一种相似模拟材料渗透系数的测量装置及其测量方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请人山东科技大学向国家知识产权局提交的申请日为2013年7月29 日、申请号为201310320740. 9、发明名称为一种相似模拟材料渗透系数的测量装置及其测 量方法的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种相似模拟材料渗透系数的测量装置及其测量方法。
【背景技术】
[0003] 相似材料模拟是一种建立在相似理论基础上，用扩大或缩小的模型，去研宄对应 原型的力学运动以及其它相关特性的一种实验方法。该方法在矿山、地质、水利以及建筑等 领域应用广泛。在采矿领域，该方法已经广泛应用于诸如测定矿山来压，岩层破坏运移，地 下水渗透以及无流动水的边坡稳定等问题的研宄。
[0004] 渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算 有着非常重要的意义。在固液耦合相似材料的制作过程中，材料亲水后的抗压强度和渗透 系数必须满足一定的条件，现有的相似材料渗透系数的测量工具不能对材料是否被破坏以 及水是否渗透过相似材料这些问题进行验证，最终会导致测量数据失真。常用的MTS实验 机器等施加围压的测量设备，在材料强度低的情况下，施加围压，材料试件会出现破裂导致 再次被压实，这种情况下所测量的数据是极不准确的。此外，现有的测量工具一次仅能进行 一个试件的测量，工作效率低。
[0005] 由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提尚。
【发明内容】
[0006] 本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种相似模拟材料渗透系数 的测量装置及其测量方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案为：
[0008] 一种相似模拟材料渗透系数的测量装置，包括实验架，所述实验架包括玻璃管安 装架及模具安置架，所述玻璃管安装架位于模具安置架的上方且与之固连；所述玻璃管安 装架上设置有多根玻璃管，所述玻璃管轴向设置有刻度标记，所述玻璃管的上端与漏斗相 连通，下端与导水管相连通，所述导水管用于与安放在上述模具安置架上的模具相连通；所 述模具包括两对置的外壳，所述外壳呈半圆柱状且中间开有通槽，两外壳配合后呈圆柱状 且中间形成一可供试件放入的第一通孔，所述两外壳的配合端面上设置有密封橡胶圈，所 述外壳的顶端开有导水槽，下部开有放气孔；两外壳配合后，其外侧设置有用于加围压的套 箍；所述模具还包括与配合后的两外壳相适配的墩栓、第一托盘以及第二托盘，所述第一托 盘的底端封闭，第二托盘的底端设置有可供来自上述导水管内的水流通过的阀门。
[0009] 所述通槽的下部设置有内螺纹，所述第二托盘包括与上述两配合后的外壳相适配 的连接柱，所述连接柱上开设有第二通孔且所述连接柱的外侧设置有外螺纹，所述连接柱 的直径略小于上述第一通孔的直径，所述连接柱的底端固连有第二托盘，所述第二托盘的 直径大于上述第一通孔的直径，所述第二托盘上开设有与上述第二通孔相连通的第三通 孔，上述阀门安装在所述第二托盘的底端且与所述第三通孔相对应；所述第一托盘包括与 上述两配合后的外壳相卡接的卡接柱，所述卡接柱呈圆柱状且其直径略小于上述第一通孔 的直径，所述卡接柱的底端固连有第一底盘，所述第一底盘的直径大于上述第一通孔的直 径；所述墩栓为一圆柱体且其直径略小于上述第一通孔的直径。
[0010] 所述套箍包括两结构相同的第一套箍和第二套箍，所述第一、第二套箍均包括呈 半环状的卡接部和分别与所述卡接部的两端一体固连的定位部，所述卡接部的直径略大于 上述两外壳配合后的外径，所述定位部上开设有定位孔，所述第一、第二套箍通过螺柱相连 接；所述套箍有两个，其分别设置在两外壳配合后的上部和下部。
[0011] 所述玻璃管安装架包括一立杆及分别设置在所述立杆的上部和下部的两相互平 行的横杆，所述横杆上均布有多个定位通孔，所述定位通孔的数量与上述玻璃管的数量相 同；所述模具安置架包括顶部支撑架及与所述顶部支撑架的四个顶角固连的底部支撑腿， 所述顶部支撑架包括呈矩形的围框及设置在所述围框内部的多条相互平行的横梁，所述各 横梁间的间距不一，其中，各间距中的最小间距小于上述两外壳配合后的外径。
[0012] 一种相似模拟材料渗透系数的测量方法，其步骤包括：
[0013] (1)、选取带有刻度标记的玻璃管并对该玻璃管进行管径测量，从而得出所述玻璃 管的断面积a，将所述玻璃管安装在玻璃管安装架上并使玻璃管的上端连通漏斗，下端连通 导水管；
[0014] (2)、模具的组装及材料试件的导入，选取两个呈半圆柱状、中间开有通槽且其上 端设置有导水槽、下端设置有放气孔的外壳，所述通槽的下部设置有内螺纹，将所述两外壳 配合后在其外侧套上套箍，两外壳配合后其中间形成一第一通孔，从该第一通孔的底部旋 入第一托盘，然后将搅拌好的相似模拟材料从所述第一通孔的顶端倒入该第一通孔内，塞 上墩栓并用橡皮锤锤实，冷却后记录墩栓进入所述第一通孔的距离，并通过该距离间接计 算得出材料的长度L;
[0015] (3)、模具的重组及材料试件的浸泡，将上述第一托盘和墩栓从所述第一通孔内取 下，所述两外壳及套箍均保持步骤（2)中的状态，从所述第一通孔的底部旋入第二托盘，所 述第二托盘与第一通孔是相连通的，把重组后的模具置放在模具安置架上，并将上述导水 管插入所述第二托盘中并固定，通过所述漏斗将水倒入玻璃管中并经导水管后自下而上导 入所述第一通孔内，将模具平卧并打开放气孔直至放完模具内的空气后将模具竖立；将模 具静置一段时间，