一种饱和软土离心渗流筒的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种饱和软土离心渗流筒，用于测量离心作用下饱和软土渗透系数，包括，旋转电机(60)和玻璃刻度旋转筒(66)，玻璃刻度旋转筒(66)包括带有刻度的筒壁、同轴的大空心圆柱透水石(20)和小空心圆柱透水石(8)，其材料为透水混凝土；其中部为伸出筒底部的电机转轴((4))；大空心圆柱透水石(20)的内壁和小空心圆柱透水石(8)的外壁之间形成土样槽(9)，在土样槽(9)内壁贴有滤纸(6)，并放置有饱和土样；小空心圆柱透水石(8)与电机转轴(4)之间形成有空腔(21)，空腔(21)用于从外部向其中注入水。本发明能够更为准确地模拟动荷载作用下软土渗流固结特性。
【专利说明】
-种饱和软±离心渗流筒
技术领域
[0001] 本发明设及一种饱和软±离屯、渗流筒，尤其设及一种在离屯、作用下测量饱和软± 渗透系数的小型离屯、渗流筒。
【背景技术】
[0002] ±体渗透特性是岩±工程特性研究的重要方面，度量±体渗透特性指标是渗透系 数，现有测量渗透系数的实验装置主要有常水头达西渗流仪和变水头达西渗流仪，该实验 仪器对砂±渗透系数测量具有准确性高、技术成熟等优点。
[0003] 但饱和软±具有含水率高、压缩性高、孔隙比高、承载能力低、渗透小高两低" 的特性，其渗流往往表现出非达西渗流特性。应用现有的常水头达西渗流仪和变水头达西 渗流仪对软±渗透系数测量将导致结果偏离工程实际，无法指导岩±工程勘察，很有可能 给岩±工程设计、施工带来巨大的损失。
[0004] 随着城市进程的不断加快，地铁、铁路、公路等交通工程发展迅速，中国已建和在 建的高速铁路工程位居世界首位。岩±工程勘察更为关注不同频率动荷载对软±工程特性 和污染物在±中迁移问题，尤其是动荷载和离屯、禪合作用下在软±渗流特性问题，目前仍 采用现有的常水头达西渗流仪和变水头达西渗流仪对软±渗透系数测量，与工程实践不 符，更不能模拟污染物如何在±中迁移，缺乏相应的实验装置。
[0005] 所W人们开始越来越关注对软±渗流特性的研究，并将理论研究与工程经验累积 的研究成果应用于工程实践中。
[0006] 离屯、机模型试验被国际公认为是研究岩±动力学问题最有效、最先进的科学试验 平台。1931年美国哥伦比亚大学首先研制出世界上第一台半径为0.25111的±工离屯、机，19世 纪70年代初，±工离屯、机在美、英、苏联、法、日等国相继发展，研制出转台式离屯、机、吊篮式 离屯、机和鼓式离屯、机，我国于19世纪80年代开始重视动力离屯、机技术，1982年由长江科学 研究院简称，最大离屯、加速度达到300g，容量150g-t有效半径3m。截止目前，我国拥有20多 台离屯、机。试验模型能够真实准确地反映原型的性态和行为，模型与原型之间需要满足几 何相似、运动相似和动力相似关系=个基本条件，即对应于各参数的相似准则和参数之间 的协调关系。
[0007] 传统的转台式离屯、机、吊篮式离屯、机和鼓式离屯、机虽然能达到离屯、渗流的效果， 但由于操作复杂，渗流仪的体量大，试验费用高，试验精度低等特点，都导致无法简单、方便 和准确的测量出在离屯、荷载作用下饱和软±的渗透系数。
[000引传统的离屯、筒大都利用离屯、加速度将两种不同物质分离开来，考虑不同的物质成 分分析。但是没有考虑和设计离屯、筒来模拟饱和软±的渗流问题。
[0009]现有的实验仪器往往很难方便和准确的模拟在离屯、荷载作用下饱和软±的渗透 系数。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种在离屯、作用下测量饱和软±渗透系数所采用的离屯、渗 流筒。技术方案如下：
[0011] 一种饱和软±离屯、渗流筒，用于测量离屯、作用下饱和软±渗透系数，包括，旋转电 机60和玻璃刻度旋转筒66。玻璃刻度旋转筒66包括带有刻度的筒壁、同轴的大空屯、圆柱透 水石20和小空屯、圆柱透水石8,其材料为透水混凝±;其中部为伸出筒底部的电机转轴4;大 空屯、圆柱透水石20的内壁和小空屯、圆柱透水石8的外壁之间形成±样槽9，在±样槽9内壁 贴有滤纸6,并放置有饱和±样;小空屯、圆柱透水石8与电机转轴4之间形成有空腔21，空腔 21用于从外部向其中注入水。
[0012] 本发明的离屯、渗流筒，是一种饱和软±振动离屯、渗流仪的重要组成部分。
【附图说明】
[0013] 图1为饱和软±振动离屯、渗流仪振动平台连接图；
[0014] 图2为饱和软±振动离屯、渗流仪第一、第二振动拉压加载控制原理图；
[0015] 图3为饱和软±振动离屯、渗流仪渗流连接图
[0016] 图4为饱和软±振动离屯、渗流计算原理图；
[0017] 图中1、驱动杆;2、第一弹黃;3、集水池;4、电机转轴；5、泄压阀；6、滤纸;8、小空屯、 圆柱透水石;9、±样槽；10、储水池；11、活塞电机；12、水管；17、旋转电机开关；18、振动平 台；20、大空屯、圆柱透水石;21、空腔;22、第二弹黃;23、支架；24、调节阀；25、变频器;27、第 一刚性杆;32、第二刚性杆;35、第一活塞；36、第一活塞缸;37、第二活塞缸;38、第二活塞； 39、钢柱;40、第一单向阀;41、第二单向阀;42、水槽箱;60、旋转电机;61、旋转桶底座;64、玻 璃刻度筒;66、玻璃刻度旋转筒。
【具体实施方式】
[0018] 为进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，现结合本发明的应用场景，并配合 附图进行详细说明。
[0019] 本发明为饱和软±振动离屯、渗流仪的一个组成部分。整个饱和软±离屯、振动渗流 仪包括振动平台18,饱和软±离屯、渗流筒，向饱和软±离屯、渗流筒注入水的注水部分。饱和 软±离屯、渗流筒包括玻璃刻度旋转筒66和旋转电机60。
[0020] 在图1中，振动平台18的一侧通过水平弹黃2与支架23相连，另一侧通过第一刚性 杆27与第一加载控制台19的钢柱39固定连接，由第一加载控制台19控制做水平方向振动； 振动平台18的下部通过竖直弹黃22与支架相连，振动平台18的中部通过第二刚性杆32与第 二加载控制台43的钢柱39固定连接，由第二加载控制台43控制做竖直方向振动;在振动平 台18上固定有旋转电机60，
[0021] 在图2中，两个加载控制台的结构相同，包括驱动杆1，变频器25,活塞电机11，第一 活塞缸36，第一活塞35，第一单向阀40，水槽箱42，第二单向阀41，第二活塞缸37，第二活塞 38,钢柱39,调节阀24。工作原理:开启交流稳压电源，通过主控制器控制变频器25,从而改 变活塞电机11的旋转速度，与活塞电机11相连的驱动杆1来驱动第一活塞缸36中第一活塞 35的往复运动；当第一活塞35向上运动时，并在压力作用下，水槽箱42中的水通过第一管路 中的第一单向阀40向上运动，进入到第一活塞缸36;当第一活塞35向下运动，第一活塞缸36 中的水通过第二管路中的第二单向阀41进入到第二活塞缸37,并提升第二活塞38,并带动 钢柱39向上担动。当束一活塞缸36中的水全部压入到束^活塞缸37时,通过王巧制器巧制 调节阀24开端度，控制第二活塞缸37中水释放的用水量，达到对钢柱39的控制，使钢柱39按 照一定的速度向下运动;位移传感器与钢柱39相连，当钢柱39运动过程中，位移传感器将钢 柱39往复运动信号输入到计算机中。在计算机中，可W观察钢柱39是否按照正弦波、方形波 和=角形波进行运动。两个加载控制台的结构相同，钢柱39分别通过第一刚性杆27和第二 刚性杆32与振动平台18右侧和底下刚性相连，从而实现水平和竖向拉压振动。
[0022] 在图3中，玻璃刻度旋转筒66包括带有刻度的筒壁、同轴的大空屯、圆柱透水石20和 小空屯、圆柱透水石8，其材料为透水混凝±;玻璃刻度旋转筒66中部为伸出筒底部的电机转 轴4;在大空屯、圆柱透水石20和小空屯、圆柱透水石8之间放置有饱和±样，并在±样的内径 和外径表面处贴上滤纸6。
[0023] 在图3中，注水部分主要包括储水池10和玻璃刻度筒64。在小空屯、圆柱透水石8与 电机转轴4之间的空腔21通过水管12、储水池10与玻璃刻度筒64相连，玻璃刻度筒64的位置 高于玻璃刻度旋转筒66，使得玻璃刻度筒64中的水顺利流入玻璃旋转刻度筒66;电机转轴4 受旋转电机60的驱动带动旋转玻璃刻度旋转筒66中的±样槽9的±样做离屯、运动。
[0024] 在图4中，本发明饱和软±振动离屯、渗流仪渗透系数计算，依据集水池出水量和时 间获得如下两个公式，其一:仅开启加载控制台，关闭电机旋转控制器，有
[0025]
[0026] 其二，开启电机旋转控制器，关闭或者开启加载控制台，有
[0027]
[002引 其中 a=w2f = Nrg
[0029] AQ--出水量化）；
[0030] At--渗流时间；
[0031] A一一软±渗流修正系数；
[0032] W一一旋转电机60旋转的角速度；
[0033] g一一重力加速度；
[0034] ri一一电机转轴4的中屯、线到小空屯、圆柱透水石8的距离；
[0035] ro一一电机转轴4的中屯、线到大空屯、圆柱透水石20的距离；
[0036] r--为电机转轴4的中屯、线到玻璃刻度旋转筒66的距离；
[0037] Nr--相似性系数；
[003引 Pw--通过±样后的压力差。Pw=Pwg A h;
[0039] Pw--水的密度；
[0040] Ah 一一水头损失，即试验开始和试验结束时玻璃刻度筒数值差A h = hi-h2;
[0041] 现W模拟动荷载和离屯、禪合作用下饱和软±渗透系数的试验为例，说明本发明的 具体使用过程，具体实施步骤如下：
[0042] (1)试验系统按照附图组装完毕后，首先将±样槽9内侧放入浸过水的滤纸6,并检 查小空屯、圆柱透水石8和大空屯、圆柱透水石20是否堵塞，然后再将饱和软±试样放入±样 槽9;
[0043] (2)将玻璃刻度筒64放在高于旋转刻度筒66的位置，将空腔21注满水，读取玻璃刻 度筒64的数值hi;
[0044] (3)开启振动台18,通过主控制台选择相应频率的波形，W及通过第一加载控制台 控制水平方向的振动或者第二加载控制台控制竖向位移，根据计算机采集的钢柱39的运动 情况调节两个加载控制台振动频率。
[0045] (4)开启旋转电机开关17,通过旋转电机确定旋转速度CO ;
[0046] (5)确定渗水时间A t，并记录玻璃刻度旋转筒66出水量A Q值，再次读取玻璃刻度 的数值h2;
[0047] (6)通过上述公式计算渗透系数，结束试验。
[004引采用本发明的饱和软±离屯、渗流筒的渗流仪，具有W下优点：1、W饱和软±为研 究对象，能够真实模拟离屯、荷载作用下软±的渗流特性，计算出的渗透系数值更加真实有 效;2、通过出水量参数A Q和时间AtW及玻璃刻度筒两个度数hi、h2,就能确定水头损失和 渗透系数，参数少，方便;3、将本发明的离屯、渗流筒和振动台结合在一起，能够考虑振动和 离屯、禪合效应对饱和软±渗透特性的影响，简单易行。总之，结构设置简单、方便、试验费用 低;测定饱和软±渗透系数更准确，更加接近于真实情况。
[0049]尽管上面结合附图对本发明的某一实施例进行了描述，但是本发明并不是局限于 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，并不是局限性的，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W做出很多形式，运些均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种饱和软土离心渗流筒，用于测量离心作用下饱和软土渗透系数，包括，旋转电机 (60)和玻璃刻度旋转筒(66)，玻璃刻度旋转筒(66)包括带有刻度的筒壁、同轴的大空心圆 柱透水石(20)和小空心圆柱透水石(8 )，其材料为透水混凝土;其中部为伸出筒底部的电机 转轴（（4));大空心圆柱透水石(20)的内壁和小空心圆柱透水石(8)的外壁之间形成土样槽 (9)，在土样槽(9)内壁贴有滤纸(6)，并放置有饱和土样;小空心圆柱透水石(8)与电机转轴 (4)之间形成有空腔(21)，空腔(21)用于从外部向其中注入水。
【文档编号】G01N15/08GK105987869SQ201610526219
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】雷华阳, 冯双喜, 祁子洋, 周骏, 刘敏
【申请人】天津大学