置有截止阀4 ;
[0033]所述第一盖体I和第二盖体7呈第一盖体I上第一腔室的开口和第二盖体7上第二腔室的开口正对的方式设置，并通过连接件可拆卸地连接在一起；
[0034]所述的环刀5用于采样和制样(按现有常规技术采好样后，沿着环刀5的中心轴线在试样9上制作一个针孔，所述针孔的轴线与环刀5的中心轴线重合)，其结构如图2所示，在环刀5的外周壁上标示有表示距离 的刻度表5-1，刻度表5-1从环刀5的刀刃一端开始沿环刀5的轴向长度标示。所述环刀5置于由第一盖体I的第一腔室和第二盖体7的第二腔室构成的空间中(即环刀5的一部分置于第一腔室中，一部分置于第二腔室中)，所述环刀5上刀刃一端的底部直接抵压于第二盖体7上第二腔室与第三腔室的连接部上，环刀5上远离刀刃的一端至第一腔室的底部(即与第一腔至的开口相对的内壁面)之间填充有第一过滤介质13，在环刀5的外周壁与第一腔室的内周壁及第二腔室的内周壁之间设置有4个密封件，这些密封件分别置于第一腔室和第二腔室内周壁上的环形凹槽中；此时，第一盖体I上进水管2的中心轴线、第一腔室的中心轴线、第二腔室的中心轴线、第三腔室的中心轴线、环刀5的中心轴线以及出水管10的中心轴线重合。
[0035]上述技术实施方式中，所述的第一过滤介质13为砾石；所述的第二过滤介质8为形状呈环形的透水石，该透水石的外径与第三腔室的口径相匹配，其内径等于或稍大于出水管10的口径，在该透水石置于第三腔室中时，其轴线与出水管10的中心轴线重合；所述的连接件为螺栓11和螺母12，所述的密封件为O形密封圈6。
[0036]图3为本实用新型所述用于针孔渗透变形试验的装置一种实施方式的结构示意图。在图3所述实施方式中，本实用新型所述用于针孔渗透变形试验的装置包括渗透变形装置14、向渗透变形装置14供水并控制水压力的水头压力控制系统以及用于盛接由渗透变形装置14的出水管10流出来的水的盛水容器25。其中的渗透变形装置14的结构如图1所示。所述的水头压力控制系统包括蓄水装置24以及向渗透变形装置14供水的供水管15，所述的供水管15包括一供水主管15-1和一根与该供水主管15-1连通的供水支管15-2，所述供水主管15-1的一端与蓄水装置24连通，另一端与供水支管15-2连通，在供水主管
15-1上还设置有一与其连通的排水管23 ;所述供水支管15-2上未与供水主管15-1连接的一端与渗透变形装置14中的进水管2连通。所述的供水主管15-1上从入水口端至其出水口端方向依次设置有定量泵16、第一蓄能器17、调速阀18、减压阀19、第二蓄能器20和压力表21 ;所述的排水管23设置于定量泵16和第一蓄能器17之间，在排水管23上设置有溢流阀22。所述的供水支管15-2上从其进水口端至其出水口端依次设置有一个截止阀4及一个压力表21。在本实施方式中，所述的定量泵16为叶片泵，所述的蓄水装置24为水池，所述供水主管15-1的入水口端伸入水池(最好是使供水主管15-1入水口端置于水池中的液面以下，更好是将供水主管15-1入水口端置于接近水池底部的位置)；所述排水管23的出水口端伸入蓄水装置24中；所述的盛水容器25为量杯。
[0037]测试时，先取出环刀5，完成取样制样(取好样后沿着环刀5的中心轴线制作一个针孔，孔径的大小根据实验进行设定)；再取与环刀5大小匹配的第二盖体7，将匹配的密封件放入第二盖体7内周壁上的环形凹槽中压实，将第二过滤介质8放入第二盖体7的第三腔室内压实，再将环刀5的刀刃端压入第二盖体7中，直至刀刃抵压在第二盖体7上第二腔室的底部；取规格匹配的第一盖体1，关闭排气阀，将第一过滤介质13填充入第一盖体I上的第一腔室中(部分填充，通常是填充至距第一腔室开口端的15mm?20mm处)，压平；将已经插接好环刀5的第二盖体7作为一个整体，将远离环刀5刀刃一端的端部插入第一盖体I上的第一腔室内，直至该端部与第一过滤介质13面接触；最后通过螺栓11、螺母12将前盖与后盖进行连接，并适度调节前盖与后盖端面距离，达到最佳位置。安装完毕后，再将渗透变形装置14的进水管2与供水支管15-2通过接头连接。供水支管15-2上与针孔渗透变形装置14连接好后，打开供水支管15-2上的截止阀4。
[0038]根据试验设计最高压力值调节溢流阀22安全工作压力值并锁定，根据渗透变形装置14的数量计算试验所需最大流量值，调节调速阀18获取试验所需流量并进行锁定，对每个压力表21进行校核。首先需要对渗透变形装置14进行24小时饱水，先对减压阀19出口压力值进行设定(可根据具体试验进行设定，如调整为0.0OlMpa)，并依次打开所有待测试的渗透变形装置14所在供水支管15-2上的截止阀4，打开渗透变形装置14中排气管3上的截止阀4，并关闭渗透变形装置14上出水管10上的截止阀4，然后启动定量泵16，进行24小时饱水。
[0039]24小时后，关闭渗透变形装置14中排气管3上的截止阀4，结束试验饱水工作，然后关闭供水支管15-2上的截止阀4，之后再打开渗透变形装置14出水管10上的截止阀4(出水管10的出水口下方放置有量杯)，准备测试记录工作。
[0040]根据试验设计，每隔20?30min调节一次减压阀19出口压力值，每次调节压力增加一定的数值(可根据试验进行具体设定，如0.002Mpa等)，分别记录供水主管15-1、供水支管15-2的压力值、量杯测得的流量值、观察水体浑浊度。逐步按照设计提高进入渗透变形装置14进水管2的水头压力，直至对应的量杯水体变浑，流量突然变大，导致试验破坏，关闭供水支管15-2上的截止阀4，完成试样试验。
[0041]将图3实施方式所示的装置(其中针孔的孔径为Imm)应用于桂林某河流因季节性水位波动引起河岸区域地下水位波动造成塌陷可能性进行评估，取该区域土样进行针孔渗透变形试验，试样9破坏半对数曲线图如图4所示，可见，当观察渗流量与水头呈突变时，表明土体开始大规模破坏，拐点值可定位其临界渗透水头压力，具体表现为水体变浑、出现颗粒状土体流出，测试试样9中的孔径变大，如图5所示。
【主权项】
1.一种用于针孔渗透变形试验的装置，包括渗透变形装置(14)，其特征在于:所述的渗透变形装置(14)包括第一盖体(I)、第二盖体(7)和采样和制样用的环刀(5)，其中: 所述第一盖体(I)具有一个由其表面向第一盖体(I)内部凹进的第一腔室，该第一腔室的形状与环刀(5)的外形相匹配，在第一盖体(I)上还设置有与该第一腔室连通的进水管⑵和排气管⑶； 在第二盖体(7)的其中一个表面上开设有一个向第二盖体(7)内部凹进的第二腔室及与该第二腔室连通的第三腔室，所述第二腔室的形状与环刀(5)的外形相匹配，所述第二腔室和第三腔室的中心轴线重合，且第二腔室的口径大于第三腔室的口径；在第三腔室中填充有第二过滤介质(8)，在第二盖体(7)上还设置有与所述第三腔室连通的出水管(10)； 所述第一盖体(I)和第二盖体(7)呈第一盖体(I)上第一腔室的开口和第二盖体(7)上第二腔室的开口正对的方式设置，并通过连接件可拆卸地连接在一起； 所述的环刀(5)置于由第一盖体⑴的第一腔室和第二盖体(7)的第二腔室构成的空间中，且环刀(5)上刀刃一端的底部置于第二盖体(7)上第二腔室与第三腔室的连接部，环刀(5)上远离刀刃的一端至第一腔室的底部之间填充有第一过滤介质(13)，在环刀(5)的外周壁与第一腔室的内周壁及第二腔室的内周壁之间设置有密封件；此时，第一盖体(I)上进水管⑵的中心轴线、第一腔室的中心轴线、第二腔室的中心轴线、第三腔室的中心轴线、环刀(5)的中心轴线以及出水管(10)的中心轴线重合。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:在第一腔室的内周壁上开设有至少一道环形凹槽，在第二腔室的内周壁上开设有至少一道环形凹槽，所述的密封件置于所述的环形凹槽中。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的密封件为O形密封圈(6)。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的第一过滤介质(13)为砾石。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的第二过滤介质(8)为形状呈环形的透水石，该透水石的外径与第三腔室的口径相匹配，其内径等于或稍大于出水管(10)的口径；在该透水石置于第三腔室中时，其轴线与出水管(10)的中心轴线重合。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的连接件为螺栓(11)、螺母(12)。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的排气管(3)上设有截止阀(4)。8.根据权利要求1?6中任一项所述的装置，其特征在于:所述环刀(5)的外周壁上标示有表示距离的刻度表(5-1)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于针孔渗透变形试验的装置，包括渗透变形装置，该渗透变形装置包括第一盖体、第二盖体和采样和制样用的环刀，其中：环刀内部装有制好的试样，所述内部装有制好的试样的环刀直接置于由第一盖体的第一腔室和第二盖体的第二腔室构成的空间中，不仅减少了填装工序，还避免了现有技术中因填装时采用凡士林进行润滑可能出现的渗漏现象；另外，由于第二盖体上的第二腔室的口径大于第三腔室的口径，并将内置有试样的环刀的刀刃一端的底部置于第二盖体上第二腔室与第三腔室的连接部，有效地避免了水流出现壁流现象，使水流尽可能地实现直接通过试样中的针孔进而从出水管流出，从而延长试样发生破坏的时间，提高实验数据的可靠性。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN204694601
【申请号】CN201520414495
【发明人】管振德, 蒋小珍, 雷明堂, 蒙彦, 戴建玲, 罗伟权, 贾龙, 吴远斌, 潘宗源, 姜伏伟, 覃有强
【申请人】中国地质科学院岩溶地质研究所
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月16日
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