假三轴高压渗透试验仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及岩土工程技术领域，具体地说是一种适用于固结与非固结岩土、特别 是针对非固结塑性粘性原状土样的渗透与滤盐能力测试的假三轴高压渗透试验仪。
【背景技术】
[0002] 当不同浓度的溶液分置半透膜两侧时，发生化学渗透，水分子通过半透膜从低浓 度的溶液进入高浓度的溶液中。如果在高浓度的一侧施加一定压力，可以使水分子的渗透 向相反方向进行，从而将溶质截留在高浓度一侧，并形成一个浓度增长带，这就是反渗透膜 滤盐的基本原理。
[0003] 在地下含水系统中，弱透水层两侧形成一定水头差的情况比较常见。我国东部华 北平原地区，咸淡水层互层，随着深层淡水资源的大量开采，在深、浅含水层之间形成较大 的水头差。浅部的高度矿化咸水经下伏弱透水层越流补给给深部淡水含水层后，并没有因 为咸水的越流补给而发生明显的"咸化"，或者深部淡水层受到咸化的程度，没有预想的那 么严重。是否由于弱透水层在较大的水头差驱使下，在透过水的同时，把咸水的盐分挡住了 呢？或者是咸水的盐分被吸附(储存）在弱透水层里了呢？显然，盐分被挡在咸水层或被储 存在弱透水层中，使透过弱透水层的水得以淡化的过程，叫做"滤盐"。
[0004] 鉴于这样的考虑，对弱透水层膜效应和滤盐功能的探宄，将使得华北地区的水资 源评价及其开发利用改变预期的前景。为了验证弱透水层的膜效应和滤盐效应，需要进行 渗透实验。
[0005] 弱透水层的主要组成物质为粘性土，土中粘土矿物以蒙脱石、伊利石、高岭石为 主。现有渗透测试设备主要为达西试验仪，但达西试验仪仅适用于低压或微压。通常的高 压渗透设备只适用于固结的坚硬岩石。市面上流行的三轴压力计虽然可以测高压，但只适 用于固结的坚硬岩石，不适用于粘性土样，特别是不适用于针对非固结的、松散松软的粘 性土样原状条件下的测试，且只能做压力破坏试验，有时可兼做渗透试验，但是不能够做滤 盐(把粘性土样作为渗透膜)试验。利用粘性原状土样与止水密封材料作为填充剂所设计的 渗透测试设备，其在高压下止水效果不好，主要原因在于以下几个方面： 1、 粘性土样的渗透能力很差，土样与其它止水密封材料不易结合； 2、 社会上通用的止水密封材料，如玻璃胶、堵漏灵等强度不够，稍加压即失效；以商用 粘土作为止水密封材料，其与土样间不能够粘合，尤其是水分减少后易开裂，水分饱和后强 度会降低；尽管水泥的止水效果与强度均满足条件，但是与粘性土样间间隙无法去除，液体 顺裂隙流过； 3、 上述四种止水密封材料所产生的围压均小于粘性土样的轴压。
[0006] 因此，如何让高压水流只从粘性原状土样内部通过而不是从土样与止水密封材料 的接合面上渗漏是研制高压渗透试验仪成败的关键。
【发明内容】
[0007] 本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种利用假三轴原理测试原状土 样的专用测试设备一假三轴高压渗透试验仪，通过将原状土样包覆在柔性硅胶套管中密 封，采用加围压挤压柔性壁的方法解决土样周壁的密封问题。
[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 假三轴高压渗透试验仪，其特征在于，包括上顶盖、下底座、以及连接上顶盖和下底座 的侧壁，上顶盖、下底座与侧壁围成密闭空腔，该密闭空腔内安置有内顶盖、内底座、用于包 覆原状土样的柔性硅胶套管、以及有孔套筒，侧壁中部开设有围压孔，围压孔外接围压压力 表，围压加压装置通过围压孔给原状土样施加围压以模拟地层围压作用； 所述内顶盖安装在上顶盖下方，并在其底部设有向下突出的周向凸缘，内顶盖和上顶 盖内设有相贯通的进水通道，进水通道外接轴压压力表；所述内底座安装在下底座上方，并 在其顶部设有向上突出的周向凸缘，内底座内设有出水通道，下底座内设有储水腔，储水腔 上开设与外界相连通的测压出水孔；所述内顶盖的底面和内底座的顶面分别开设有放置 滤水板的槽，滤水板、内顶盖、内底座与侧壁之间围成原状土样渗透腔，上述进水通道、渗透 腔、出水通道、储水腔和测压出水孔依次连通； 所述柔性硅胶套管紧贴套设在内顶盖和内底座周向凸缘的外侧，柔性硅胶套管外侧套 设有孔套筒，有孔套筒安置在内顶盖和内底座之间，有孔套筒与柔性硅胶套管之间预留有 空隙形成围压腔。
[0009] 所述柔性硅胶套管与内顶盖和内底座周向凸缘的外侧采用固封钢卡加固密封。 [0010] 所述有孔套筒上下开设有用于松紧固封钢卡的凹槽。
[0011] 所述进水通道与滤水板之间设有顶内腔，出水通道与滤水板之间设有底内腔。 [0012] 所述滤水板与原状土样上下接触面之间设有钢纱网。
[0013] 所述内底座和内顶盖分别通过密封胶圈与侧壁相接触。
[0014] 所述内顶盖上端面通过内密封胶圈与上顶盖相接触。
[0015] 所述内底座下端面通过内密封圈与下底座相接触。。
[0016] 所述上顶盖和下底座分别通过螺丝固定于侧壁上下端面。
[0017] 所述原状土样为固结的坚硬岩土或非固结岩土。
[0018] 本发明的假三轴高压渗透试验仪与现有技术相比，所产生的有益效果是， 1、 利用假三轴原理，在原状土样外套设柔性硅胶套管，通过围压孔对粘性土样施加围 压，围压大于轴压时，高压水流只从原状土样内部通过而不是从原状土样与密封材料的接 合面上渗漏，从而在高压下达到密封效果； 2、 柔性硅胶套管外侧套有孔套筒，对原状土样起到支撑作用，上顶盖和下底座与侧壁 之间通过螺丝连接而不采用螺纹，这样的设计可避免原状土样装填或放置过程因上顶盖或 下底座旋钮而造成形变； 3、 用固封钢卡将柔性硅胶套管箍筋内顶盖和内底座，这样的设计可有效解决原状土样 的密封问题； 4、 内顶盖，内底座与外壁之间加密封胶圈，内顶盖与上顶盖之间、内底座与下底座之间 加内密封胶圈，这样的设计可有效解决围压腔的密封问题； 5、 渗透腔上下分别放置滤水板和钢纱网，有利于高压水流束在原状土样上均匀施压， 并防止高压水流束将原状土样(特别是非固结粘性土样）击穿； 6、进水通道与滤水板之间设有顶内腔，出水通道与滤水板之间设有底内腔，这样的设 计可以使高压水流在整个滤水板上分布均匀； 综上，本发明的假三轴高压渗透试验仪，以原状土样为试验土样，利用假三轴原理，对 地下含水系统的实际状况进行模拟，其结构简单，操作和使用方便，可适用于固结与非固结 岩土、尤其是针对非固结塑性粘性原状土样的渗透与滤盐能力测试，可有效解决高压原状 土样渗透性能测试的问题。
【附图说明】
[0019] 附图1为本发明假三轴高压渗透试验仪的结构示意图； 附图2为本发明1#实验轴压、围压及渗滤液(此处应与表1表述一致)体积随时间的变 化曲线； 附图3为本发明2#实验轴压、围压及渗滤液(此处应与表2表述一致)体积随时间的变 化曲线。
[0020] 图中，1、上顶盖，2、内顶盖，3、内底座，4、下底座，5、侧壁，6、渗透腔，7、螺丝，8、围 压孔，9、柔性硅胶套管，10、有孔套筒，11、密封胶圈，12、内密封胶圈，13、进水通道，14、储水 腔，15、固封钢卡，16、围压腔，17轴压压力表，18、围压压力表，19、连接管，20、测压出水孔， 21、钢纱网，22、滤水板，23、顶内腔，24、底内腔，25、出水通道。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图1-3对本发明的假三轴高压渗透试验仪作以下详细地说明。
[0022] 如附图1所示，本发明的假三轴高压渗透试验仪，其结构包括上顶盖1、下底座4、 以及连接上顶盖1和下底座4的侧壁5,上顶盖1通过螺丝7固定于侧壁5上端面，下底座 4通过螺丝7固定于侧壁5下端面，侧壁5中部开设有围压孔8,围压加压装置通过围压孔 8给粘性土样施加围压以模拟地层围压作用，围压孔8通过连接管19外接围压压力表18。
[0023] 所述上顶盖1、下底座4与侧壁5围成密闭空腔，该密闭空腔内安置有内顶盖2、内 底座3、用于包覆原状土样的柔性硅胶套管9、以及有孔套筒10,内底座3和内顶盖2分别通 过密封胶圈11与侧壁5相接触，所述内顶盖2上端面通过内密封胶圈12与上顶盖1相接 触，内底座3下端面通过内密封胶圈12与底座4相接触。
[0024] 所述内顶盖2安装在上顶盖1下方，并在其底部设有向下突出的周向凸缘，内顶盖 2和上顶盖1内设有相贯通的进水通道13,进水通道13通过连接管19外接轴压压力表17 ; 所述内底座3安装在下底座4上方，并在其顶部设有向上突出的周向凸缘，内底座3内设有 出水通道25,下底座4内设有储水腔14,储水腔14上开设与外界相连通的测压出水孔20 ; 内