一种污染土样制备与渗透性测试一体化检测装置与方法与流程

本发明设计一种检测装置与方法，尤其是一种岩土工程、工程地质、环境工程技术领域使用的污染土样制备与渗透性测试一体化检测装置与方法。

背景技术：

污染土的渗透性是工程地质研究的一个热点。当土体受到污染时，其渗透性会发生相应的变化。了解土体受到污染后其渗透性的变化规律，对于特殊土体性质评价的理论研究以及工程实践都具有重要意义。目前实验室对污染土渗透性测试所采用的土样往往是事先经过浸泡等方式制备而成的污染土，或者对经过渗流后形成土样进行切割并移入另外的渗透装置进行渗透性测试，这种制备方法和试验方法难以客观反映污染土的形成过程，并难以保证污染土的原状特性，更无法体现在轴压作用下污染流体在土体中的渗流过程和污染土的形成过程与污染程度，更无法同时测试污染土形成过程中的渗透性。

技术实现要素：

针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，检测效果好，能够制备渗流条件下的污染土样，同时测试轴向荷载作用下污染土样的渗透系数的污染土样制备与渗透性测试一体化检测装置与方法。

为实现上述技术目的，本发明的污染土样制备与渗透性测试一体化检测装置，1.一种污染土样制备与渗透性测试一体化检测装置，其特征在于：它包括液压加载系统ⅰ、试样承载系统ⅱ、恒压供水系统ⅲ、数据采集系统ⅳ四部分；其中液压加载系统ⅰ通过输油管路与试样承载系统ⅱ相连接，试样承载系统ⅱ通过输水管路与恒压供水系统ⅲ相连接，恒压供水系统ⅲ通过线路与数据采集系统ⅳ相连接；

所述液压加载系统ⅰ包括液压油箱、液压泵、换向阀、蓄能器、轴压表、集分油器和液压油缸，所述液压泵设置在液压油箱上二者通过输油管路a相连，液压泵的输出端通过输油管路b与换向阀的输入端相连接，换向阀，换向阀经输油管路c和输油管路d分别与蓄能器和集分油器相连接，集分油器上安装有轴压表，集分油器的输出端通过输油管路e与蓄能器相连接，集分油器的输出端通过多条输油管路f分别与多个液压油缸相连接，其中液压油缸内活塞下方设有轴压柱；

所述试样承载系统ⅱ包括数量与液压加载系统ⅰ中液压油缸数量一致的耐腐蚀压力室，耐腐蚀压力室顶部设有与轴压柱相连接的承压顶盖，耐腐蚀压力室底部设有隔水底板，耐腐蚀压力室与隔水底板之间设有尼龙垫层，尼龙垫层上设有中孔a，隔水底板设有与中孔a匹配的中孔b，耐腐蚀压力室底部通过中孔a和中孔b与输水管路a相连接；

所述恒压供水系统ⅲ包括水箱、高压水泵、膨胀罐、可调式减压阀、水压表、安全阀a、安全阀b、安置管、输水管路a、输水管路b、输水管路c、输水管路d、分水阀和集分水器，其中多根输水管路a通过分水阀连接到集分水器的输入端，集分水器将多股管路水集合通过输水管路b与安置管相连接，所述安置管两端分别设有安全阀a和安全阀b，靠近安全阀b一侧设有可调式减压阀和水压表，安置管中间设有膨胀罐，输水管路b与安全阀b相连接，安全阀a通过输水管路c与高压水泵相连接，高压水泵通过输水管路d与供水箱相连接；

所述数据采集系统ⅳ包括传感器、数据线a、数据线b、数据线c、多个压力变送器、数据采集卡、计算机，其中压力变送器数量与耐腐蚀压力室数量相匹配，压力变送器的输入端通过多根数据线a分别连接有设置在耐腐蚀压力室上的传感器，压力变送器的输出端通过数据线b分别与数据采集卡相连接，数据采集卡通过数据线c余计算机相连接。

所述试样承载系统ⅱ中的耐腐蚀压力室顶部通过承压顶盖固定有耐腐蚀金属烧结网，耐腐蚀金属烧结网设置在承压顶盖与耐腐蚀压力室之间，耐腐蚀压力室底部通过隔水底板固定有尼龙垫层，尼龙垫层设置在隔水底板与耐腐蚀压力室之间，其中尼龙垫层中心设有中孔a，隔水底板在中孔a位置上设有相匹配的中孔b，尼龙垫层下方和侧壁上分别设有密封槽b，隔水底板的上方分别设有构成同心圆环状态的密封槽c。

隔水底板的密封槽c外侧设有安装槽，隔水底板通过安装槽与耐腐蚀压力室相连接。

所诉水压力传感器设置在耐腐蚀压力室中，承压顶盖的侧壁上横向设有出水口与传感器埋设口，水压力传感器的数据线a通过承压顶盖内的通孔从承压顶盖传感器埋设口延伸而出与数据采集卡相连接。

所述耐腐蚀金属烧结网的下方下方设有设有o型密封槽a。

一种污染土样制备与渗透性测试一体化检测装置的检测方法，其步骤如下：

在尼龙垫层密封槽b上及承压顶盖密封槽a上装入o型密封圈a，将待测土样分层压入耐腐蚀压力室，根检测土样高度，在耐腐蚀压力室底部装入不同高度的尼龙垫层，以使检测土样充满耐腐蚀压力室；

在检测土样顶部放置耐腐蚀金属烧结网，将耐腐蚀压力室安装于隔水底板安装槽之上，使尼龙垫层中孔a与隔水底板中孔b对接，将输水管路a插入中孔a和中孔b，通过承压顶盖传感器埋设口将水压力传感器埋设于检测土样顶部，盖上承压顶盖；

启动液压泵，正向拨动换向阀，轴压柱在液压作用下下降并对承压顶盖施压，待轴压表的检测读数达到试验设定值时，拨回换向阀，利用蓄能器维持压力；

打开安全阀a，启动高压水泵将供水箱中的污染流体输至膨胀罐；

待水压表中的检测读数达到试验要求时关闭高压水泵与安全阀a，同时打开安全阀b与分水阀，使污染流体经隔水板底部中孔b进入检测土样底部；

调节减压阀，并利用膨胀罐维持水压p，以水压表所处位置为基准面，利用公式ⅰ换算可得试样底部测压管水头h1，污染流体在渗透压作用下自下而上渗透检测土样，从而模拟检测土样的污染过程；通过计算机读取土样顶部测压管水头h2，并测量承压顶盖出水口单位时间的出水量q，利用公式ⅱ计算得到相应污染土样的渗透系数。

p＝ρghⅰ

式中：ρ—流体密度，单位为kg/m³；g—重力加速度，单位为9.8m/s²；h—水头，单位为m；

式中：q—出水口单位时间出水量/渗流量，单位为m³/s；l—试样高度/渗透路径，单位为m；a—试样底面积/过水断面，单位为m²；h1—试样底部测压管水头，单位为m；h2—试样顶部测压管水头，单位为m；

所述利用多个耐腐蚀压力室分装不同的检测土样，能够得到多重不同的污染程度的污染土样。

有益效果：

本发明所诉的一种污染土样制备与渗透性测试一体化试验方法与装置，可以根据需要制备渗流条件下的污染土样，并测试轴向荷载作用下、污染土样形成过程中污染土样的渗透系数；并根据需要可以实现多种高度污染土体渗透系数的测试，其结构简单，检测效率高。

附图说明

图1为本发明的污染土样制备与渗透性测试一体化试验装置结构示意图。

图2为本发明的承压顶盖与数据采集系统结构示意图。

图3为本发明的尼龙垫层结构示意图。

图4为本发明的隔水底板结构示意图。

图中：ⅰ-液压加载系统，ⅱ-试样承载系统，ⅲ-恒压供水系统，ⅳ-数据采集系统，1-液压油箱，2-液压泵，3-输油管路a，4-输油管路b，5-换向阀，6-输油管路c，7-蓄能器，8-输油管路d，9-输油管路e，10-轴压表，11-集分油器，12-输油管路f，13-液压油缸，14-轴压柱，15-承压顶盖，151-出水口，152-传感器埋设口，153-o型密封槽a，182-密封槽b，192-密封槽c，16-耐腐蚀金属烧结网，17-耐腐蚀压力室，18-尼龙垫层，181-中孔a，191-中孔b，19-隔水底板，193-安装槽，20-输水管路a，21-分水阀，22-集分水器，23-输水管路b，24-安置管，25a-安全阀a，25b-安全阀b，26-可调式减压阀，27-水压表，28-膨胀罐，29-输水管路c，30-高压水泵，31-输水管路d，32-供水箱，33-传感器，34-数据线a，35-压力变送器，36-数据线b，37-数据采集卡，38-数据线c，39-计算机。

具体实施方式

下面结合附图对一个实施例详细说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的一种污染土样制备与渗透性测试一体化检测装置，包括液压加载系统ⅰ、试样承载系统ⅱ、恒压供水系统ⅲ、数据采集系统ⅳ四部分；其中液压加载系统ⅰ通过输油管路与试样承载系统ⅱ相连接，试样承载系统ⅱ通过输水管路与恒压供水系统ⅲ相连接，恒压供水系统ⅲ通过线路与数据采集系统ⅳ相连接；

所述液压加载系统ⅰ包括液压油箱1、液压泵2、换向阀5、蓄能器7、轴压表10、集分油器11和液压油缸13，所述液压泵2设置在液压油箱1上二者通过输油管路a3相连，液压泵2的输出端通过输油管路b4与换向阀5的输入端相连接，换向阀5，换向阀5经输油管路c6和输油管路d8分别与蓄能器7和集分油器11相连接，集分油器11上安装有轴压表10，集分油器11的输出端通过输油管路e9与蓄能器7相连接，集分油器11的输出端通过多条输油管路f12分别与多个液压油缸13相连接，其中液压油缸13内活塞下方设有轴压柱14；

所述试样承载系统ⅱ包括数量与液压加载系统ⅰ中液压油缸13数量一致的耐腐蚀压力室17，耐腐蚀压力室17顶部设有与轴压柱14相连接的承压顶盖15，耐腐蚀压力室17底部设有隔水底板19，耐腐蚀压力室17与隔水底板19之间设有尼龙垫层18，尼龙垫层18上设有中孔a181，隔水底板19设有与中孔a181匹配的中孔b191，隔水底板19的密封槽c192外侧设有安装槽193，隔水底板19通过安装槽193与耐腐蚀压力室17相连接；耐腐蚀压力室17底部通过中孔a181和中孔b191与输水管路a20相连接；所述试样承载系统ⅱ中的耐腐蚀压力室17顶部通过承压顶盖15固定有耐腐蚀金属烧结网16，耐腐蚀金属烧结网16设置在承压顶盖15与耐腐蚀压力室17之间，所述耐腐蚀金属烧结网16的下方设有设有o型密封槽a153，耐腐蚀压力室17底部通过隔水底板19固定有尼龙垫层18，尼龙垫层18设置在隔水底板19与耐腐蚀压力室17之间，其中尼龙垫层18中心设有中孔a181，隔水底板19在中孔a181位置上设有相匹配的中孔b191，尼龙垫层18下方和侧壁上分别设有密封槽b182，隔水底板19的上方分别设有构成同心圆环状态的密封槽c192；所诉水压力传感器33设置在耐腐蚀压力室17中，承压顶盖15的侧壁上横向设有出水口151与传感器埋设口152，水压力传感器33的数据线a34通过承压顶盖15内的通孔从承压顶盖15传感器埋设口152延伸而出与数据采集卡37相连接；

所述恒压供水系统ⅲ包括水箱32、高压水泵30、膨胀罐28、可调式减压阀26、水压表27、安全阀a25a、安全阀b25b、安置管24、输水管路a20、输水管路b23、输水管路c29、输水管路d31、分水阀21和集分水器22，其中多根输水管路a20通过分水阀21连接到集分水器22的输入端，集分水器22将多股管路水集合通过输水管路b23与安置管24相连接，所述安置管24两端分别设有安全阀a25a和安全阀b25b，靠近安全阀b25b一侧设有可调式减压阀26和水压表27，安置管24中间设有膨胀罐28，输水管路b23与安全阀b25b相连接，安全阀a25a通过输水管路c29与高压水泵相连接，高压水泵30通过输水管路d31与供水箱32相连接；

所述数据采集系统ⅳ包括传感器33、数据线a34、多个压力变送器35、数据线b36、数据采集卡37、数据线c38、计算机39，其中压力变送器35数量与耐腐蚀压力室17数量相匹配，压力变送器35的输入端通过多根数据线a34分别连接有设置在耐腐蚀压力室17内的传感器33，压力变送器35的输出端通过数据线b36分别与数据采集卡37相连接，数据采集卡37通过数据线c38与计算机39相连接。

一种污染土样制备与渗透性测试一体化检测装置的检测方法，其步骤如下：

在尼龙垫层密封槽b182上及承压顶盖密封槽a153上装入o型密封圈，将待测土样分层压入耐腐蚀压力室17，利用多个耐腐蚀压力室17分装不同的检测土样，能够得到多重不同的污染程度的污染土样；根检测土样高度，在耐腐蚀压力室17底部装入不同高度的尼龙垫层18，以使检测土样充满耐腐蚀压力室17；

在检测土样顶部放置耐腐蚀金属烧结网16，将耐腐蚀压力室17安装于隔水底板安装槽193之上，使尼龙垫层中孔a181与隔水底板中孔b191对接，将输水管路a20插入中孔a181和中孔b191，通过承压顶盖传感器埋设口152将水压力传感器33埋设于检测土样顶部，盖上承压顶盖15；

启动液压泵2，正向拨动换向阀5，轴压柱14在液压作用下下降并对承压顶盖15施压，待轴压表10的检测读数达到试验设定值时，拨回换向阀5，利用蓄能器7维持压力；

打开安全阀a25a，启动高压水泵30将供水箱32中的污染流体输至膨胀罐28；

待水压表27中的检测读数达到试验要求时关闭高压水泵30与安全阀a25a，同时打开安全阀b25b与分水阀21，使污染流体经隔水板底部中孔b191进入检测土样底部；

调节减压阀26，并利用膨胀罐28维持水压p，以水压表27所处位置为基准面，利用公式ⅰ换算可得检测土样底部测压管水头h1，污染流体在渗透压作用下自下而上渗透检测土样，从而模拟检测土样的污染过程；通过计算机39读取检测土样顶部测压管水头h2，并测量承压顶盖出水口151单位时间的出水量q，利用公式ⅱ计算得到相应污染土样的渗透系数。

p＝ρghⅰ

式中：ρ—流体密度，单位为kg/m³；g—重力加速度，单位为9.8m/s²；h—水头，单位为m；

式中：q—出水口单位时间出水量/渗流量，单位为m³/s；l—试样高度/渗透路径，单位为m；a—试样底面积/过水断面，单位为m²；h1—试样底部测压管水头，单位为m；h2—试样顶部测压管水头，单位为m。

污染土样制备与渗透性测试一体化试验装置工作原理：

检测土样装入耐腐蚀压力室17中，通过调节尼龙垫层18高度设置5个耐腐蚀压力室17的装土高度。由液压加载系统ⅰ通过承压顶盖15提供轴向压力。由恒压供水系统ⅱ经隔水底板中孔191污染流体至土样底部。污染流体由下往上渗透，并经承压顶盖出水口151处流出，由于5个耐腐蚀压力室17的装土高度不同，污染流体渗透可形成5种不同污染程度的渗透土样。土样顶部的水压力由安装于此处的水压力传感器传输至计算机读出。测量承压顶盖出水口151单位时间的出水量即可得到相同轴压、相同水压下5种不同污染程度土样的渗透系数。