专利名称：水泥土渗透系数测定装置及其测定方法
技术领域：
本发明涉及土工材料的测定方法。特别涉及一种水泥土试样渗透系数的测 定方法。
背景技术：
近年来，水泥土搅拌桩形成的水泥土墙体广泛应用于基坑止水帷幕、堤坝 和闸等截渗工程中。水泥搅拌桩截渗墙是使用机械设备在地层中搅拌加入一定 掺量的水泥形成的水泥土连续体。从水泥土机理分析，由于水泥水化反应以及 土颗粒与水泥水化物的作用，特别是胶结作用和离子交换作用，使得土颗粒分 散度降低，同时使土颗粒进一步团聚，从而封闭和填充颗粒之间孔隙，因而使 原状土强度提高，渗透系数降低。在工程实际应用中，利用水泥土强度增加、 渗透系数降低这种特点，在基坑止水帷幕和堤(坝)、闸截渗工程中发挥很大效 益。在对止水帷幕和截渗工程渗流计算中，必须要提供水泥土的渗透系数。现 行的渗透试验，通常使用的渗透系数测定方法为水泥土试样周围浇注沥青， 然后加上水压进行测试。由于沥青收縮后与水泥土试样间存在着间隙，使水泥 土渗透试验试样侧壁止水无法处理和水头差较小等困难。针对上述问题进行广 泛的检索，尚未发现对此问题的相关解决方案。
发明内容
本发明目的就是提供一种测定水泥土渗透系数测试装置和测试方法，以克 服已有技术中存在的试样侧壁止水无法处理、水头差较小、测试时间长、可靠 性较低、试验数据精度低、使用不便等缺点。
本发明采用的技术方案是
一种水泥土渗透系数测定装置，其特征在于它包括上盖及底座，上盖、底 座之间连接一个密封罩形成压力室，上盖中部设置一根压力轴伸入压力室，在 压力轴端部连接一个固定水泥土试样的压盖，底座一侧连接一根反压进水管， 反压进水管一端通入底座中部与压力室相通，底座另一侧连接一根围压进水管 和一根渗水管，围压进水管一端与压力室相通，渗水管穿过压力室与压盖相连。
在上述技术方案的基础上，进一步的方案是底座中部设有与水泥土试样 配合的凸起，压进水管7—端通入凸起端面并与压力室相通。
一种基于上述水泥土渗透系数测定装置，所产生的水泥土渗透系数测定方
3法，其特征在于
a. 将水泥土试样安装在压力室中的底座上，水泥土试样侧壁涂薄层凡士林 或油性物质后，于水泥土试样外侧套橡皮膜；水泥土试样上、下部均安装透水 石，橡皮膜与底座和上部透水帽用橡皮筋扎紧，使水泥土试样置于密封环境； 安装上盖及密封罩后，将压盖ll压住并固定水泥土试样；
b. 将渗水管连接在测渗透流量管中，该管接通大气压；
c. 通过压力泵以及围压进水管给试样周围压力室施加压力。，由于试样外 侧套有柔性的橡皮膜，在 周围水压力均匀作用下，使试样与橡皮膜紧密接 触进行止水；
d. 通过压力泵以及压进水管给水泥土试样底部施加反压力 ，该压力实际 上是给部试样提供渗透压力，将试样顶部渗水管阀门打开，并连接到测渗透流 量管后，即对水泥土试样形成水头差」力；
e. 在给水泥土试样施加^和^ 后，每间隔一定时间^U测读渗 透流量管渗出水量，当渗透流量管有水均匀渗出时，表示试样已经饱和，开始 记录渗流量，同时在试验过程中测量水温T;
f. 水泥土材料的性质介于松散材料和固体材料之间，根据达西定理的原理，
采用理论计算公式^ = ;^x^t，计算试样的渗透系数，式中:A为水温为rc
i4x<j6 x厶fx10
时水泥土试样的渗透系数cm/s; Z^为渗流量cm、 V为试样高度cm; ^为试样 横截面积cm2; 2v为水的密度g/cm3; 为给定试样的反压力kPa;」力为渗流时 间s。
对置于压力室中的橡皮膜封闭水泥土试样施加的周围压力采取水压力，其 压力值大小视水泥土强度、渗透性和试样与橡皮膜间止水等条件决定。开始试 验阶段轴向力~- 为接触应力，周围压力施加后，再施加反压力使试样充分
饱和后，关闭排水管和反压力C7a,此时有条件的仪器可以于试前在C作用下
测量饱和状态下水泥土的孔隙水压力，同时可以计算孔隙压力系数万水^的大小。 渗透试验前，打开排水管，当试样排水固结完成后，测量试样下沉量，分别计 算固结后高度和面积。反压力^施加在试样底部，为了保证橡皮膜与试样间止
水效果，水泥土一般取q- 》50kPa。渗水管出口接入测管中，测量某时间段 渗透流量。本发明与现有技术相比有如下优点①由于对水泥土试样侧壁采取柔性止 水方式，有别于现有技术常规试样止水方法，使得本发明可很好的解决水泥土 试样侧壁密封止水问题，这种对试样止水方法，对试样外表面存在粗糙和不平 整也不影响止水效果；②通过对试样施加反压力，可实时控制试样的水头差大 小，缩短试验所需时间，使之便捷、可靠和准确；(D这种柔性止水方法，不仅 用于水泥土渗透试验，同理适用于松散材料至固体材料的渗透试验，如果试样 体积产生变形，橡皮膜可以随着试样变形，丝亳不降低止水效果。
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图l是本发明提供的测定水泥土渗透系数装置的主视图。
具体实施例方式
实施例一
一种水泥土渗透系数测定装置，它包括上盖1及底座6，上盖1、底座6 之间连接一个密封罩5形成压力室10，上盖1中部设置一根压力轴12伸入压 力室，在压力轴12端部连接一个固定水泥土试样的压盖11，底座6内一侧设 置一根反压进水管7以及相连的压力泵7a，反压进水管7的另一端通入底座6 中部设置的凸起6a并与压力室10相通。底座6内另一侧设置一根围压进水管 9和一根渗水管8，围压进水管9 一端与压力室10相通，渗水管8向上穿过压 力室10与压盖11相连并于其下端面相通。
实施例二
根据上述水泥土渗透系数测定装置，产生的一种水泥土渗透系数测定方法， 包括
a. 将水泥土试样3安装在压力室中的底座6上，水泥土试样侧壁涂薄层凡 士林或油性物质后，于水泥土试样外侧套橡皮膜4，橡皮膜4通过周围压力5 对试样侧壁进行止水；水泥土试样上、下部均安装透水石2,橡皮膜与底座和 上部透水帽用橡皮筋扎紧，使水泥土试样置于密封环境；安装上盖1及密封罩 5后，将压盖ll压住并固定水泥土试样；
b. 将渗水管8连接在测渗透流量管8a底部，该管侧壁设有刻度、上端接通 大气压；
c. 通过压力泵9a以及围压进水管9给试样周围道压力室10施加压力 ， 由于试样外侧套有柔性的橡皮膜，在 周围水压力均匀作用下，使试样与橡 皮膜紧密接触进行止水；
d. 通过压力泵7a以及反压进水管7给水泥土试样底部施加反压力^，该压力实际上是给部试样提供渗透压力，将试样顶部渗水管阀门打开，并连接到 测渗透流量管后，即对水泥土试样形成水头差」力；
e. 在给水泥土试样施加^和^ (0"3>^)后，每间隔一定时间」t测读渗 透流量管渗出水量，当渗透流量管有水均匀渗出时，表示试样已经饱和，开始 记录渗流量，同时在试验过程中测量水温T;
f. 水泥土材料的性质介于松散材料和固体材料之间，根据达西定理的原理，
采用理论计算公式~=^^^，计算试样的渗透系数，式中:A为水温为rc
时水泥土试样的渗透系数cm/s; Zir为渗流量cm、 yy为试样高度cm; ^为试样 横截面积cm2; ^v为水的密度g/cm3; ^为给定试样的反压力kPa; ZU为渗流时 间s。
权利要求
1、一种水泥土渗透系数测定装置，其特征在于它包括上盖(1)及底座(6)，上盖(1)、底座(6)之间连接一个密封罩(5)形成压力室(10)，上盖(1)中部设置一根压力轴(12)伸入压力室，在压力轴(12)端部连接一个固定水泥土试样的压盖(11)，底座(6)内一侧设置一根反压进水管(7)，反压进水管(7)一端通入底座(6)中部与压力室(10)相通，底座(6)内另一侧设置一根围压进水管(9)和一根渗水管(8)，围压进水管(9)一端与压力室(10)相通，渗水管(8)穿过压力室(10)与压盖(11)相连。
2、 根据权利要求1所述的水泥土渗透系数测定装置，其特征在于底座(6)中部设有与水泥土试样配合的凸起(6a)，压进水管(7) —端通入凸起(6a)端面并与压力室(10)相通。
3、 一种基于权利要求1或2所述渗透系数测定装置的水泥土渗透系数测定方法，其特征在于a. 将水泥土试样(3)安装在压力室中的底座(6)上，水泥土试样侧壁涂薄层凡士林或油性物质后，于水泥土试样外侧套橡皮膜(4);水泥土试样上、下部均安装透水石(2),橡皮膜与底座和上部透水帽用橡皮筋扎紧，使水泥土试样置于密封环境；安装上盖(1)及密封罩(5)后，将压盖(11)压住并固定水泥土试样；b. 将渗水管(8)连接在测渗透流量管(8a)中，该管接通大气压；c. 通过压力泵(9a)以及围压进水管(9)给试样周围的压力室(10)施加压力"wd. 通过压力泵(7a)以及反压进水管(7)给水泥土试样底部施加反压力^ ，使0^>0"6;e. 每间隔一定时间at测读渗透流量管渗出水量，当渗透流量管有水均匀渗出时，表示试样已经饱和，开始记录渗流量，同时在试验过程中测量水温T;f. 根据达西定理，采用理论计算公式~= A「x^x^ ，计算试样的渗jxct6 x A/x10透系数，式中^为水温为尸C时水泥土试样的渗透系数cm/s; ZF为渗流量cm、 i^为试样高度cm; X为试样横截面积cm2; /v为水的密度g/cm3; aA为给定试样的反压力kPa; zl t为渗流时间s。
全文摘要
一种水泥土渗透系数测定装置及其测定方法，其特征在于a.将试样(3)装在底座(6)上，试样侧壁涂薄层凡士林，试样外侧套橡皮膜(4)；土试样上、下部装透水石(2)；b.将渗水管(8)连接在测渗透流量管(8a)中；c.围压进水管(9)给压力室(10)加压力σ<sub>3</sub>；d.反压进水管(7)加反压力σ<sub>b</sub>；e.间隔Δt测读渗透流量管渗出水量，同时测量水温T；f.根据达西定理，计算试样的渗透系数。本发明有如下优点采用橡皮膜的柔性封闭止水方法，解决了水泥土侧壁止水问题；利用反压力对水泥土渗透性大小可控制水头差，并且可获得较高水头压力；当对其试样施加周围压力进行止水时，试样会产生一定的变形和一定的超孔隙水压力。
文档编号G01N15/08GK101603913SQ20091014401
公开日2009年12月16日 申请日期2009年6月30日 优先权日2009年6月30日
发明者宋新江 申请人:安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院