钻孔取芯试件渗透系数测定仪及其测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪及其测定方法，目的在于，有效避免侧壁渗流的影响，不仅能测定普通岩土体和多孔混凝土渗透系数，还能测定注浆前后岩土体钻孔取芯试件的渗透系数，测定仪所采用的技术方案为：包括自上而下依次设置的出水口缓冲区、试验腔体和入水口缓冲区，出水口缓冲区、试验腔体和入水口缓冲区间固定连接构成密闭的腔体，出水口缓冲区的侧壁上端开设有出水口，出水口缓冲区的顶部开设有抽气孔，入水口缓冲区的侧壁下端开设有入水口，试验时试件放置于试验腔体内，试件与试验腔体的内侧壁间设置防渗层，试验腔体内上下两端均设置透水层，试验时试件位于两端透水层之间且与透水层接触。
【专利说明】
钻孔取芯试件渗透系数测定仪及其测定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪及其 测定方法。
【背景技术】
[0002] 目前，常用渗透仪，特别是试验用标准渗透仪是用来测定可切削介质或松散体分 层填筑介质的渗透系数，这些渗透仪因无法避免侧壁渗流问题不适用于由钻孔取芯机取得 试件的渗透系数。现有的用于测定钻孔取芯试件的渗透仪，主要应用于多孔混凝土试件试 验，试件两端的过滤装置孔隙较大，不适用于注浆前后岩土体渗透系数的测定，且其用于避 免侧壁渗流的措施或制作较困难或效果不佳。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种能够有效避免侧壁渗流的影响，不 仅能测定普通岩土体和多孔混凝土渗透系数，还能测定注浆前后岩土体钻孔取芯试件的渗 透系数的钻孔取芯试件渗透系数测定仪及其测定方法。
[0004] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：
[0005] -种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，包括自上而下依次设置的出水口缓冲区、试 验腔体和入水口缓冲区，出水口缓冲区、试验腔体和入水口缓冲区间固定连接构成密闭的 腔体，出水口缓冲区的侧壁上端开设有出水口，出水口缓冲区的顶部开设有抽气孔，入水口 缓冲区的侧壁下端开设有入水口，试验时试件放置于试验腔体内，试件与试验腔体的内侧 壁间设置防渗层，试验腔体内上下两端均设置透水层，试验时试件位于两端透水层之间且 与透水层接触。
[0006] 所述抽气孔连接真空栗。
[0007] 所述试验腔体的侧壁上下两端分别设置有水压力表。
[0008] 所述防渗层为石蜡层。
[0009] 所述试验腔体侧壁开设有若干个石蜡注入口。
[0010] 所述出水口缓冲区、试验腔体和入水口缓冲区间采用法兰板固定连接，且出水口 缓冲区和入水口缓冲区与试验腔体的连接部位采用密封橡胶圈密封。
[0011] 所述出水口缓冲区和入水口缓冲区与试验腔体的连接部位均设置有用于支撑透 水层的台面。
[0012] 所述透水层采用透水石。
[0013] -种钻孔取芯试件渗透系数测定方法，包括以下步骤：
[0014] 1)先将下层透水层放置在试验腔体内，然后将试件放置于下层透水层上，并使试 件位于试验腔体的正中位置，将防渗层填充在试件与试验腔体内侧壁间的空隙内，封堵石 蜡注入口，将上层透水层盖于试件的上端，最后将上层的出水口缓冲区和下层的入水口缓 冲区与试验腔体密封后固定连接；
[0015] 2)关闭入水口、出水口及水压力表，打开抽气孔对出水口缓冲区、入水口缓冲区和 试验腔体抽真空，抽真空后关闭抽气孔，打开入水口，待水不能继续进入入水口缓冲区后， 打开出水口和水压力表；
[0016] 3)待出水口的水流平稳后，测量试件两端的水压，并测量一段时间内出水口的出 水量，记录试验数据并根据达西定律计算试件的渗透系数；
[0017] 4)重复步骤1)~3)，多次试验取渗透系数的平均值作为最终试件的渗透系数值。
[0018] 所述的试件采用普通岩土体试件、多孔混凝土试件或注浆前后岩土体钻孔取芯试 件。
[0019] 与现有技术相比，本发明的测定仪通过自上而下依次设置的出水口缓冲区、试验 腔体和入水口缓冲区构成密闭的腔体，提供试验环境，入水口的水进入入水口缓冲区后，使 水具有一定的压力，水透过下层透水层进入试件中，经过试件的渗透作用后透过上层透水 层，并流入出水口缓冲区，从出水口排出，测量试件两端的水压，并测量一段时间内的出水 量，结合试件的横截面面积和测压孔距，根据达西定律，从而得到试件的渗透系数，另外试 件与试验腔体侧壁的空隙填充防渗层，利用防渗层密封，阻止了水从试件的侧壁渗流，从而 避免了侧壁渗流对渗透系数测量的影响。本发明的测定仪不仅能够测定松散岩土体、多孔 混凝土、注浆后岩土体钻孔取芯试件的渗透系数，还能测定普通混凝土、岩石的抗渗等级， 并能有效避免侧壁渗流的影响，结构简单，操作简便，试验误差小。
[0020] 进一步，采用真空栗连接抽气孔，利用真空栗对整个测定仪进行抽真空，在试验时 不仅可去除空气对渗流的影响，还能加快试件饱和，缩短试验时间。
[0021] 进一步，防渗层采用石蜡层，试验腔体侧壁开设石蜡注入口，试验时将液态石蜡通 过石蜡注入口注入试件与试验腔体的内侧壁间隙内，保证了石蜡均匀密实的凝固填充在间 隙内，放置了水从试件侧壁渗流，且石蜡容易去除，不影响下次试验。
[0022] 进一步，透水层采用透水石，透水石能够支撑在出水口缓冲区和入水口缓冲区与 试验腔体的连接部位台面上，透水石不仅能够支撑试件，还能够防止水流冲击试件，同时防 止小粒径颗粒进入，提高了试验的精准性。
[0023] 本发明的测定方法中对对试件与试验腔体内侧壁间的空隙进行防渗处理后，进行 抽真空，抽真空后，入水口的水进入入水口缓冲区后，使水具有一定的压力，水透过下层透 水层进入试件中，经过试件的渗透作用后透过上层透水层，并流入出水口缓冲区，从出水口 排出，测量试件两端的水压，并测量一段时间内的出水量，结合试件的横截面面积和测压孔 距，根据达西定律，从而得到试件的渗透系数，本发明测定方法能够测定松散岩土体、多孔 混凝土、注浆后岩土体钻孔取芯试件的渗透系数，还能测定普通混凝土、岩石的抗渗等级， 并能有效避免侧壁渗流的影响，抽真空不仅可去除空气对渗流的影响，还能加快试件饱和， 缩短试验时间，本发明方法操作简便，试验误差小。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明测定仪的结构示意图；
[0025] 其中，1入水口，2出水口，3水压力表，4石蜡层，5试验腔体，6透水石，7管壁，8入水 口缓冲区，9出水口缓冲区，10固定螺丝，11法兰板，12密封橡胶圈，13抽气孔，14石蜡注入 □ 〇
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。
[0027] 参见图1，本发明的测定仪包括自上而下依次设置的出水口缓冲区9、试验腔体5和 入水口缓冲区8,出水口缓冲区9、试验腔体5和入水口缓冲区8间采用法兰板11通过固定螺 丝10固定连接，且出水口缓冲区9和入水口缓冲区8与试验腔体5的连接部位采用密封橡胶 圈12密封构成密闭的腔体，出水口缓冲区9和入水口缓冲区8与试验腔体5的连接部位均设 置有用于支撑透水层的台面。出水口缓冲区9的侧壁上端开设有出水口 2，出水口缓冲区9的 顶部开设有抽气孔13,抽气孔13连接真空栗，入水口缓冲区8的管壁7的侧壁下端开设有入 水口 1，试验时试件放置于试验腔体5内，试件与试验腔体5的内侧壁间设置防渗层，防渗层 为石蜡层4，试验腔体5侧壁开设有若干个石蜡注入口 14，试验腔体5内上下两端均设置透水 层，透水层采用透水石6,试验时试件位于两端透水层之间且与透水层接触，试验腔体5的侧 壁上下两端分别设置有水压力表3。
[0028] 本发明的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0029] 1)先将下层透水层放置在试验腔体5内，然后将试件放置于下层透水层上，并使试 件位于试验腔体5的正中位置，将防渗层填充在试件与试验腔体5内侧壁间的空隙内，封堵 石蜡注入口 14,将上层透水层盖于试件的上端，最后将上层的出水口缓冲区9和下层的入水 口缓冲区8与试验腔体5密封后固定连接;试件采用普通岩土体试件、多孔混凝土试件或注 浆前后岩土体钻孔取芯试件；
[0030] 2)关闭入水口 1、出水口 2及水压力表3，打开抽气孔13对出水口缓冲区9、入水口缓 冲区8和试验腔体5抽真空，抽真空后关闭抽气孔13,打开入水口 1，待水不能继续进入入水 口缓冲区8后，打开出水口 2和水压力表3;
[0031] 3)待出水口 2的水流平稳后，测量试件两端的水压，并测量一段时间内出水口 2的 出水量，记录试验数据并根据达西定律计算试件的渗透系数，计算公式为= 式中K At Ah 为渗透系数，Q为出水口 t时间内的出水量，t为渗透时间，A为试件的横截面面积，L为测压孔 距，Ah为水头差（由两水压表测得的水压力值换算得到）；
[0032] 4)重复步骤1~3,多次试验取渗透系数的平均值作为最终试件的渗透系数值。
[0033]本发明测定仪的具体工作过程：
[0034] 1)试验前，使用钻孔取芯机钻取合适直径的试件，切割打磨至合适尺寸；
[0035] 2)打开固定螺丝10,拆除出水口缓冲区9,取下密封橡胶圈12,先装入下层透水石， 放入试件，试件位置保证在试验腔体5正中；
[0036] 3)从水压力表3的插孔处塞入大小合适的橡胶棒，顶到试件表面；
[0037] 4)加热固态石蜡至其液化后，将液态石蜡从石蜡注入口 14注入试件与试验腔体5 之间的空隙中，待石蜡重新固化后，封堵石蜡注入口，拔出塑料棒，安装水压力表3于试验腔 体5上下两端；
[0038] 5)装上上层透水石、密封橡胶圈12,而后将出水口缓冲区9用高强螺丝固定好；
[0039] 6)关闭入水口 1、出水口 2及水压力表3,抽气孔13接真空栗，抽真空，抽真空后，关 闭抽气阀门，打开入水口 1，待水不能继续进入后，打开出水口 2和水压力表3;
[0040] 7)等待一段时间，待水流稳定后，读取水压力表读数，在出水口 2用量筒测量出水 量并计时，记录相应数据；
[0041] 8)重复上述步骤，多次试验取平均值。
[0042] 9)打开上下高强螺丝，从一侧向另一侧顶出试件。
[0043] 本发明测定仪由试验腔体5、入水口 1、出水口 2、抽气孔13、石蜡注入口 14，透水石 6、水压力表3等组成。试验腔体5为放置试件的位置，试件比试验腔体5内壁略小，两者间空 隙用石蜡层4密封，以阻止水从侧壁渗流，试验腔体5周围的石蜡注入口 14可以保证石蜡均 匀且密实的充填在侧壁中；使用真空栗从抽气孔13抽真空，不仅可去除空气对渗流的影响， 还能加快试件饱和，缩短试验时间；透水石6既能防止水流冲击试件，也能防止小粒径颗粒 通过;水压力表计用于测定测点水压;本发明不仅可以测定松散岩土体、多孔混凝土、注浆 后岩土体钻孔取芯试件的渗透系数，还能测定普通混凝土、岩石的抗渗等级，并能有效避免 侧壁渗流的影响，操作简单，试验误差小。
【主权项】
1. 一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，其特征在于，包括自上而下依次设置的出水口 缓冲区（9)、试验腔体(5)和入水口缓冲区（8)，出水口缓冲区（9)、试验腔体(5)和入水口缓 冲区（8)间固定连接构成密闭的腔体，出水口缓冲区（9)的侧壁上端开设有出水口（ 2 )，出水 口缓冲区(9)的顶部开设有抽气孔(13 )，入水口缓冲区（8)的侧壁下端开设有入水口（1 )，试 验时试件放置于试验腔体(5)内，试件与试验腔体(5)的内侧壁间设置防渗层，试验腔体(5) 内上下两端均设置透水层，试验时试件位于两端透水层之间且与透水层接触。2. 根据权利要求1所述的一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，其特征在于，所述抽气孔 (13)连接真空栗。3. 根据权利要求1所述的一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，其特征在于，所述试验腔 体(5)的侧壁上下两端分别设置有水压力表(3)。4. 根据权利要求1所述的一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，其特征在于，所述防渗层 为石蜡层(4)。5. 根据权利要求4所述的一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，其特征在于，所述试验腔 体(5)侧壁开设有若干个石蜡注入口（ 14)。6. 根据权利要求1所述的一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，其特征在于，所述出水口 缓冲区（9)、试验腔体(5)和入水口缓冲区（8)间采用法兰板（11)固定连接，且出水口缓冲区 (9)和入水口缓冲区(8)与试验腔体(5)的连接部位采用密封橡胶圈（12)密封。7. 根据权利要求6所述的一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，其特征在于，所述出水口 缓冲区（9)和入水口缓冲区（8)与试验腔体(5)的连接部位均设置有用于支撑透水层的台 面。8. 根据权利要求7所述的一种钻孔取芯试件渗透系数测定仪，其特征在于，所述透水层 采用透水石(6)。9. 一种钻孔取芯试件渗透系数测定方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 先将下层透水层放置在试验腔体(5)内，然后将试件放置于下层透水层上，并使试件 位于试验腔体(5)的正中位置，将防渗层填充在试件与试验腔体(5)内侧壁间的空隙内，封 堵石蜡注入口（14)，将上层透水层盖于试件的上端，最后将上层的出水口缓冲区（9)和下层 的入水口缓冲区(8)与试验腔体(5)密封后固定连接； 2) 关闭入水口（1)、出水口（2)及水压力表(3)，打开抽气孔（13)对出水口缓冲区（9)、入 水口缓冲区（8)和试验腔体(5)抽真空，抽真空后关闭抽气孔（13 )，打开入水口（1 )，待水不 能继续进入入水口缓冲区(8)后，打开出水口（2)和水压力表(3); 3) 待出水口（ 2)的水流平稳后，测量试件两端的水压，并测量一段时间内出水口（ 2)的 出水量，记录试验数据并根据达西定律计算试件的渗透系数； 4) 重复步骤1)~3)，多次试验取渗透系数的平均值作为最终试件的渗透系数值。10. 根据权利要求9所述的一种钻孔取芯试件渗透系数测定方法，其特征在于，所述的 试件采用普通岩土体试件、多孔混凝土试件或注浆前后岩土体钻孔取芯试件。
【文档编号】G01N15/08GK105973782SQ201610355507
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】杨晓华, 徐礼笑, 郑坤隆, 杨涵晞
【申请人】长安大学