专利名称：土体水平向渗透系数的测定装置及其方法
技术领域：
本发明涉及工程材料试验仪器领域，尤其涉及土体水平向渗透系数的测定装置及 其方法。
背景技术：
在岩土工程中，渗透性是土体的一个基本特性，一般用渗透系数表示。由于软土在 沉积过程中的各向异性，导致土体在不同的方向具有不同的渗透系数。当应用数值方法预 测土工织物加固地基的沉降以及预测堤坝、路基等长期变形时，土体渗透系数的大小决定 着达到最终沉降的时间，而在土工织物加固的地基中，沉降完成的时间取决于水平渗透系 数的大小。因此，水平渗透系数测定的准确性直接影响预测地基沉降和工后长期变形的准 确性。
现行针对透水性小的粘性土的室内测定土体的渗透系数的技术通常为固结渗透 试验，该方法基于一维固结试验，通过测定恒定压力下的试样的变形和时间的关系，并根据 固结理论推求渗透系数。
公开号为2630839的中国专利，其实用新型名称为“粗颗粒土渗透系数及土体渗 透变形测试仪”，公开了试样筒上端的顶箍、下端的底箍分别与上、下顶盖连接，上、下顶盖 上设置三通、弹簧顶杆，固定多孔板，试样筒下可设置垂直支架或水平支架。该实用新型结 构简单，操作方便，可测多项参数，但此实用新型的装置无法测定渗透系数很小粘性土的水 平渗透系数。
公开号为1737530的中国专利，其发明名称为“一种测试渗透系数及抗渗比降的 方法”，公开了一种测试渗透系数及抗渗比降的方法，包含以下步骤A.使用由透水石制成 的固定装置将岩土体固定在一可施加渗透水压力的底座上在试样底部加渗透水压Ps ； C.施加渗透水压力后，渗透水经过试样，由固定装置上方的排水口流出，排水口接量水设 备；D.测量渗透水压力、时间及渗流量，计算渗透系数和抗渗比降。采用本发明的方法测定 的岩土体渗透系数具有很高的可靠度和精度。但是本实发明测试设备复杂，所需试验成本 大，而且测量粘性土的渗透系数时所需压力大、时间长，无法做到变形和渗透系数同步进行 测量。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了土体水平向渗透系数的测定装置及其方法， 以解决现有技术中不能简易地测量土体水平向渗透系数的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种土体水平向渗透系数的 测定装置，其包括固结盒，所述固结盒内放置中间填充有吸水单元的土样，所述吸水单元 贯穿所述土样，所述固结盒底部开有孔洞，所述孔洞的一端对准所述吸水单元的一侧，所述 孔洞的另一端通向所述固结盒的外部；隔离板，所述隔离板覆盖所述土样的一侧，并在对应 所述吸水单元的区域开有孔；活塞，所述活塞覆盖所述土样的另一侧以及所述吸水单元的另一侧。
进一步的，所述土体水平向渗透系数的测定装置还包括土样开孔器。
进一步的，所述土样开孔器为带刃脚的圆形薄壁取土器。
进一步的，所述吸水单元为土工织物。
进一步的，所述土体水平向渗透系数的测定装置还包括标有刻度的玻璃管，所述 玻璃管与所述孔洞的另一端连接。
进一步的，所述土体水平向渗透系数的测定装置还包括有机玻璃板，所述有机玻 璃板的一侧覆盖所述土样的另一侧，所述活塞与所述有机玻璃板的另一侧接触。
进一步的，所述活塞远离土样的一侧表面中心具有突出元件。
进一步的，所述活塞的中心开有螺纹孔，所述突出元件与所述螺纹孔匹配，并固定 在所述螺纹孔处。
本发明还提供了一种土体水平向渗透系数的测定方法，采用上述土体水平向渗透 系数的测定装置，该测定方法包括将隔离板放入固结盒；切取土样，并将所述土样放入所 述固结盒内，所述土样的截面与所述固结盒的截面相同，所述土样的中间填充吸水单元，所 述吸水单元贯穿所述土样，并处于饱和状态，所述隔离板覆盖所述土样的一侧；将活塞放入 所述固结盒，所述活塞覆盖并压紧所述土样的另一侧以及吸水单元的另一侧；将所述固结 盒放置在加载系统下对土样进行加载，记录每一级荷载下的固结变形量和时间；根据固结 变形量以及时间算出土体水平向渗透系数。
进一步地，使用土样开孔器对土样开圆孔，所述圆孔贯穿所述土样，往所述圆孔内 填充土工织物，所述土工织物通过浸水后达到饱和。
本发明提供的土体水平向渗透系数的测定装置，分别通过隔离板以及活塞封闭土 体的竖向排水路径，以测定土体在水平排水情况下的固结变形，进而推算得到土样的水平 渗透系数。该测定装置易于维护和安装，有很强的实用性，可以利用常规室内固结仪完成水 平渗透系数的测定，有效地利用现有资源。
图1为本发明实施例提供的土体水平向渗透系数的测定装置的剖面结构示意图2为本发明实施例提供的土样开孔器的结构示意图3为本发明实施例提供的土体水平向渗透系数的测定方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种土体水平向渗透系数的测定装 置及其方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清 楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地 辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，本发明提出的土体水平向渗透系数的测定装置，分别通 过隔离板以及活塞封闭土体的竖向排水路径，以测定土体在水平排水情况下的固结变形， 进而推算得到土样的水平渗透系数。该测定装置易于维护和安装，有很强的实用性，可以利 用常规室内固结仪完成水平渗透系数的测定，有效地利用现有资源。
图1为本发明实施例提供的土体水平向渗透系数的测定装置的剖面结构示意图。 参照图1，提供一种土体水平向渗透系数的测定装置，其包括固结盒11，所述固结盒11内 放置中间填充有吸水单元12的土样13，所述吸水单元12贯穿所述土样13，所述固结盒11 底部开有孔洞，所述孔洞的一端对准所述吸水单元12的一侧，所述孔洞的另一端通向所述 固结盒的外部；隔离板14，所述隔离板14覆盖所述土样13的一侧，并在对应所述吸水单元 12的区域开有孔；活塞15，所述活塞15覆盖所述土样13的另一侧以及所述吸水单元12的 另一侧。
在本发明实施例中，所述土体水平向渗透系数的测定装置还包括标有刻度的玻璃 管16，所述玻璃管16与所述孔洞的另一端连接，以通过玻璃管16内的水位观察被挤压出的水量。
图2为本发明实施例提供的土样开孔器的结构示意图。参照图2，所述土体水平向 渗透系数的测定装置还包括土样开孔器，在本实施例中，所述土样开孔器为带刃脚的圆形 薄壁取土器，对土样进行开圆柱形孔洞，并且使圆柱形孔洞贯穿土样13。在圆柱形孔洞内填 充吸水单元12，在本实施例中，吸水单元12为土工织物。
所述活塞15远离土样13的一侧表面中心具有突出元件17，所述活塞15的中心开 有螺纹孔18，所述突出元件17与所述螺纹孔18匹配，并固定在所述螺纹孔18处。在本实 施例中，所述突出元件17是螺杆，在完成水平渗透系数的测定后，通过活塞15上的螺杆将 活塞15拔出，之后将土样13取出，清理仪器。由于活塞15为金属质地，在清理其上粘有的 土样13时不如有机玻璃简便，因此，所述土体水平向渗透系数的测定装置还包括有机玻璃 板19,所述有机玻璃板19的一侧覆盖所述土样13的另一侧,所述活塞15与所述有机玻璃 板19的另一侧接触。在完成土体水平向渗透系数的测定后，只要对与土样13接触的有机 玻璃板19进行清理，而无需清理活塞15，便于再次使用。
图3为本发明实施例提供的土体水平向渗透系数的测定方法的步骤流程示意图。 如图3所示，本发明实施例提供的土体水平向渗透系数的测定方法，包括以下步骤
S21、将隔离板放入固结盒；
S22、切取土样，并将所述土样放入所述固结盒内，所述土样的截面与所述固结盒 的截面相同，所述土样的中间填充吸水单元，所述吸水单元贯穿所述土样，并处于饱和状 态，所述隔离板覆盖所述土样的一侧；
S23、将活塞放入所述固结盒，所述活塞覆盖并压紧所述土样的另一侧以及吸水单 元的另一侧；
S24、将所述固结盒放置在加载系统下对土样进行加载，记录每一级荷载下的固结 变形量和时间；
S25、根据固结变形量以及时间算出土体水平向渗透系数。
使用土样开孔器对土样13开圆孔，所述圆孔贯穿所述土样13，往所述圆孔内填充 土工织物，所述土工织物通过浸水后达到饱和。具体地，将剪好的土工织物浸水饱和后一层 层的放入圆孔内。用隔离板14封闭土样13的底面排水路径，在土样13上放置活塞15封 闭土样的上排水路径，在本实施例中活塞15为圆柱形板。之后按照常规的固结试验的加载 步骤给土样13施加固结压力，让土样13在压力作用下沿水平方向进行排水固结，测量时间 和固结变形的关系，以进一步求解土样的水平渗透系数。
按照室内一维固结试验的程序将固结盒放置在加载系统下，按照加载顺序给土样加载，记录每一级荷载下的固结变形和时间，每级荷载持续时间为24小时，在本实施例中， 按照 6s、10s、15s、30s、60s、2min、4min、8min、15min、30min、lh、2h、4h、8h、12h、16h、20h、24h 的时间顺序记录固结变形Λ h，得到每一级荷载下的时间平方根W和固结变形Ah。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种土体水平向滲透系数的測定装置，其特征在于，包括 固结盒，所述固结盒内放置中间填充有吸水単元的土样，所述吸水单元贯穿所述土样，所述固结盒底部开有孔洞，所述孔洞的一端对准所述吸水単元的ー侧，所述孔洞的另一端通向所述固结盒的外部； 隔离板，所述隔离板覆盖所述土样的ー侧，并在对应所述吸水単元的区域开有孔； 活塞，所述活塞覆盖所述土样的另ー侧以及所述吸水単元的另ー侧。
2.根据权利要求1所述的土体水平向滲透系数的測定装置，其特征在于，还包括土样开孔器。
3.根据权利要求2所述的土体水平向滲透系数的測定装置，其特征在干，所述土样开孔器为带刃脚的圆形薄壁取土器。
4.根据权利要求1所述的土体水平向滲透系数的測定装置，其特征在于，所述吸水单元为土工织物。
5.根据权利要求1所述的土体水平向滲透系数的測定装置，其特征在于，还包括标有刻度的玻璃管，所述玻璃管与所述孔洞的另一端连接。
6.根据权利要求1所述的土体水平向滲透系数的測定装置，其特征在于，还包括有机玻璃板，所述有机玻璃板的一侧覆盖所述土样的另ー侧，所述活塞与所述有机玻璃板的另一侧接触。
7.根据权利要求1所述的土体水平向滲透系数的測定装置，其特征在于，所述活塞远离土样的ー侧表面中心具有突出元件。
8.根据权利要求7所述的土体水平向滲透系数的測定装置，其特征在于，所述活塞的中心开有螺纹孔，所述突出元件与所述螺纹孔匹配，并固定在所述螺纹孔处。
9.一种土体水平向滲透系数的測定方法，其特征在于，采用如权利要求广8中任意一项所述的土体水平向滲透系数的測定装置，包括 将所述隔离板放入所述固结盒； 切取土样，并将所述土样放入所述固结盒内，所述土样的截面与所述固结盒的截面相同，所述土样的中间填充吸水単元，所述吸水单元贯穿所述土样，并处于饱和状态，所述隔离板覆盖所述土样的ー侧； 将活塞放入所述固结盒，所述活塞覆盖并压紧所述土样的另一侧以及吸水単元的另ー侧； 将所述固结盒放置在加载系统下对土样进行加载，记录每ー级荷载下的固结变形量和时间； 根据固结变形量以及时间算出土体水平向滲透系数。
10.根据权利要求9所述的土体水平向滲透系数的測定方法，其特征在于，使用土样开孔器对土样开圆孔，所述圆孔贯穿所述土样，往所述圆孔内填充土工织物，所述土工织物通过浸水后达到饱和。
全文摘要
本发明提供土体水平向渗透系数的测定装置，其包括固结盒，其放置中间填充有吸水单元的土样，吸水单元贯穿土样，固结盒底部开有孔洞，孔洞的一端对准吸水单元的一侧，孔洞的另一端通向固结盒的外部；隔离板，其覆盖土样的一侧，并在对应吸水单元的区域开有孔；活塞，其覆盖土样的另一侧以及吸水单元的另一侧。本发明还提供土体水平向渗透系数的测定方法。本发明提供的土体水平向渗透系数的测定装置，分别通过隔离板以及活塞封闭土体的竖向排水路径，以测定土体在水平排水情况下的固结变形，进而推算得到土样的水平渗透系数。该测定装置易于维护和安装，有很强的实用性，可以利用常规室内固结仪完成水平渗透系数的测定，有效地利用现有资源。
文档编号G01N15/08GK103033460SQ201210576870
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者尹振宇, 金银富, 夏云龙, 李艳玲, 朱启银 申请人:上海交通大学