一种多试块渗流试验装置及使用方法与流程

本发明涉及渗流试验领域，具体地说是一种多试块可加侧向围压和上部水压的渗流试验装置及使用方法。

背景技术：

注浆作为处理不良地质的有效方法，取得了良好的治理效果。在地下水长期渗流作用下地层中注浆加固体中的细小颗粒会被带走，进而降低了加固体的强度，增加了加固体的透水性。为模拟地层中加固体在渗流作用下的损伤破坏，需使用渗流试验装置进行长期渗流试验。目前渗流试验装置主要有以下不足：试验装置中只能放置一个试块，在多个试块均需试验的情况下，用时过长，效率较低；试验装置不能模拟实际地层同时施加侧向围压和上部水压，不符合注浆加固体渗流作用下损伤破坏时实际受力情况，影响试验准确性。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种多试块可加侧向围压和上部水压的渗流试验装置及使用方法，该装置可以实现模拟地层中注浆加固体在侧向围压条件及不同渗流力作用下的损伤破坏，并可测量计算渗流作用下不同时间的渗透系数。具有结构简单、可重复使用、操作方便等优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多试块渗流试验装置，包括主体装置，所述的主体装置包括上下连接在一起的水箱和油箱，油箱的顶部敞口；在水箱的底部和油箱的底部之间安装有多个橡胶套；橡胶套顶部安装有镶嵌在水箱底板内的上透水石；橡胶套底部安装有镶嵌在油箱底板内的下透水石；所述的下透水石和上透水之间用于安装试块；在橡胶套外套装有刚性带孔圆柱环；下透水石底部通过集水管连接量筒；所述的水箱与供水装置连通；所述的油箱与供油装置连通；所述的供水装置通过水箱底板上的上透水石对试块实施水压，进行渗流试验；所述的供油装置通过刚性带孔圆柱环与橡胶皮套接触，进而为试块提供侧向围压。

进一步的，所述的供水装置包括压力罐，所述的压力罐有3个接口和1个泄压阀门，第一接口与一个为压力罐提供压力的空压机相连，第二接口与一个为压力罐提供水源的水泵相连，第三接口与渗流试验主体装置上部的水箱相连，为渗流试验主体装置提供水源及压力。

进一步的，所述的第一接口通过输气管与空压机上的气压调节器相连，第二接口通过送水管与水泵相连，送水管上安装送水阀门，第三接口通过输水管与渗流主体装置相连，输水管上安装输水阀门和压力表监测水压。

进一步的，所述的空压机通过气压调节器调节并稳定输出压力，输出压力范围为0～4mpa。

进一步的，所述的水箱包括第四接口，所述的输水管与第四接口相连，通过第四接口提供水源及压力；所述的水箱底板四周设置翼板，翼板上设置螺栓孔，水箱与油箱通过螺栓相连；所述的水箱底板上设置多个圆形开孔i，并在底板背部圆形开孔下方设置圆柱形凹槽i。

进一步的，所述的油箱包括第五接口，所述的第五接口通过输油管与手动液压泵相连，输油管上安装输油阀门和压力表监控油压，所述的手动液压泵输出压力范围为0～50mpa；所述的油箱上部敞开，顶部四周设置翼板，翼板上设置螺栓孔，水箱与油箱通过螺栓相连；

所述的油箱底板设置多个圆形开口ii，并在底板上部圆形开孔上方设置有圆柱形凹槽ii；每个圆形开口ii下方设置集水管，圆形开口ii和集水管上设置螺纹，通过螺纹相连；所述的集水管下端根据需要放置量筒收集渗流水，进而计算渗透系数。

进一步的，所述的橡胶皮套为上下设置有凸台的柱状结构，凸台内圈设置有凹槽，用于放置刚性带孔圆柱环；所述的刚性带孔圆柱环上设置多个圆孔，使油压可以作用在橡胶皮套上。

本发明还提供了一种多试块渗流试验装置使用方法，包括：

步骤一：安装渗流试验主体装置。在油箱底板圆柱形凹槽中心放置试块及上下透水石，试块外圈放置橡胶皮套，橡胶皮套与试块紧密贴合，橡胶皮套下部嵌在油箱底板凹槽内，橡胶皮套外侧放置刚性带孔圆柱环，橡胶皮套与刚性带孔圆柱环相距10mm，刚性带孔圆柱环嵌在橡胶皮套外翻凹槽内；将水箱放置在油箱上，使橡胶皮套上部嵌在水箱底板凹槽内，水箱与油箱通过螺栓连接，使水箱与油箱共同挤压橡胶皮套与刚性带孔圆柱环，从而保证液压油不与试块和水接触；将集水管通过螺纹连接在油箱底部，并在集水管底部放置量筒；

步骤二：连接管路。使用输气管连接空压机的气压调节器与压力罐的第一接口；使用送水管连接水泵与压力罐的第二接口，送水管上安装送水阀门；使用输水管连接压力罐的第三接口与渗流试验主体装置的第四接口，输水管上安装输水阀门和压力表；使用输油管连接渗流试验主体装置的第五接口与手动液压泵，输油管上安装输油阀门和压力表；

步骤三：打开输油阀门，手动输送油压，直至油压达到指定压力，并关闭输油阀门；

步骤四：打开输水阀门、送水阀门和水泵，当水箱充满水，压力罐储存一定量水时关闭水泵和送水阀门；

步骤五：开展渗流试验。施加水压，打开空压机并调节气压调节器使压力罐内部达到指定压力进行渗流试验，并根据需要在集水管底部放置量筒测量计算不同时间的渗透系数；

步骤六：泄压。待长期渗流试验结束，关闭空压机，打开压力罐上的卸压阀门，卸载压力罐内的压力；打开输油阀门，卸载油压；

步骤七：取出试块，进行其他测试。

本发明在长期渗流试验过程中，保持压力罐与水箱内水压不变，保持油箱内油压不变。

压力罐由10mm厚的钢板制成并在底部设置支架支撑压力罐；水箱上部及侧部由10mm厚的钢板制成，底板由20mm厚的钢板制成，并设置多个圆形开口，在底板背部设置多个与圆形开口相对应直径为100mm，深度为10mm的凹型开槽；油箱侧部由10mm厚的钢板制成，底板由20mm厚的钢板制成，并设置25个圆形开口，在底板上部设置多个与圆形开口相对应直径为100mm，深度为10mm的凹型开槽，油箱底部设置支架支撑渗流试验主体装置；水箱底板四周及油箱顶部四周均设置10mm厚的翼板，采用螺栓固定密封；刚性带孔圆柱环由5mm厚的钢板制成，并在圆柱环上设置多个直径为10mm的圆形开孔，使油压可以作用在橡胶皮套上，提供侧向围压。

在油压加载过程中，油箱内充满液压油，液压油通过刚性带孔圆柱环与橡胶皮套接触，进而提供侧向围压。

在水压加载过程中，压力罐上部为空气，下部为水，依靠空压机提供的空气压力转化为水压力作用在试块上，从而开展渗流试验。

本发明的有益效果是：

该多试块渗流试验装置可以实现模拟地层中注浆加固体在侧向围压条件及不同渗流力作用下的损伤破坏，并可测量计算渗流作用下不同时间的渗透系数。具有结构简单、可重复使用、操作方便等优点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明结构示意平面图；

图2是本发明渗流试验主体装置三维图；

图3是本发明渗流试验主体装置三维剖面图；

图4、图5、图6是本发明试块及附属装置三维图；

图7是本发明试块及附属装置组合三维图；

图8是本发明试块及附属装置组合三维剖面图；

图中：1.渗流试验主体装置；2.空压机；3.气压调节器；4.输气管；5.第一接口；6.水泵；7.送水管；8.送水阀门；9.第二接口；10.卸压阀门；11.压力罐；12.第三接口；13.输水管；14.水压压力表；15.输水阀门；16.第四接口；17.水箱；18.螺栓；19.油箱；20.集水管；21.试块；22.上下透水石；23.橡胶皮套；24.刚性带孔圆柱环；25.水箱及油箱底板圆形开孔；26.圆柱环上圆形开孔；27.量筒；28.第五接口；29.油压压力表；30.输油阀门；31.输油管；32.手动液压泵；33压力罐支架；34渗流试验主体装置支架。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，目前渗流试验装置主要有以下不足：试验装置中只能放置一个试块，在多个试块均需试验的情况下，用时过长，效率较低；试验装置不能模拟实际地层同时施加侧向围压和上部水压，不符合注浆加固体渗流作用下损伤破坏时实际受力情况，影响试验准确性。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种多试块渗流试验装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种多试块渗流试验装置包括渗流试验主体装置1、空压机2、水泵6、压力罐11、手动液压泵32及其他连接构件。

主体装置1包括上下连接在一起的水箱和油箱，油箱的顶部敞口；在水箱的底部和油箱的底部之间安装有多个橡胶套；橡胶套顶部安装有镶嵌在水箱底板内的上透水石；橡胶套底部安装有镶嵌在油箱底板内的下透水石；所述的下透水石和上透水之间用于安装试块；在橡胶套外套装有刚性带孔圆柱环；下透水石底部通过集水管连接量筒；所述的水箱与供水装置连通；所述的油箱与供油装置连通；所述的供水装置通过水箱底板上的上透水石对试块实施水压，进行渗流试验；所述的供油装置通过刚性带孔圆柱环与橡胶皮套接触，进而为试块提供侧向围压。

供水装置包括压力罐11，由10mm厚的钢板制成并在底部设置支架33支撑压力罐11，压力罐11有3个接口和1个泄压阀门，第一接口5通过输气管4与空压机2上的气压调节器3相连，第二接口9通过送水管7与一个为压力罐11提供水源的水泵6相连，第三接口12通过输水管13与渗流试验主体装置1上部的水箱17相连，输水管13上安装输水阀门15和压力表14监测水压。空压机2通过气压调节器3调节并稳定输出压力，输出压力范围为0～4mpa。

如图2-3所示，渗流试验主体装置包括1个水箱17和1个油箱19。

水箱17有1个接口(第四接口16)，输水管13与第四接口16相连，水箱17底板四周设置翼板，翼板上设置螺栓孔，水箱17与油箱19通过螺栓18相连，

水箱17底板上设置25个圆形开孔25(具体数量可以根据实际需要进行确定)，并在底板背部圆形开孔25下方设置直径为100mm，深度为10mm的圆柱形凹槽；该圆柱形凹槽与橡胶皮套23的顶部配合，使橡胶皮套23顶部正好卡装在该凹槽内；

油箱19有1个接口(第五接口28)，第五接口28通过输油管31与手动液压泵32相连，输油管31上安装输油阀门30和压力表29监控油压，手动液压泵32输出压力范围为0～50mpa。油箱19上部敞开，顶部四周设置翼板，翼板上设置螺栓孔，水箱17与油箱16通过螺栓18相连。

油箱19底板设置25个圆形开口25，其数量与底板上的圆形开口的数量相等，与试块的数量相等(具体数量可以根据实际需要进行确定)，并在底板上部圆形开孔上方设置直径为100mm，深度为10mm的圆柱形凹槽；该圆柱形凹槽与橡胶皮套23的底部配合，使橡胶皮套23底部正好卡装在该凹槽内；

圆形开口25下方设置25个集水管20(其数量与试块的数量相等)，圆形开口25和集水管20上设置螺纹，通过螺纹相连。集水管20下端根据需要放置量筒27收集渗流水，进而计算渗透系数。

如图4-8所示，油箱19内部放置25个试块21及试块附属装置，试块21为直径50mm，高度100mm的标准试块；

试块附属装置包括1个橡胶皮套23，1个刚性带孔圆柱环24，2个透水石22。橡胶皮套24内径50mm，外径60mm，高度120mm，上下均有外翻凹槽，外翻凹槽内径90mm，外径100mm；整体形状为上下设置有凸台的柱状结构，凸台内圈设置有凹槽，用于放置刚性带孔圆柱环。

刚性带孔圆柱环24内径80mm，外径90mm，高度110mm，在圆柱环上设置8个直径为10mm的圆孔26，使油压可以作用在橡胶皮套23上。透水石22放置在试块21上下方，直径50mm，高度10mm。

本发明还提供了一种多试块渗流试验装置使用方法，包括：

步骤一：安装渗流试验主体装置1。在油箱19底板圆柱形凹槽中心放置试块21及上下透水石22，试块21外圈放置橡胶皮套23，橡胶皮套23与试块21紧密贴合，橡胶皮套23下部嵌在油箱19底板凹槽内，橡胶皮套23外侧放置刚性带孔圆柱环24，橡胶皮套23与刚性带孔圆柱环24相距10mm，刚性带孔圆柱环24嵌在橡胶皮套23外翻凹槽内；将水箱17放置在油箱19上，使橡胶皮套23上部嵌在水箱17底板凹槽内，水箱17与油箱19通过螺栓18连接，使水箱17与油箱19共同挤压橡胶皮套23与刚性带孔圆柱环24，从而保证液压油不与试块21和水接触；将集水管20通过螺纹连接在油箱19底部，并在集水管20底部放置量筒27；

步骤二：连接管路。使用输气管4连接空压机2的气压调节器3与压力罐11的第一接口5；使用送水管7连接水泵6与压力罐11的第二接口9，送水管7上安装送水阀门8；使用输水管13连接压力罐11的第三接口12与渗流试验主体装置1的第四接口16，输水管13上安装输水阀门15和压力表14；使用输油管31连接渗流试验主体装置1的第五接口28与手动液压泵32，输油管31上安装输油阀门30和压力表29；

步骤三：打开输油阀门30，手动输送油压，直至油压达到指定压力，并关闭输油阀门30；

步骤四：打开输水阀门15、送水阀门8和水泵6，当水箱17充满水，压力罐11储存一定量水时关闭水泵6和送水阀门8；

步骤五：开展渗流试验。施加水压，打开空压机2并调节气压调节器3使压力罐11内部达到指定压力进行渗流试验，并根据需要在集水管20底部放置量筒27测量计算不同时间的渗透系数；

步骤六：泄压。待长期渗流试验结束，关闭空压机2，打开压力罐11上的卸压阀门10，卸载压力罐11内的压力；打开输油阀门30，卸载油压；

步骤七：取出试块21，进行其他测试。

在长期渗流试验过程中，保持压力罐11与水箱17内水压不变，保持油箱19内油压不变。

水箱17上部及侧部由10mm厚的钢板制成，底板由20mm厚的钢板制成，并设置25个圆形开口25，在底板背部设置25个与圆形开口25相对应直径为100mm，深度为10mm的凹型开槽；油箱19侧部由10mm厚的钢板制成，底板由20mm厚的钢板制成，并设置25个圆形开口25，在底板上部设置25个与圆形开口25相对应直径为100mm，深度为10mm的凹型开槽，油箱19底部设置支架34支撑渗流试验主体装置1；水箱17底板四周及油箱19顶部四周均设置10mm厚的翼板，采用螺栓18固定密封；刚性带孔圆柱环24由5mm厚的钢板制成，并在圆柱环上设置8个直径为10mm的圆形开孔26，使油压可以作用在橡胶皮套上，提供侧向围压。

在油压加载过程中，油箱19内充满液压油，液压油通过刚性带孔圆柱环24与橡胶皮套23接触，进而提供侧向围压。

在水压加载过程中，压力罐11上部为空气，下部为水，依靠空压机2提供的空气压力转化为水压力作用在试块21上，从而开展渗流试验。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。