专利名称：一种孔隙水压力计及其使用方法
技术领域：
本发明涉及土工和水工模型试验领域，特别涉及一种孔隙水压力计及其使用方法。
背景技术：
土工和水工模型试验中常需要监测孔隙水压力计，目前常用的孔隙水压力计分为振弦式
和压阻式，该两类孔隙水压力计主要应用于土木和水利工程现场监测，量程为0.005MPa 20.000MPa (相当于O. 5米 200米水头)。
将以上两类孔隙水压力计用于土工和水工模型试验存在以下几点不足
1、 量程太大，灵敏度难以达到模型试验中cm或mm级水头变化的测量精度要求；
2、 价格昂贵，模型试验投入经费有限，导致难以实现购买大量孔隙水压力计进行多点
3、 振弦式和压阻式都存在容易在测试端进水导致线路短路、仪器损坏的特点，不易进 行长期监测和多次重复使用。
土工和水工模型试验中所用的孔隙水压力计需具备以下特点
1、 测量精度达到mm级水头，量程在10m以内；
2、 造价低，可大量设置；
3、 不易损坏，可长期使用，可多次重复使用；
4、 易于制作和布置，满足模型试验功能和空间布置要求。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够满足土工和水工模型试验 测量精度要求，易于制作和布置，满足模型试验功能和空间布置要求的孔隙水压力计及采用 该孔隙水压力计测量土工和水工模型试验中孔隙水压力的方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的一个技术方案是 一种孔隙水压力计
，包括水压力显示装置，所述水压力显示装置包括正面设置有坐标纸的立板，垂直固定在所 述立板上的玻璃管，与玻璃管下端连接的胶管，其特征在于，所述胶管的另一端连接有水压力传递管道，所述水压力传递管道的另一端封闭连接有用透水石制成的孔隙水压力测试端。 所述水压力传递管道是由铜管制成的。
所述孔隙水压力测试端的中央设置有圆柱形凹坑，所述圆柱形凹坑内嵌装有所述水压力 传递管道的一端，所述水压力传递管道的外壁与所述圆柱形凹坑内壁之间由粘结剂粘结封闭
所述圆柱形凹坑的深度为所述孔隙水压力测试端厚度的一半，所述圆柱形凹坑直径比所 述水压力传递管道的外径大l 2mm。
所述孔隙水压力测试端为圆片形，所述圆片形的直径为20mm 40mm，厚度为5mm 15mm。
所述水压力传递管道的内径为3 5mm。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的另一个技术方案是使用上述孔隙水
压力计测量土工和水工模型试验中孔隙水压力的方法，其特征在于，包括以下步骤
a、 将用透水石制成的孔隙水压力测试端与水压力传递管道封闭连接；
b、 在模型池内预定位置埋设所述水压力测试端和所述水压力传递管道，将所述水压力 传递管道引出所述模型池外与所述水压力显示装置连接，所述水压力显示装置包括正面设置 有坐标纸的立板，垂直固定在所述立板上的玻璃管，与玻璃管下端连接的胶管，所述胶管与 所述水压力传递管道连接；
c、 在所述水压力传递管道引出所述模型池的位置做好防水防渗处理；
d、 试验过程中通过所述水压力显示装置采集水压力值。
本发明具有的优点和积极效果是将透水石良好的透水性和水压力传递管道的柔韧性进 行结合，通过明了的玻璃管显示水压力，达到良好的模型试验孔隙水压力测量效果，既可用 于粘土试验还可以用于砂石试验。本发明孔隙水压力计测量精度达到mm级水头，量程可根据 试验需求进行大幅调整；造价低，可进行多点设置；孔隙水压力构件材料经久耐用，不易损 坏，可长期使用，可多次重复使用；易于制作和布置，满足模型试验功能和空间布置要求。 在显示板玻璃管内设置水压力微型监测仪还可以实现水压力自动采集。本发明可广泛应用于 土工和水工模型试验中。
图l是本发明的结构示意图。
图中1、孔隙水压力测试端，2、水压力传递管道，3、胶管，4、玻璃管，5、立板。
具体实施例方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细 说明如下
本发明一种孔隙水压力计，包括水压力显示装置，水压力显示装置采用现有技术中常用 的结构，包括正面设置有坐标纸的立板5，垂直固定在立板5上的玻璃管4，与玻璃管4下端连 接的胶管3，胶管3的另一端连接有水压力传递管道2，水压力传递管道2的另一端封闭连接有 用透水石制成的孔隙水压力测试端l 。
水压力传递管道2与孔隙水压力测试端1的封闭连接结构较佳的方案为上述孔隙水压力 测试端l的中央设置有圆柱形凹坑，圆柱形凹坑的深度为孔隙水压力测试端厚度的一半，圆 柱形凹坑半径比所述水压力传递管道的外径大l 2mm，圆柱形凹坑内嵌装水压力传递管道2 的一端，水压力传递管道2的外壁与圆柱形凹坑内壁之间由粘结剂粘结封闭。
上述孔隙水压力测试端最好采用圆片形结构，根据模型试验规模，圆片形的直径可以为 :20mm 40mm， 厚度可以为5mm 15mm。
根据模型试验规模，上述水压力传递管道的内径可以为3 5mm，外径可以为6 8mm
采用上述孔隙水压力计测量土工和水工模型试验中孔隙水压力的方法 a、根据模型试验规模，用透水石制成相应的孔隙水压力测试端l，制作水压力传递管 道2和水压力显示装置，将孔隙水压力计测试端1与水压力传递管道2封闭连接，水压力显示 装置包括正面设置有坐标纸的立板5，垂直固定在立板5上的玻璃管4，与玻璃管4下端连接的 胶管3; b、在模型池内预定位置埋设水压力计测试端1和水压力传递管道2，将水压力传递管 道2引出模型池外与水压力显示装置的玻璃管4连接；c、在水压力传递管道2引出模型池的位 置做好防水防渗处理；d、试验过程中目测并记录所述玻璃管中的水压力值，或者在所述玻 璃管内放置水压力监测计进行自动采集。
基于土工和水工模型试验中所用的孔隙水压力计功能要求和特点，本发明将现有三项技 术进行整合，开发了土工和水工模型试验中的孔隙水压力计，主要包括孔隙水压力测试端、 水压力传递管道和水压力显示装置三项内容。
孔隙水压力计测试端采用透水石。透水石广泛应用于室内试验，包括固结试验、渗透试 验和三轴仪试验，具有良好的渗透和压力传递性能，适用于砂石和粘土。
水压力传递管最好采用细铜管。细铜管具有柔韧性好、内径狭细的特点，柔韧性好可满 足土工和水工试验中传力管道可改变路径空间任意布置的要求，内径狭细而不纤细即可避免毛细作用影响、又可灵敏反映水压力变化。也可采用铝管、不锈钢管、合金管等具有上述特 点的金属管。
水压力显示装置采用常规的静水压力显示装置。具有显示明了、准确的特点，玻璃管内 设置水压力自动检测仪器还可进行水压力自动采集。
通过对以上三项技术进行科学整合，使本发明的模型试验用孔隙水压力计达到准确反应 、传递和显示模型试验中孔隙水压力的目的，具有适用性广、造价低、制作简单、耐用的特点。
实施例l:
粘土基坑突涌模型试验，模型池设有内池和外池，内、外模型池都为矩形。外池长宽高 分别为2. 3mX1.6mX1.0m，外池壁厚260cm，内壁和池底进行防渗处理避免渗水和卸压。外 池内修砌小砂池，小砂池外壁与大模型池内壁间距离为30cm，小砂池壁厚140cm，小砂池内 壁也作防水处理。大模型池池壁四角预埋4根钢管，钢管底部通过接头水平铺设进入小砂池 内池底，该四根钢管作注水加压用。
小砂池内置放42 45 cm厚的砂土，在砂土中部布设7个孔隙水压力测试端和与其一一对 应的水压力传递管道，水压力传递管道水平铺设并穿出内外模型池连接到水压力显示板上。
孔隙水压力测试端透水石直径20mm，厚度5mm;水压力传递管道细铜管内径为为3mm，外 径为6mm。在砂槽内布设好透水石测试端和细铜传力管后，将细铜管从试验模型池壁上穿孔 引出，在穿孔处做细致的防水堵渗处理，包括充填水泥砂浆和涂抹堵漏剂。传力管引出后由 软胶管连接到木质显示板上的玻璃管，玻璃管高1.4m。
模型外池与小砂池之间填30cm厚的粘土层，小砂池顶面以上分层铺垫粘土并洒水饱和， 粘土层总厚度为40cm。
试验过程中，从模型外池四角的四根钢管向小砂池内注水加压，同时监测从7个孔隙水 压力测试端传递到水压力显示板上玻璃管内的水柱高度，从而得到小砂池内7个不同点位的 水压力值。监测水压力的同时监测小砂池上面粘土层表面的位移和变形。
监测结果表明水压显示非常明显，压力读数可精确到mm级，测量水头值位于0 90cm范 围内。水压力和土层变形符合很好，验证了该孔隙水压力计的可行性。
上述的试验介质砂土和粘土可以根据实际地质条件由其它类型土替代进行基坑突涌模型 试验，如由碎石和粉土替代做基坑突涌模型试验，也可以由粉土和粉土替代做基坑突涌模型 试验。
实施例2:试验，模型池为矩形，长宽高分别为2.3mX1.6mX1.0m，池壁厚 260cm，内壁和池底进行防渗处理避免渗水和卸压。模型池内修砌高0.8米、上底和下底分别 为O. 2m和0. 5m的梯形坝体，坝体两端与模型池相接，坝体外表面为混凝土，内部为砂石堆砌 。在坝体内的砂石中自上而下每隔O. lm布设一个透水石孔隙水压力测试端，水压力传递管道 水平铺设并穿出模型池连接到水压力显示板上。
孔隙水压力测试端透水石直径30mm，厚度10mm;水压力传递管道细铜管内径为5mm，外 径为8mm。在坝体砂石内布设好透水石测试端和细铜传力管后，将细铜管从试验模型池壁上 穿孔引出，在穿孔处做细致的防水堵渗处理，包括充填水泥砂浆和涂抹堵漏剂。传力管引出 后由软胶管连接到木质显示板上的玻璃管，玻璃管高l. 4m。
试验过程中，从模型池内坝体迎水面一侧注水，使坝体迎水面一侧水面高度从O. 2m逐级 增加到O. 7m，每级增加O. lm。监测各级水位高度下从8个孔隙水压力测试端传递到水压力显 示板上玻璃管内的水柱高度，从而得到坝体砂石内8个不同高度的水压力值。
监测结果表明水压显示非常明显，压力读数可精确到mm级，测量水头值位于0 90cm范 围内，验证了该孔隙水压力计的可行性。
本发明的基本原理是:将透水石良好的透水性和细铜管柔韧性进行结合，对模型试验的 多孔介质中水压力准确反应和传递，通过明了的玻璃管显示水压力，达到良好的模型试验孔 隙水压力测量效果，既可用于粘土试验还可以用于砂石试验。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具 体实施方式，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人 员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很 多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种孔隙水压力计，包括水压力显示装置，所述水压力显示装置包括正面设置有坐标纸的立板，垂直固定在所述立板上的玻璃管，与玻璃管下端连接的胶管，其特征在于，所述胶管的另一端连接有水压力传递管道，所述水压力传递管道的另一端封闭连接有用透水石制成的孔隙水压力测试端。
2.根据权利要求l所述的孔隙水压力计，其特征在于，所述水压力传 递管道是由铜管制成的。
3.根据权利要求l所述的孔隙水压力计，其特征在于，所述孔隙水压 力测试端的中央设置有圆柱形凹坑，所述圆柱形凹坑内嵌装有所述水压力传递管道的一端， 所述水压力传递管道的外壁与所述圆柱形凹坑内壁之间由粘结剂粘结封闭。
4.根据权利要求3所述的孔隙水压力计，其特征在于，所述圆柱形凹 坑的深度为所述孔隙水压力测试端厚度的一半，所述圆柱形凹坑直径比所述水压力传递管道 的外径大l 2mm。
5.根据权利要求l所述的孔隙水压力计，其特征在于，所述孔隙水压 力测试端为圆片形，所述圆片形的直径为20mm 40mm，厚度为5mm 15mm。
6.根据权利要求l所述的孔隙水压力计，其特征在于，所述水压力传 递管道的内径为3 5mm。
7.使用权利要求l所述的孔隙水压力计测量土工和水工模型试验中孔 隙水压力的方法，其特征在于，包括以下步骤a、 将用透水石制成的孔隙水压力测试端与水压力传递管道封闭连接；b、 在模型池内预定位置埋设所述水压力测试端和所述水压力传递管道，将所述水压力 传递管道引出所述模型池外与所述水压力显示装置连接，所述水压力显示装置包括正面设置 有坐标纸的立板，垂直固定在所述立板上的玻璃管，与玻璃管下端连接的胶管，所述胶管与 所述水压力传递管道连接；c、 在所述水压力传递管道引出所述模型池的位置做好防水防渗处理；d、试验过程中通过所述水压力显示装置采集水压力值。
全文摘要
本发明公开了一种孔隙水压力计，包括水压力显示装置，所述水压力显示装置包括正面设置有坐标纸的立板，垂直固定在所述立板上的玻璃管，与玻璃管下端连接的胶管，所述胶管的另一端连接有水压力传递管道，所述水压力传递管道的另一端封闭连接有用透水石制成的孔隙水压力测试端。本发明还公开了上述孔隙水压力计的使用方法。本发明将透水石良好的透水性和水压力传递管道的柔韧性进行结合，通过明了的玻璃管显示水压力，达到良好的模型试验孔隙水压力测量效果，既可用于粘土试验还可以用于砂石试验。
文档编号G01L19/00GK101655405SQ20091030738
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月21日 优先权日2009年9月21日
发明者杨建民, 刚 郑 申请人:天津大学