一种水泥土渗透系数测试仪的制作方法

本实用新型涉及实体工程材料检测技术领域，尤其涉及一种水泥土渗透系数测试仪。

背景技术：

水泥土作为道路路面基层、护坡修筑、衬砌注灌、地基加固、基础夯土和铺垫等工程的常见材料，具有经济耐久、就地取材、施工简便等优点，并以其施工期短、可加固深度大、处理效果好等特点广泛应用在软弱地基加固处理工程中。近年来，各省市海洋和港口工程的开发，催生了水泥土新的生命力量，同时也对水泥土的抗渗性能有了更严格的要求，一般渗透系数要求小于10^-6cm/s。

基于《水泥土配合比设计规程》JGJ/T 233-2011中水泥土渗透试验装置要求应由渗透容器(金属渗透试模、透水石、滤纸)、气源、压力表、进水管、出水管等组成。渗透试件的尺寸为截头圆锥形(上口径为70mm、下口径为80mm、高度为30mm)，主要是防止渗透试件在试验压力下脱出渗透试模，室内配合比试验中抗渗试件易成型，即成型成截头圆锥形渗透试件较易，但是对于现场取芯的圆柱体渗透试件常规方法难于加工到满足精度的圆截体尺寸要求。按标准规程中试验计算，水泥土透水系数难于达到10^-6cm/s。

目前暂无直接利用金属渗透试模及圆柱体渗透试件进行水泥土渗透系数测试的仪器，主要可借鉴的试验仪器包含《一种全自动水泥土圆柱体试样渗透系数测试仪》(专利申请号201521111040.X)及《一种测定水泥土渗透系数的装置及方法》(专利申请号201510272164.4)。

在2015年12月28日申请的申请号为201521111040.X的中国实用新型，公开了一种全自动水泥土圆柱体试样渗透系数测试仪，包括可变温渗透液供给系统、加压恒压系统、渗透试验仓系统、数据采集与控制系统和废液收集桶，其中：可变温渗透液供给系统分别与加压恒压系统和所述数据采集与控制系统相连接；加压恒压系统分别与可变温渗透液供给系统、渗透试验仓系统和数据采集与控制系统相连接；渗透试验仓系统分别与加压恒压系统、数据采集与控制系统和废液收集桶相连接。该实用新型存在的缺陷包括：1)渗透试验仓采用橡胶模密封试件，无固定尺寸金属渗透试模，不利于标准化，不符合《水泥土配合比设计规程》渗透试验要求；2)渗液通过较长管道流出再利用传感器测量渗量从而计算渗透系数，由于渗透水量较少易在导管壁残留且在导管中流速慢，相应时间的渗水量数据不能用于实时计算并显示渗透系数数值，影响试验结果；3)提供可变温度的渗透液，使装置更复杂且增加了加工成本费用。

在2015年5月25日申请的申请号为201510272164.4的中国发明，公开了一种测定水泥土渗透系数的装置及方法，该装置包括变截面透明有机玻璃管(1)，连接变截面透明有机玻璃管(1)和试样(3)的转换接头(2)，转换接头(2)的下端套进橡胶膜(4)与试样(3)相连，利用橡胶止水环(8)勒紧转换接头(2)和橡胶膜(4)之间的缝隙，透水石(5)和(6)装在试样(3)上下端，所述装置放入水槽(9)中。该发明存在的缺陷包括：1)采用橡胶模密封试件，无固定尺寸金属渗透试模，不利于标准化，不符合《水泥土配合比设计规程》渗透试验要求；2)无加压系统，对于渗透系数小的试件需很长时间或无法形成渗透通道，导致试验耗时效力低下或难以完成；3)每次只能对一块试件进行试验，无法批量试验；4)无数显记录功能，测读水头的起始时间难以记录，需一直在试验旁观察，耗时耗力且易错过。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种水泥土渗透系数测试仪，能够测定水泥土室内成型渗透试件及现场取芯试件渗透系数。

本实用新型是这样实现的：

一种水泥土渗透系数测试仪，包括一测试仪箱体，所述测试仪箱体上安装有一渗出液测量筒系统和一渗透容器系统，所述测试仪箱体内安装有一加压恒压及控制系统和一渗透液循环系统，所述渗出液测量筒系统包括至少一渗出液测量筒，所述渗出液测量筒包括一测量筒盖和一测量筒，所述测量筒的侧面具有刻度线；所述渗透容器系统包括至少一渗透容器，所述渗透容器包括一试模座、一渗透试模、一水泥土试件、一第一密封圈、一第二密封圈、至少一橡皮圈、一第一滤纸、一透水石及一第二滤纸；

所述试模座安装于所述测试仪箱体上，所述试模座内设有一凹槽且底部设有进/出水口，所述进/出水口与所述加压恒压及控制系统连接，所述加压恒压及控制系统还连接至所述渗透液循环系统；所述渗透试模的下端部固定于所述凹槽内，所述渗透试模的上端部与所述测量筒盖连接，所述测量筒固定于所述测量筒盖上，所述水泥土试件安置在所述渗透试模内；

所述第一密封圈设于所述试模座与所述渗透试模之间，所述第二密封圈设于所述渗透试模与所述测量筒盖之间，所述橡皮圈套设于所述渗透试模与所述水泥土试件之间；所述第一滤纸及所述透水石放置于所述水泥土试件的下端部与所述第一密封圈之间，所述第二滤纸放置于所述水泥土试件的上端部与所述第二密封圈之间。

进一步地，所述凹槽内壁具有内螺纹，所述渗透试模的下端部具有外螺纹，所述渗透试模的上端部具有内螺纹，所述测量筒盖的侧面具有外螺纹；所述凹槽与所述渗透试模的下端部之间以及所述渗透试模的上端部与所述测量筒盖的侧面之间是通过螺纹进行固定连接的。

进一步地，所述测量筒盖与所述测量筒之间为可拆卸结构；所述测量筒盖的中部设有一具有内螺纹的螺纹孔，所述测量筒的下端部具有外螺纹，所述测量筒的下端部穿于所述螺纹孔内，并通过螺纹进行固定连接。

进一步地，所述测量筒盖与所述测量筒之间为一体成型结构。

进一步地，所述测量筒盖为有机玻璃测量筒盖，且所述测量筒为有机玻璃测量筒。

进一步地，所述加压恒压及控制系统包括至少一控制阀、一压力检测及控显单元、一电动机和一水泵，所述控制阀分别与所述进/出水口及所述压力检测及控显单元连接，所述压力检测及控显单元分别与所述水泵及所述渗透液循环系统的进水口连接，所述水泵分别与所述电动机及所述渗透液循环系统的出水口连接。

进一步地，所述压力检测及控显单元包括一水包、一压力控制器和一压力表，所述水包分别与所述控制阀、所述压力控制器、所述水泵及所述压力表连接，所述压力控制器还连接至所述渗透液循环系统。

进一步地，所述渗透液循环系统包括一水箱、一水盖、一进水管和一出水管，所述水箱底部设有放水口，所述水箱通过所述进水管与所述压力控制器连接，所述水箱通过所述出水管与所述水泵连接，所述水盖与所述水箱进行盖合。

本实用新型的优点在于：

1)本实用新型中渗透试件采用圆柱体(常用钻孔取芯机能取出70mm-100mm的圆柱体芯样，本实用新型可采用易获得的直径80mm的圆柱体渗透试件)，能防止渗透试件在试验压力下脱出渗透试模；

2)渗透试模采用固定尺寸的金属渗透试模，便于标准实行，能保证渗透试模的侧壁密封性，解决侧壁渗漏的问题；

3)准确的测量渗出液量；

4)有加压恒压及控制系统，且可批量试验，有利于提高试验效率；

5)根据达西定理的原理，推算出水泥土渗透系数的计算公式，便于试验装置的推广及应用。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型一种水泥土渗透系数测试仪的结构示意图。

图2为本实用新型一种水泥土渗透系数测试仪的连接图。

图3为本实用新型一种水泥土渗透系数测试仪中渗透容器及渗出液测量筒的剖视图。

图4为本实用新型一种水泥土渗透系数测试仪中变截面有机玻璃管的剖视图。

图中标号说明：

Ⅰ-渗出液测量筒系统、Ⅱ-渗透容器系统、Ⅲ-加压恒压及控制系统、Ⅳ-渗透液循环系统；

100-测试仪箱体、101-渗出液测量筒、102-渗透容器、1-测量筒盖、1a-螺纹孔、2-测量筒、3-试模座、31-凹槽、32-进/出水口、4-渗透试模、5-水泥土试件、6-第一密封圈、7-第二密封圈、8-橡皮圈、9-第一滤纸、10-透水石、11-第二滤纸、12-控制阀、121-总控制阀、122-分控制阀、13-压力检测及控显单元、131-水包、132-压力控制器、133-压力表、14-电动机、15-水泵、16-水箱、17-水盖、18-进水管、19-出水管、20-放水口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作出进一步地详细说明，但本实用新型的结构并不仅限于以下实施例。

请参阅图1至图4所示，本实用新型的一种水泥土渗透系数测试仪，包括一测试仪箱体100，所述测试仪箱体100上安装有一渗出液测量筒系统Ⅰ和一渗透容器系统Ⅱ，所述测试仪箱体内安装有一加压恒压及控制系统Ⅲ和一渗透液循环系统Ⅳ，所述渗透容器系统Ⅱ分别与所述渗出液测量筒系统Ⅰ及所述加压恒压及控制系统Ⅲ相连接，所述加压恒压及控制系统Ⅲ还与所述渗透液循环系统Ⅳ相连接；

所述渗出液测量筒系统Ⅰ用于在试验结束时读出并计算渗出液的量；所述渗透容器系统Ⅱ由三个同样的渗透容器(图2所示)并联组成；所述加压恒压及控制系统Ⅲ用于向测试仪提供动力源及压力源，可提供恒定可控时间及量程的压力，通过控制阀分别控制每个渗透试模，有实时压力值及最大控制压力值数显面板，对试验全过程的参数设定和试验过程进行全方面的控制；所述渗透液循环系统Ⅳ向测试仪提供循环不断的渗透液，所述水箱无需密封，可用温度计实时测量所述水箱内渗出液的温度。

所述渗出液测量筒系统Ⅰ包括三个渗出液测量筒101，每个所述渗出液测量筒101包括一测量筒盖1和一测量筒2，所述测量筒2的侧面具有刻度线，所述测量筒盖1为有机玻璃测量筒盖，且所述测量筒2为有机玻璃测量筒；所述测量筒2固定于所述测量筒盖1上，所述测量筒盖1与所述所述渗透试模4固定连接；

所述测量筒盖1与所述测量筒2之间为可拆卸结构；所述测量筒盖1的中部设有一具有内螺纹的螺纹孔1a，所述测量筒2的下端部具有外螺纹，所述测量筒2的下端部穿于所述螺纹孔1a内，并通过螺纹进行固定连接；

所述渗出液测量筒系统Ⅰ依据有机玻璃的加工成型性能，也可成型为一个整体的变截面有机玻璃管如图3所示，即所述测量筒盖1与所述测量筒2之间为一体成型结构；

该变截面有机玻璃管下部粗的部分(即所述测量筒盖1的侧面)具有外螺纹，与所述渗透试模4上端部的内螺纹相匹配，即所述测量筒盖1与所述所述渗透试模4是通过螺纹连接的；上部细管部分(即所述测量筒2)有体积刻度线。所述渗出液测量筒系统Ⅰ可实时观测到渗出水量变化，可以减少渗水量损失，提高试验数据精度。

所述渗透容器系统Ⅱ包括三个并联的渗透容器102，每个所述渗透容器102包括一试模座3、一渗透试模4、一水泥土试件5、一第一密封圈6、一第二密封圈7、三个橡皮圈8、一第一滤纸9、一透水石10及一第二滤纸11；

所述试模座3安装于所述测试仪箱体100上，所述试模座3内设有一凹槽31且底部设有进/出水口32，所述进/出水口32与所述加压恒压及控制系统Ⅲ连接，所述渗透试模4的下端部固定于所述凹槽31内，所述渗透试模4的上端部与所述测量筒盖1连接，所述水泥土试件5安置在所述渗透试模4内；

所述第一密封圈6设于所述试模座3与所述渗透试模4之间，所述第二密封圈7设于所述渗透试模4与所述测量筒盖1之间，所述橡皮圈8设于所述渗透试模4与所述水泥土试件5之间；所述第一滤纸9及所述透水石10放置于所述水泥土试件5的下端部与所述第一密封圈6之间，所述第二滤纸11放置于所述水泥土试件5的上端部与所述第二密封圈7之间。

所述凹槽内壁具有内螺纹，所述渗透试模的下端部具有外螺纹，所述渗透试模的上端部具有内螺纹，所述测量筒盖的侧面具有外螺纹；可拆装所述渗透试模4下部具有的外螺纹与所述试模座3的内螺纹匹配，所述渗透试模4上部具有的内螺纹与所述测量筒盖1相匹配；所述凹槽与所述渗透试模的下端部之间以及所述渗透试模的上端部与所述测量筒盖的侧面之间是通过螺纹进行固定连接的。

所述第一密封圈6保证了所述试模座3与所述渗透试模4之间的密封性能，使其螺纹连接处不漏水；所述橡皮圈8及水泥加黄油混合物能很好地解决所述水泥土试件5与所述渗透试模4之间的侧壁密封性，防止试验加压过程中侧壁渗水问题；所述第二密封圈7不仅能有效地防止所述测量筒盖1与所述渗透试模4螺纹连接处的漏水问题，还能给所述水泥土试件5一个阻挡作用，防止水压加大时所述水泥土试件5脱出所述渗透试模4。

所述加压恒压及控制系统Ⅲ包括四个控制阀12(分别为一个总控制阀121和三个分控制阀122)、一压力检测及控显单元13、一电动机14和一水泵15，所述压力检测及控显单元13包括一水包131、一压力控制器132和一压力表133；三个所述分控制阀122分别连接三个所述进/出水口32，用于控制所述进/出水口32内渗透液的进出，所述总控制阀121分别与三个所述分控制阀122，用于控制三个所述分控制阀122的总开关，所述水包131分别与所述总控制阀121、所述压力控制器132、所述水泵15及所述压力表133连接，所述水泵15分别与所述电动机14及所述渗透液循环系统Ⅳ的出水口连接，所述压力控制器132还连接至所述渗透液循环系统Ⅳ的进水口；

所述电动机14用于向测试仪提供动力源，并将动力源通过动力箱转化成往还的动力并提供给所述水泵15，所述水泵15用于向测试仪提供水压，通过所述压力检测及控显单元13来得到恒定压力和恒定时间设置的渗透液提供给所述水包131，所述水包131的中央还安装有一安全阀(未图示)来确保系统压力不超过所述压力表133最大量程值，所述水包131用于稳定供压系统的水压并可将水压源分流给三个并联的渗透容器。

所述渗透液循环系统Ⅳ包括一水箱16、一水盖17、一进水管18和一出水管19，所述水箱16底部设有放水口20，所述水箱16通过所述进水管18与所述压力控制器132连接，所述水箱16通过所述出水管19与所述水泵15连接，所述水盖17与所述水箱16进行盖合；

由所述出水管19给所述水泵15提供水源，而试验中所述压力检测及控显单元13中的水通过所述进水管18可回流至所述水箱16内，所述水箱16设置有所述水盖17，可打开加水及测量水温，所述水箱也16底部也设置有所述放水口20，当测试仪不使用时可放出水。

所述水泥土试件5的上中下分别套上一个所述橡皮圈8，并在所述水泥土试件5侧壁滚上配置好的水泥加黄油混合物，之后轻缓地压入所述渗透试模4中，再将所述第一滤纸9及所述透水石10平整地装入所述渗透试模4底部，所述水泥土试件5上部放置所述第二滤纸11，最后整体通过所述渗透试模4的外螺纹旋入所述试模座3的内螺纹连接完成。渗透容器及试件安装完毕后，启动所述水泥土渗透系数测试仪，按照《水泥土配合比设计规程》中压力要求，设置好逐级加压值及恒压时间，打开相对应的渗透容器控制阀，观察所述试模座3与所述渗透试模4之间、所述渗透试模4与所述水泥土试件5侧壁之间是否存在漏水，若有则说明密封未做好，需重新检查密封件且安装，直到不发生漏水。之后，将所述测量筒盖1旋入所述渗透试模4上部内螺纹中，往所述测量筒2中加入适量清水(达到所述测量筒2底部有刻度线处即可)，待所述测量筒2水液面稳定后记录数值V1。待试验完成时记录所述测量筒2渗出液值V2，同时测量所述渗透液循环系统Ⅳ的水箱中水的温度T℃。

根据达西定理的原理，T℃时水泥土渗透系数k_T的计算公式如下：

其中：k_T为水温T℃时水泥土渗透系数(cm/s)，精确至0.01×10^-ncm/s；t为开始渗水至试验结束时间间隔(s)，精确至1s；A为试件横截面积(cm)，精确至0.1cm；h为试件高度(cm)，确定至0.1cm；V₁为开始试验时测量筒的水量数值(mL)，精确至0.1mL；V₂为结束试验时测量筒的水量数值(mL)，精确至0.1mL；P为渗水时施加的渗透压力(MPa)，精确至0.02MPa；ρ为水的密度(g/cm)，取1.0g/cm；g为重力加速度(N/g)，取9.8×10^-3N/g。

本实用新型的优点如下：

1)本实用新型中渗透试件采用圆柱体(常用钻孔取芯机能取出70mm-100mm的圆柱体芯样，本实用新型可采用易获得的直径80mm的圆柱体渗透试件)，能防止渗透试件在试验压力下脱出渗透试模；

2)渗透试模采用固定尺寸的金属渗透试模，便于标准实行，能保证渗透试模的侧壁密封性，解决侧壁渗漏的问题；

3)准确的测量渗出液量；

4)有加压恒压及控制系统，且可批量试验，有利于提高试验效率；

5)根据达西定理的原理，推算出水泥土渗透系数的计算公式，便于试验装置的推广及应用。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。