一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置及使用方法与流程

本发明属于土工试验技术领域，具体涉及一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置及使用方法。

背景技术：

随着填筑料在大坝建设中的广泛应用，对其原级配填筑料渗透稳定性和安全性试验研究越来越深入。常规的渗透试验装置渗透仪尺寸较小（其设备内径大小为200mm和300mm），无法满足渗透仪器内径大于试样级配中占比85%的粒径d85的5倍的要求，只能采用等效级配曲线进行缩尺，缩小颗粒粒径，以满足粒径小于5倍的要求，这样产生的缩尺效应造成和实际情况的差异，试验结果往往不能反应实际情况；且由于常规渗透仪其自身强度和刚度较低，无法对填筑料进行高水头作用下渗透测试；而且常规渗透仪垂直渗透试验和水平渗透试验采取两套不同的试验装置，试验成果的可比性差；常规渗透仪进行渗透试验时由于其内壁的边壁绕流效应的影响，所测得试验数据容易失真。因此研制一套能在高水头条件下，对超大粒径粗粒土渗透特性进行准确测试的渗透仪装置，是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置及使用方法，克服了现有技术中存在的问题。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置，包括进水端腔体、试样箱体和出水端腔体，其中试样箱体的节数为一节、两节或者多节，所述进水端腔体、试样箱体和出水端腔体沿水平或者竖直方向依次通过法兰连接组装，并且进水端腔体、试样箱体和出水端腔体连接处设置有透水板；当进水端腔体、试样箱体和出水端腔体沿水平方向依次连接时，进行水平渗透试验；当进水端腔体、试样箱体和出水端腔体沿竖直方向依次连接时，进行垂直渗透试验。

优选的，所述进水端腔体由垂直渗透试验进水口、水平渗透试验进水口、排气管和进水钢板面腔体结构组成，垂直渗透试验进水口垂直焊接于进水钢板面腔体结构左端面下侧，水平渗透试验进水口垂直焊接于进水钢板面腔体结构下端面，所述排气管垂直焊接于进水钢板面腔体结构上端面，进水钢板面腔体结构为方形腔体。

优选的，所述进水钢板面腔体结构左端面设置有垂直渗透支座，当进水端腔体、试样箱体和出水端腔体沿竖直方向依次连接时，进水端腔体设置于最下端，出水端腔体设置于最上端，垂直渗透支座与固定底座或地面相接触，进行垂直渗透试验。

优选的，所述试样箱体包括箱体主体、盖板和渗透仪基座，箱体主体下端面设置于渗透仪基座上，箱体主体上端面与盖板固定连接，所述试样箱体为方形结构，长度为1~3m，横断面为1m×1m，所述箱体主体前后两侧面上均匀分布有测压孔，其中测压孔处密封固定有测压仪器。

优选的，所述箱体主体和盖板均为钢板，箱体主体和盖板外侧均焊接有肋板，所述肋板呈间距10cm方形布置，肋板的强度和刚度满足在最大3.5mpa试验水头作用下，每节试样箱体长度2m范围内变形值小于2mm。

优选的，所述箱体主体前后两侧边上端边沿设置有箱体主体外边沿，箱体主体外边沿与盖板的边沿通过第一临边穿孔螺栓全穿孔连接，所述箱体主体外边沿和盖板靠近第一临边穿孔螺栓的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第一止水胶圈。

优选的，所述箱体主体上下游端面分别连接法兰接头，盖板的上下游边沿与法兰接头通过钢板内螺帽螺栓连接，并且盖板和法兰接头靠近钢板内螺帽螺栓的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第二止水胶圈；所述相邻两个箱体主体的法兰接头通过第二临边穿孔螺栓全穿孔连接，并且两个法兰接头靠近第二临边穿孔螺栓的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第三止水胶圈，其中法兰接头的厚度为35mm；所述箱体主体和盖板内壁涂刷遇水膨胀材料橡胶腻子，涂刷厚度为2mm。

优选的，所述出水端腔体由垂直渗透试验出水口、水平渗透试验出水口、排沙管和出水钢板面腔体结构组成，其中垂直渗透试验出水口垂直焊接于出水钢板面腔体结构上端面，水平渗透试验出水口垂直焊接于出水钢板面腔体结构右端面上侧，排沙管垂直焊接于出水钢板面腔体结构下端面，出水钢板面腔体结构为方形腔体。

优选的，所述透水板由开孔钢板外焊接透水肋板组成，透水肋板呈方形布置，透水肋板的强度和刚度满足在最大3.5mpa试验水头作用下，每1m长度范围内变形值小于2mm，所述透水板的开孔直径为8mm，开孔率16~20%。

优选的，一种如上任一项所述的适用于填筑料耐高压渗透仪装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：根据实例试样长度选择试样箱体的节数；

步骤2：当进行水平渗透试验时，将进水端腔体、试样箱体和出水端腔体沿水平方向通过法兰连接；按照试验要求装填试样，对试样进行滴水饱和，饱和后试样采用微膨胀补偿收缩混凝土密封试样表面，在混凝土初凝前，拧紧试样箱体，使试样箱体密封严密；打开进水端腔体进水口提升试验水头，水进入进水端腔体，渗透过试样箱体内的试样，最后渗透进入出水端腔体内，进行水平渗透试验；

步骤3：当进行垂直渗透试验时，将进水端腔体、试样箱体和出水端腔体沿竖直方向通过法兰连接；使试样箱体密封严密，按照试验要求装填试样，对试样进行滴水饱和；打开进水端腔体进水口提升试验水头，水进入进水端腔体，渗透过试样箱体内的试样，最后渗透进入出水端腔体内，进行垂直渗透试验。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明提供了一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置，避免缩尺效应，能够精准的反应实际情况，本发明装置能减小粗粒土渗透试验中边壁绕流的影响，从而使得渗透试验的成果更准确可靠，一套装置可分别实现垂直渗透试验和水平渗透试验，试验成果的可比性好，大大节约了成本；

（2）本发明由于试样箱体的断面尺寸加大，为1m×1m，可满足最大粒径为300mm原级配填筑料的渗透特性试验；

（3）本发明渗透仪装置采用钢板焊接肋板的结构设计，肋板呈间距10cm方形布置，提升了渗透仪装置的强度刚度，可进行最大试验水压为3.5mpa的渗透特性试验；

（4）本发明渗透仪装置的试样箱体内壁涂刷遇水膨胀材料橡胶腻子，当试样饱和过程中，上述材料在遇水后产生膨胀变形，并充满本发明试样箱体内壁与试样接触面的所有不规则表面、空穴及间隙，同时产生较大接触压力，从而降低渗透试验过程中边壁渗流，使渗透试验成果更精准、可靠。

附图说明

图1、本发明一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置的结构示意图；

图2、本发明图1局部a处放大右视剖视图；

图3、本发明图1局部b处放大剖视图。

附图标记说明

1、进水端腔体，2、试样箱体，3、出水端腔体，4、透水板，5、垂直渗透支座，6、测压孔，7、肋板，8、第一临边穿孔螺栓，9、第一止水胶圈，10、法兰接头，11、钢板内螺帽螺栓，12、第二止水胶圈，13、第二临边穿孔螺栓，14、第三止水胶圈；

1-1、垂直渗透试验进水口，1-2、水平渗透试验进水口，1-3、排气管，1-4、进水钢板面腔体结构；

2-1、箱体主体，2-2、盖板，2-3、渗透仪基座；

2-1-1、箱体主体外边沿；

3-1、垂直渗透试验出水口，3-2、水平渗透试验出水口，3-3、排沙管，3-4、出水钢板面腔体结构。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置，包括进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3，其中试样箱体2的节数为一节、两节或者多节，所述进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3沿水平或者竖直方向依次通过法兰连接组装，并且进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3连接处设置有透水板4；当进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3沿水平方向依次连接时，进行水平渗透试验；当进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3沿竖直方向依次连接时，进行垂直渗透试验。

本发明通过调整进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3的空间布置，可进行水平渗透试验和垂直渗透试验，当进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3水平方向依次连接时，可进行水平渗透试验；当进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3竖直方向依次连接时，可进行垂直渗透试验，一套装置完成两种渗透试验，大大降低了试验成本。

所述进水端腔体1用于平衡水压，使得试样进水端受压断面水压稳定均衡；试样箱体2用于装填试样，可以满足最大粒径300mm以下粗颗粒土试样的渗透试验；出水端腔体3用于收集试样断面的渗透水，并确保试样出水端水流的自由排出；透水板4的作用是在确保试验水自由透过板体的同时，透水板4对试样起到支撑定型作用。

实施例2

优选的，如图1所示，所述进水端腔体1由垂直渗透试验进水口1-1、水平渗透试验进水口1-2、排气管1-3和进水钢板面腔体结构1-4组成，垂直渗透试验进水口1-1垂直焊接于进水钢板面腔体结构1-4左端面下侧，水平渗透试验进水口1-2垂直焊接于进水钢板面腔体结构1-4下端面，所述排气管1-3垂直焊接于进水钢板面腔体结构1-4上端面，进水钢板面腔体结构1-4为方形腔体。

所述垂直渗透试验进水口1-1用于垂直渗透试验时进水，水平渗透试验进水口1-2用于水平渗透试验时进水。

所述垂直渗透试验进水口1-1、水平渗透试验进水口1-2用于带压试验用水装置连接渗透仪器，排气管1-3排除进水端腔体1和试样饱和时孔隙中的空气。

优选的，如图1所示，所述进水钢板面腔体结构1-4左端面设置有垂直渗透支座5，当进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3沿竖直方向依次连接时，进水端腔体1设置于最下端，出水端腔体3设置于最上端，垂直渗透支座5与固定底座或地面相接触，进行垂直渗透试验。

在进行垂直渗透试验时，进水端腔体1左端面的垂直渗透支座5与固定底座或地面相接触，进水端腔体1右端面通过法兰连接试样箱体2左端面，试样箱体2右端面通过法兰连接出水端腔体3左端面，进水端腔体1在最下端，任意个试样箱体2在中间，出水端腔体3在最上端。

实施例3

优选的，如图1所示，所述试样箱体2包括箱体主体2-1、盖板2-2和渗透仪基座2-3，箱体主体2-1下端面设置于渗透仪基座2-3上，箱体主体2-1上端面与盖板2-2固定连接，所述试样箱体2为方形结构，长度为1~3m，横断面为1m×1m，所述箱体主体2-1前后两侧面上均匀分布有测压孔6，其中测压孔6处密封固定有测压仪器。

所述试样箱体2断面为方形，试样箱体2的盖板2-2可打开，与箱体主体2-1采取螺栓连接。

所述箱体主体2-1用于装填试样，盖板2-2用于对装填后的试样进行密封。试样箱体2长度1~3m，横断面为1m×1m，即满足该试验相应粒径对试样长度和宽度的要求，又能方便水平渗透试验试样制备，便于试验操作。

优选的，如图1所示，所述箱体主体2-1和盖板2-2均为钢板，箱体主体2-1和盖板2-2外侧均焊接有肋板7，所述肋板7呈间距10cm方形布置，肋板7的强度和刚度满足在最大3.5mpa试验水头作用下，每节试样箱体2长度2m范围内变形值小于2mm。

所述肋板7的作用用于增加渗透仪箱体整体的强度和刚度，防止在高水压作用下，箱体发生严重的位移变形，进而影响试样的稳定性和试验的精准度；肋板7的强度和刚度满足在最大3.5mpa试验水头作用下，每节试样箱体2长度2m范围内变形值小于2mm，其作用在确保满足试验需求的前提下，允许适当的变形值，节约渗透仪造价，同时所允许的变形值在内壁涂刷遇水膨胀材料橡胶腻子的变形补偿下，处于可接受状态。

所述试样箱体2采用特种钢，钢材表面加肋板，该装置可以满足最大粒径达300mm粗粒土进行高水头渗透试验，渗透试验包括水平渗透试验和垂直渗透试验。

实施例4

优选的，如图2所示，所述箱体主体2-1前后两侧边上端边沿设置有箱体主体外边沿2-1-1，箱体主体外边沿2-1-1与盖板2-2的边沿通过第一临边穿孔螺栓8全穿孔连接，所述箱体主体外边沿2-1-1和盖板2-2靠近第一临边穿孔螺栓8的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第一止水胶圈9。

所述第一止水胶圈9用于密封箱体主体2-1和盖板2-2之间的缝隙，第一止水胶圈9、第一临边穿孔螺栓8和盖板2-2共同作用，密封试样。

所述盖板2-2与箱体主体2-1左右两侧箱体主体外边沿2-1-1采用第一临边穿孔螺栓8全穿孔连接，箱体主体2-1与盖板2-2间设置第一止水胶圈9，通过第一临边穿孔螺栓8拧紧密封。

优选的，如图3所示，所述箱体主体2-1上下游端面分别连接法兰接头10，盖板2-2的上下游边沿与法兰接头10通过钢板内螺帽螺栓11连接，并且盖板2-2和法兰接头10靠近钢板内螺帽螺栓11的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第二止水胶圈12；所述相邻两个箱体主体2-1的法兰接头10通过第二临边穿孔螺栓13全穿孔连接，并且两个法兰接头10靠近第二临边穿孔螺栓13的内侧对应位置设置有凹槽，两个对应的凹槽内设置有第三止水胶圈14，其中法兰接头10的厚度为35mm；所述箱体主体2-1和盖板2-2内壁涂刷遇水膨胀材料橡胶腻子，涂刷厚度为2mm。

所述法兰接头10的厚度确保高压作用下箱体的安全稳定，涂刷的遇水膨胀材料橡胶腻子，涂刷厚度为2mm用于防止边壁绕流，缓解试样和箱体钢板刚性接触的边壁绕流，同时部分补偿箱体变形引起的试样与箱体间的缝隙，若涂刷太厚影响试样本身的渗透特性，太薄不能有效减缓边壁绕流。

所述试样箱体2内壁涂刷遇水膨胀材料，对箱体内壁的处理可减少试验过程的边壁绕流，提升试验精度。

实施例5

优选的，如图1所示，所述出水端腔体3由垂直渗透试验出水口3-1、水平渗透试验出水口3-2、排沙管3-3和出水钢板面腔体结构3-4组成，其中垂直渗透试验出水口3-1垂直焊接于出水钢板面腔体结构3-4上端面，水平渗透试验出水口3-2垂直焊接于出水钢板面腔体结构3-4右端面上侧，排沙管3-3垂直焊接于出水钢板面腔体结构3-4下端面，出水钢板面腔体结构3-4为方形腔体。

所述垂直渗透试验出水口3-1用于垂直渗透试验时出水，水平渗透试验出水口3-2用于水平渗透试验时出水，排沙管3-3用于将渗透进入出水端腔体3的试样排出。

实施例6

优选的，所述透水板4由开孔钢板外焊接透水肋板组成，透水肋板呈方形布置，透水肋板的强度和刚度满足在最大3.5mpa试验水头作用下，每1m长度范围内变形值小于2mm，所述透水板4的开孔直径为8mm，开孔率16~20%。

所述透水板4用于隔开进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3，保证水可以通过，并起到支撑作用。

所述透水板4开孔直径8mm，保障试样中的细颗粒有足够的通道尺寸被水流带出，同时又能保障试样的稳定，根据以往试验经验，被水流搬运的试样粒径基本小于8mm，开孔率16~20%，在确保透水板整体透水能力，防止开孔率过小，影响试样渗流水的排除，开孔太大降低了钢板的强度和刚度。

实施例7

优选的，一种如上任一项所述的适用于填筑料耐高压渗透仪装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：根据实例试样长度选择试样箱体2的节数；

步骤2：当进行水平渗透试验时，将进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3沿水平方向通过法兰连接；按照试验要求装填试样，对试样进行滴水饱和，饱和后试样采用微膨胀补偿收缩混凝土密封试样表面，在混凝土初凝前，拧紧试样箱体2，使试样箱体2密封严密；打开进水端腔体1进水口提升试验水头，水进入进水端腔体1，渗透过试样箱体2内的试样，最后渗透进入出水端腔体3内，进行水平渗透试验；

步骤3：当进行垂直渗透试验时，将进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3沿竖直方向通过法兰连接；使试样箱体2密封严密，按照试验要求装填试样，对试样进行滴水饱和；打开进水端腔体1进水口提升试验水头，水进入进水端腔体1，渗透过试样箱体2内的试样，最后渗透进入出水端腔体3内，进行垂直渗透试验。

实施例8

采用上述发明装置对填筑料最大粒径为200mm的垫层料和反滤料进行水平渗透特性试验，其中垫层料长3.0m，反滤料长1.0m，试验最大水头200m，其操作步骤如下：

步骤1：根据实例试样长度确定需要2节试样箱体2；

步骤2：根据水平渗透试验类型，将进水端腔体1、试样箱体2、出水端腔体3沿水平方向通过法兰连接，并采用堵板密封垂直渗透试验进水口1-1；

对试样箱体2内壁涂刷遇水膨胀材料橡胶腻子，遇水膨胀橡胶材料涂刷厚度为2mm；

按照试验要求装填试样，先打开盖板2-2，将试样装填进入箱体主体2-1，装填完成后，打开排气管1-3对试样进行滴水饱和，饱和后试样采用微膨胀补偿收缩混凝土密封试样表面，在混凝土初凝前，拧紧盖板2-2螺栓，使得盖板2-2与箱体主体2-1密封严密；

打开水平渗透试验进水口1-2提升试验水头进行水平渗透试验。

本发明的工作原理如下：

本发明公开了一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置，包括进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3，上述三个模块通过法兰连接组装，试样箱体2断面为方形，试样箱体2的盖板2-2可打开，与箱体主体2-1采取螺栓连接，打开盖板2-2进行试样装填，装填完成后将箱体主体2-1与盖板2-2密封严密，试样箱体2内壁涂刷遇水膨胀材料，对箱体内壁的处理可减少试验过程的边壁绕流，提升试验精度；进水端腔体1由垂直渗透试验进水口1-1、水平渗透试验进水口1-2、排气管1-3和进水钢板面腔体结构1-4组成，出水端腔体3由垂直渗透试验出水口3-1、水平渗透试验出水口3-2、排沙管3-3和出水钢板面腔体结构3-4组成，各腔体模块均采用特种钢，钢材表面加肋板，该试验装置可以满足最大粒径达300mm粗粒土进行高水头渗透试验，渗透试验包括水平渗透试验和垂直渗透试验。当本发明进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3水平方向依次连接时，可进行水平渗透试验；当上述调整为进水端腔体1、试样箱体2和出水端腔体3竖直方向依次连接时，可进行垂直渗透试验。

本发明提供了一种适用于填筑料耐高压渗透仪装置，避免缩尺效应，能够精准的反应实际情况，本发明装置能减小粗粒土渗透试验中边壁绕流的影响，从而使得渗透试验的成果更准确可靠，一套装置可分别实现垂直渗透试验和水平渗透试验，试验成果的可比性好，大大节约了成本。

本发明由于试样箱体的断面尺寸加大，为1m×1m，可满足最大粒径为300mm原级配填筑料的渗透特性试验。

本发明渗透仪装置采用钢板焊接肋板的结构设计，呈间距10cm方形布置，提升了渗透仪装置的强度刚度，可进行最大试验水压为3.5mpa的渗透特性试验。

本发明渗透仪装置的试样箱体内壁涂刷遇水膨胀材料橡胶腻子，当试样饱和过程中，上述材料在遇水后产生膨胀变形，并充满本发明试样箱体内壁与试样接触面的所有不规则表面、空穴及间隙，同时产生较大接触压力，从而降低渗透试验过程中边壁渗流，使渗透试验成果更精准、可靠。

上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。