一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置的制作方法

本发明涉及一种测试装置，更确切地说，本发明涉及一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置。

背景技术：

随着我国沿海城市经济的快速发展及建设用地的日益紧张，利用近海新近沉积的淤泥进行围海吹填造陆，已成为沿海城市缓解土地资源紧张的有效途径。而真空预压法是一种新型的加固吹填土地基的处理方法，以其工期短、施工安全、无污染环境、费用低等优点而广泛应用于沿海城市港口、码头、机场、工业与民用建筑等工程建设中。

真空预压法是在需要加固的吹填土地基中插入竖向塑料排水板后进行抽真空。土体在负压作用下，其中的孔隙水逐渐渗流到竖向排水板中而达到土体排水固结、强度增长的效果。真空预压处理时，土体中的孔隙水主要以水平渗流为主。然而，现有技术只能测试天然状态下土体中水的竖直渗透系数，尚未发现有真空预压地基处理条件下的水平渗透试验与测试装置。

吹填土体中含有黏粒，当黏粒含量高时，黏粒会淤堵塑料排水板，进而影响孔隙水的渗透，最终会影响吹填土体排水固结、强度增长的效果。另外，土体中的真空度也是影响土体加固效果的主要因素之一。因此，有必要开发一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置，最终实现对土体中黏粒含量、真空度、排水固结效果之间关系的研究。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是在于填补现有技术中的空白，提供了一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置包括进水管、储水准备箱、渗透测试箱、真空处理箱、集水测量箱与真空泵；

所述的储水准备箱包括有储水准备箱体与2个结构相同的固定支座；

所述的渗透测试箱包括有渗透测试箱体；

所述的真空处理箱包括有真空处理箱体；

所述的集水测量箱包括有集水测量箱体；

所述的进水管的一端从储水准备箱体的顶端插入储水准备箱中，进水管的另一端与水源连接；储水准备箱体右侧箱底的两底角安装在竖直放置的2个结构相同的固定支座的顶端，储水准备箱体的箱底与2个结构相同的固定支座之间为垂直固定连接；渗透测试箱通过渗透测试箱体水平地安装在储水准备箱体的左侧，渗透测试箱体的右端与储水准备箱体左侧壁上的矩形通孔密封连接，真空处理箱通过水平放置的真空处理箱体的右端与渗透测试箱体的左端密封连接，真空处理箱通过真空处理箱体的左侧底端与竖直放置的集水测量箱体的顶端密封连接，集水测量箱体的底端安装在地基上，真空泵的输出端通过连接管与真空处理箱体的左箱壁密封连接。

技术方案中所述的储水准备箱还包括有溢水管、溢水管控制阀门、水位刻度线、隔水板与2个结构相同的竖直卡条；所述的水平放置的溢水管的一端封闭安装在位于水位刻度线高度处的溢水管通孔上，溢水管与溢水管通孔之间为螺纹连接，溢水管控制阀门安装在溢水管上；2根结构相同的竖直卡条竖直地粘贴在储水准备箱体前后箱壁的内侧，2根结构相同的竖直卡条与储水准备箱体的左箱体壁相平行，并且和储水准备箱体的左箱体壁内侧距离相等，即前后箱体壁内侧上的和隔水板配装的滑道宽度相等，滑道宽度和储水准备箱中的隔水板的厚度相等；隔水板安装在储水准备箱体的前后箱壁内侧所设置的滑道内，隔水板和滑道之间为滑动连接，2个结构相同的固定支座安装在地基上。

技术方案中所述的储水准备箱体是采用钢化玻璃制作而成的长方体形的空心壳体件，储水准备箱体的顶端是敞开的，储水准备箱体的右箱体壁的中间处设置有安装溢水管的溢水管通孔；储水准备箱体的左箱体壁的中下部是敞开的，即设置有一个矩形通孔，矩形通孔的长度尺寸和储水准备箱体内腔的前后宽度尺寸相等，储水准备箱体的前后宽度与渗透测试箱中的渗透测试箱体的前后宽度相等，矩形通孔的宽度尺寸和渗透测试箱中的渗透测试箱体的上下宽度尺寸相等。

技术方案中所述的渗透测试箱还包括有a截面、b截面、塑料排水板、挡土钢丝网、水头a测量管与水头b测量管；所述的a截面为由沿渗透测试箱体四周所划的首尾相接的红色线条所确定的1号矩形截面，1号矩形截面垂直于渗透测试箱体的纵向对称轴线，a截面位于距离渗透测试箱体的右端5-10cm位置处；所述的b截面为由沿渗透测试箱体四周所划的首尾相接的蓝色线条所确定的2号矩形截面，2号矩形截面垂直于渗透测试箱体的纵向对称轴线，2号矩形截面位于距离渗透测试箱体的左端5-10cm位置处；塑料排水板采用4个结构相同的固定螺钉安装在渗透测试箱体的左端内，并平行地位于b截面的左侧；挡土钢丝网通过固定螺杆安装在渗透测试箱体的右端内，并平行地位于a截面的右侧；水头a测量管采用螺纹连接安装在渗透测试箱体上的a通孔上；水头b测量管采用螺纹连接安装在渗透测试箱体上的b通孔上。

技术方案中所述的渗透测试箱体是采用钢化玻璃制作而成的长方体形的空心壳体件，渗透测试箱体的左右两端是敞开的，渗透测试箱体的内腔尺寸与储水准备箱体的左箱体壁中下部设置的矩形内通孔的内腔结构尺寸相等,渗透测试箱体的外形尺寸与储水准备箱体的左箱体壁中下部设置的矩形内通孔的外形结构尺寸相等,在渗透测试箱体设置有a截面与b截面的底箱体壁处设置有安装水头a测量管与安装水头b测量管的a通孔与b通孔。

技术方案中所述的真空处理箱还包括有真空压力表；所述的真空处理箱体是采用钢化玻璃制作而成的长方体形的空心壳体件，真空处理箱体右端是敞开的，真空处理箱体右端的外形尺寸与内腔尺寸和渗透测试箱体左端的外形尺寸与内腔尺寸相等，真空处理箱体的底部的左端是敞开的，即设置有一个矩形通孔，矩形通孔的外形尺寸与内腔尺寸和集水测量箱中的集水测量箱体上端的外形尺寸与内腔尺寸相等；真空处理箱体的左侧箱壁上设置有连接通孔，连接端口安装在连接通孔上；真空处理箱体的顶箱壁上设置有真空压力表接口；真空压力表安装在真空压力表接口上。

技术方案中所述的集水测量箱还包括有水量刻度线、排水管与排水管控制阀门；所述的集水测量箱体是采用钢化玻璃制作而成的长方体形的空心壳体件，集水测量箱体的顶部是敞开的，即设置为一个矩形通孔，矩形通孔的外形尺寸与内腔尺寸和真空处理箱中的真空处理箱体底部左端的矩形通孔的外形尺寸与内腔尺寸相等；所述的水量刻度线竖直地等间距地设置在集水测量箱体的前箱壁上，水量读数标注在相对于水量刻度线的集水测量箱体上，排水管安装在集水测量箱体的右箱体壁的下部，排水管控制阀门安装在排水管上。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置主要应用于真空预压地基处理条件下、塑料排水板周围土体中的水向塑料排水板进行水平渗透的试验。该装置技术填补了现有背景技术中的空白，具有首创性。

2.本发明所述的一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置结构简单、便于组装，可用于测试不同真空度下、不同黏粒含量土体中水的水平渗透系数。在抽取真空形成的负压作用下，孔隙水逐渐渗流到塑料排水板中而达到土体排水固结、强度增长的效果。该装置技术有助于研究真空预压地基处理条件下土体中黏粒含量、真空度与排水固结效果之间的关系，为应用真空预压法最优化加固吹填土提供测试装置与试验依据。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置结构组成的轴测投影视图。

图2为本发明所述的一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置中储水准备箱的结构组成示意图；

图3为本发明所述的一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置中渗透测试箱的右视图；

图4为本发明所述的一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置中渗透测试箱的左视图；

图中：1.进水管，11.进水管控制阀门，2.储水准备箱，20.储水准备箱体，21.溢水管，22.溢水管控制阀门，23.水位刻度线，24.固定支座，24-1.内外管间螺纹，25.隔水板，25-1.隔水胶条，25-2.把手，26.竖直卡条，3.渗透测试箱，30.渗透测试箱体，31.a截面，32.b截面，33.塑料排水板，33-1.固定螺钉，34.挡土钢丝网，34-1.固定螺杆，35.水头a测量管，36.水平渗透方向，37.水头b测量管，4.真空处理箱，40.真空处理箱体，41.真空压力表，42.连接端口，5.集水测量箱，50.集水测量箱体，51.水量刻度线，52.水量读数，53.排水管，54.排水管控制阀门，6.连接管，7.真空泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置包括进水管1、储水准备箱2、渗透测试箱3、真空处理箱4、集水测量箱5、连接管6、真空泵7。

所述的进水管1是储水准备箱2的供水管道，选用材质为ppr管材，进水管1的一端从储水准备箱2的顶端插入储水准备箱2中，进水管1的另一端与水源连接；在进水管1上安装有进水管控制阀门11，用于控制进水管1的水流量。

所述的储水准备箱2包括有储水准备箱体20、溢水管21、溢水管控制阀门22、水位刻度线23、2个结构相同的固定支座24、隔水板25与2个结构相同的竖直卡条26。

所述的储水准备箱体20是采用钢化玻璃制作而成的长方体形的空心壳体件，储水准备箱体20的顶端是敞开的，储水准备箱体20的右箱体壁的中间处设置有安装溢水管21的溢水管通孔；储水准备箱体20的左箱体壁的中下部是敞开的，即设置有一个矩形通孔，矩形通孔的长度尺寸和储水准备箱体20内腔的前后宽度尺寸相等，储水准备箱体20的前后宽度与渗透测试箱3中的渗透测试箱体30的前后宽度相等，矩形通孔的宽度尺寸和渗透测试箱3中的渗透测试箱体30的上下宽度尺寸相等；

所述的溢水管21是储水准备箱2的溢水管道，选用材质为ppr管材，水平放置的溢水管21的一端封闭安装在位于水位刻度线23高度处的溢水管通孔上，与溢水管通孔呈螺纹连接，在溢水管21上安装有溢水管控制阀门22，通过调节溢水管控制阀门22的开度大小使得储水准备箱2中的水位保持在水位刻度线23处。

所述的固定支座24由内管和外管组成，内管的外侧设置有连接螺纹24-1，外管的内侧设置有连接螺纹24-1；

固定支座24可通过内外管间的连接螺纹24-1调节其高度，两个结构相同的固定支座24竖直对称地安装在储水准备箱体20底部右侧的前后角处，2个结构相同的固定支座24的底端安装在地基上。

所述的竖直卡条26设置于储水准备箱体20的左侧；竖直卡条26是采用钢化玻璃制作而成的长条形的构件。

2根结构相同的竖直卡条26竖直地粘贴在储水准备箱体20前后箱壁的内侧，2根结构相同的竖直卡条26与储水准备箱体20的左箱体壁相平行，并且和储水准备箱体20的左箱体壁的内侧距离相等，即前后箱体壁内侧上的和隔水板25配装的滑道宽度相等，该距离即滑道宽度和储水准备箱2中的隔水板25的厚度相等。

所述的隔水板25是长方形的钢化玻璃板，隔水板25的四周缠绕有隔水胶条25-1，以便增强隔水的效果；隔水板25的中上部固定有把手25-2，可通过推拉把手25-2使得隔水板25沿储水准备箱体20左箱体壁与竖直卡条26之间的空隙上下移动；隔水板25安装在储水准备箱体20左箱体壁与竖直卡条26之间的空隙内即滑道内。

所述的水位刻度线23设置在储水准备箱体20的右箱体壁的外侧，水位刻度线23的高度与储水准备箱体20的左箱体壁水平连接的渗透测试箱3的顶端平齐；2个结构相同的固定支座24安装在储水准备箱2的底部，通过调节2个结构相同的固定支座24的高度使得储水准备箱2及整个装置保持水平。隔水板25安装在储水准备箱体20与渗透测试箱体30连接处右侧的储水准备箱体20内，在试验开始前可阻止储水准备箱2中的水进入渗透测试箱3中，试验开始时，快速抽出隔水板25，让水进入渗透测试箱3的土体中开始渗透试验。

所述的渗透测试箱3包括渗透测试箱体30、a截面31、b截面32、塑料排水板33、挡土钢丝网34、水头a测量管35与水头b测量管37。

所述的渗透测试箱体是采用钢化玻璃制作而成的长方体形的空心壳体件，渗透测试箱体30的左右两端是敞开的，渗透测试箱体的内腔尺寸与储水准备箱体20的左箱体壁中下部设置的矩形内通孔的结构尺寸相等,渗透测试箱体的外形尺寸与储水准备箱体20的左箱体壁中下部设置的矩形内通孔的外形结构尺寸相等,渗透测试箱体30右端与储水准备箱体20左箱体壁上的矩形通孔之间采用密封胶粘接；

所述的a截面31为由沿渗透测试箱体30四周所划的首尾相接的红色线条所确定的1号矩形截面，1号矩形截面垂直于渗透测试箱体30的纵向对称轴线，a截面31位于渗透测试箱体30的右端的5-10cm位置处；

所述的b截面32为由沿渗透测试箱体30四周所划的首尾相接的蓝色线条所确定的2号矩形截面，2号矩形截面垂直于渗透测试箱体30的纵向对称轴线，2号矩形截面地位于渗透测试箱体30左端的5-10cm位置处，a截面31与b截面32相互平行；

所述的塑料排水板33为矩形的塑料材质的平板结构件，塑料排水板33的长宽尺寸和渗透测试箱体30内腔的矩形孔的长宽尺寸相等，塑料排水板33的四角对称地设置有4个圆形通孔；所述的渗透测试箱体30左端的内腔四角对称地设置有边角，在每个边角上设置有1个螺纹孔；塑料排水板33采用4个结构相同的固定螺钉33-1安装在渗透测试箱体30的左端内，并平行地位于b截面32的左侧；

所述的挡土钢丝网34为矩形的钢丝网状的平板结构件，挡土钢丝网34长宽尺寸和渗透测试箱体30内腔的矩形孔的长宽尺寸相等，挡土钢丝网34的四角对称设置有钢板，在每个钢板上设置有1个圆形通孔；所述的渗透测试箱体30右端的内腔四角对称地设置有突出的边角，在每个边角上设置有1个螺纹孔；挡土钢丝网34通过固定螺杆34-1安装在渗透测试箱体30的右端内，并平行地位于a截面31的右侧；

所述的水头a测量管35为l型结构件，水头a测量管35上设置有刻度线，可以直接读出对应截面的水头高度，水头a测量管35的一端封闭地安装在渗透测试箱体30的a截面31处的底箱体壁设置的a通孔上，水头a测量管35与设置的a通孔之间采用螺纹连接；

所述的水头b测量管37为l型结构件，水头b测量管37上设置有刻度线，可以直接读出对应截面的水头高度，水头b测量管37的一端封闭地安装在渗透测试箱体30的b截面32处的底箱体壁设置的b通孔上，水头b测量管37与设置的b通孔之间采用螺纹连接；水头a测量管35与水头b测量管37的结构相同。

所述的真空处理箱4包括真空处理箱体40、真空压力表41、连接端口42。

所述的真空处理箱体40是采用钢化玻璃制作而成的长方体形的空心壳体件，真空处理箱体40右侧是敞开的，真空处理箱体40右端的外形尺寸与内腔尺寸和渗透测试箱体30左端的外形尺寸与内腔尺寸相等，真空处理箱体40的右侧与渗透测试箱体30的左侧采用密封胶连接，真空处理箱体40的底部靠近左侧位置处是敞开的，即设置有一个矩形通孔，矩形通孔的外形尺寸与内腔尺寸和集水测量箱5中的集水测量箱体50上端的外形尺寸与内腔尺寸相等；真空处理箱体40的左侧箱壁上设置有连接通孔，连接端口42设置在连接通孔上，连接端口42用于将真空处理箱4与连接管6的一端密闭连接；真空处理箱体40顶壁上设置有真空压力表接口；

所述的真空压力表41采用不锈钢精密数显压力表；真空压力表41安装在真空处理箱体40顶端的真空压力表接口上，用于测量真空处理箱体40中的真空度。

所述的真空泵7采用直联旋片式真空泵，真空泵7的输出端与连接管6的另一端连接，连接管6的一端与真空处理箱体50的左箱壁上的连接端口42密封连接，真空泵7通过其底座固定在地基上。

所述的集水测量箱5包括集水测量箱体50、水量刻度线51、水量读数52、排水管53、排水管控制阀门54。

所述的集水测量箱体50是采用钢化玻璃制作而成的长方体形的空心壳体件，集水测量箱体50的顶部是敞开的，即设置为一个矩形通孔，矩形通孔的外形尺寸与内腔尺寸和真空处理箱4中的真空处理箱体40底部左端的矩形通孔的外形尺寸与内腔尺寸相等，所述的水量刻度线51竖直地等间距地设置在集水测量箱体50的前箱壁上，用于测量集水测量箱体50中的水的体积；水量读数52是标注在集水测量箱体50上的、相对于水量刻度线51的体积值。集水测量箱体50顶部与真空处理箱体40底部敞开位置呈密封胶连接；排水管53安装在集水测量箱体50的右箱体壁的下部处，排水管控制阀门54安装在排水管53上，用于将集水测量箱体50中测量完毕的水排出。

进水管1、储水准备箱2、渗透测试箱3、真空处理箱4、集水测量箱5之间依次相连接，真空泵7与真空处理箱4之间通过连接管6相连；在储水准备箱2、渗透测试箱3、真空处理箱4、集水测量箱5、连接管6、真空泵7之间的连接均为密闭的，空气、水不能从上述连接处溢出；而储水准备箱2的顶部是敞开的，进水管1与储水准备箱2之间的连接是开放式的；储水准备箱2、渗透测试箱3、真空处理箱4、集水测量箱5的箱体都是由透明的钢化玻璃制作而成的，便于从外部观察试验中水流、土颗粒的运移情况。

一种真空预压地基处理条件下的水平渗透系数测试装置的工作原理：

1.在渗透测试箱3中装满所需加固的黏粒含量一定的吹填土体，渗透测试箱3的左右两侧并分别设置好塑料排水板33、挡土钢丝网34；

2.参阅图1，将进水管1、储水准备箱2、渗透测试箱3、真空处理箱4、集水测量箱5、连接管6、真空泵7依次相连接，

3.通过调节储水准备箱2底部的固定支座24使得整个测试装置保持水平，装置组装完毕后开始试验：

第一步，将隔水板25设置在储水准备箱2中的底部，将溢水管21上的溢水管控制阀门22打开，将排水管53上的排水管控制阀门54关闭；

第二步，打开进水管1上的进水管控制阀门11，通过调节溢水管21上的溢水管控制阀门22的开度大小使得储水准备箱2中的水位保持在水位刻度线23处；

第三步，快速抽出储水准备箱2中的隔水板25，同时打开并调节真空泵7使得真空处理箱4中的真空度保持在一定的试验值；在此期间，同时调节进水管控制阀门11和溢水管控制阀门22的开度大小使得储水准备箱2中的水位始终保持在水位刻度线23处；

第四步，当渗流达到稳定后，读出水头a测量管35和水头b测量管37的水位高度，并读出此时的集水测量箱5中水的体积；

第五步，根据达西定律计算相应真空度下的水平渗透系数。