本实用新型涉及岩土介质领域的钙质砂渗透技术,尤其涉及一种研究颗粒贯通内孔隙渗透性的试验装置。
背景技术:
钙质土,或称碳酸盐类土,通常是指包括海洋生物(珊瑚、海藻和贝壳等)的富含碳酸钙或其它碳酸盐类物质的特殊岩土介质。钙质土长期在碳酸盐溶液中,经物理、生物化学作用,其中包括有机碎屑及岩屑的破碎和胶结过程,经过一定的压力、温度和溶解的变化过程,而形成的一种碳酸盐沉积物。受到其物质来源和形成过程的影响,钙质土颗粒内部保留有原生物腔体结构,形成内孔隙,内孔隙分为贯通和非贯通两类;贯通内孔隙使得钙质土不同于其他陆源土介质,在渗透过程中,渗流通道在颗粒间孔隙的基础上增加了颗粒贯通内孔隙,使得研究颗粒贯通内孔隙的渗透性有了重要的意义。
技术实现要素:
本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的问题,提供一种研究单颗粒贯通内孔隙渗透性的试验装置,以弄清钙质土颗粒内孔隙对其渗透性的影响。
本实用新型的目的是这样实现的:
具体地说,本试验装置包括渗透单元和供水单元;
渗渗透单元由底板、进水桶、隔板和出水桶组成;
供水单元由三通接头、变水头管和供水瓶组成;
其位置和连接关系是:
从下到上,底板、进水桶、隔板和出水桶依次连接;
变水头管和供水瓶通过三通接头与进水桶底部进水管连接。
本实用新型具有下列的优点和积极效果:
①可以将单个颗粒边缘隔离,使渗流只能从颗粒内贯通内孔隙通过;
②操作简单,不需要太多繁琐步骤;
③制造成本低,可以同时进行多组试验,效率高。
附图说明
图1是本装置的结构方框图;
图2是本装置的结构示意图;
图3是渗透单元10的结构示意图;
图4是底板11的结构示意图;
图5是进水桶12的结构示意图;
图6是隔板13的结构示意图;
图7是出水桶14的结构示意图;
图8是供水单元20的结构示意图;
图9是三通接头21的结构示意图;
图10是变水头管22的结构示意图;
图11是供水瓶23的结构示意图。
图中:
10—渗透单元
11—底板,111—螺丝孔;
12—进水桶,
121—进水桶上法兰盘,122—进水桶圆筒,
123—进水桶下法兰盘,124—进水桶进水管,
125—进水桶排气管;
13—隔板,131—螺丝孔,132—中心圆孔;
14—出水桶,
141—出水桶法兰盘,142—出水桶圆筒,143—出水桶出水管;
20—供水单元
21—三通接头,211、212、213—第1、2、3开关;
22—变水头管,221—刻度,222—细管;
23—供水瓶,
231—供水口,232—储水容器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明:
一、试验装置
1、总体
如图1、2,本试验装置包括渗透单元10和供水单元20;
渗渗透单元10由底板11、进水桶12、隔板13和出水桶14组成;
供水单元20由三通接头21、变水头管22和供水瓶23组成;
其位置和连接关系是:
从下到上,底板11、进水桶12、隔板13和出水桶14依次连接;
变水头管22和供水瓶23通过三通接头21与进水桶12底部进水管124连接。
工作机理:
为了研究颗粒贯通内孔隙的渗透性,就要使渗流只通过内孔隙流动;因此,隔离颗粒边缘是难点,本实验装置利用橡皮泥初步固定颗粒,浇筑石蜡层和环氧树脂层紧密环绕颗粒周边,隔板起到支撑作用,实现了颗粒贯通内孔隙的实验条件,渗透系数则参考了变水头渗透试验的计算方法进行计算。
2、功能单元
1)渗透单元
如图3,渗透单元10包括从下到上依次连接的底板11、进水桶12、隔板13和出水桶14。
(1)底板11
如图4,底板11是一种在边沿对称开有4个螺丝孔111的圆形有机玻璃厚板。
其功能是:在颗粒装样完毕后将进水桶12底部封闭。
(2)进水桶12
如图5,进水桶12由进水桶上法兰盘121、进水桶圆筒122、进水桶下法兰盘123、进水桶进水管124和进水桶排气管125组成;
进水桶上法兰盘121、进水桶圆筒122和进水桶下法兰盘123上下连接成一个整体,在进水桶圆筒122的侧壁下部设置进水桶进水管124,在圆筒122侧壁上部设置进水桶排气管125。
其功能是:辅助颗粒装样,是渗透过程的进水侧。
(3)隔板13
如图6,隔板13是一种在边沿对称开有4个螺丝孔131、中心开有一个圆孔132的圆形有机玻璃薄板。
其功能是:对石蜡层和环氧树脂层起支撑作用。
(4)出水桶14
如图7,出水桶14由出水桶法兰盘141、出水桶圆筒142和出水桶出水孔143组成;
出水桶法兰盘141与出水桶圆筒142底部连接,出水桶出水孔143设置在出水桶圆筒142侧壁的上部;
其功能是:辅助颗粒装样,是渗透过程的出水侧。
2)供水单元20
如图8,供水单元20包括三通接头21、变水头管22和供水瓶23;
三通接头21分别与变水头管22和供水瓶23以及进水桶12连通;
(1)三通接头21如图9,三通接头21是一种通用件,包括三个分路,分别设置有第1开关211、第2开关212和第3开关213。(2)变水头管22
如图10,变水头管22是一根其上设置有刻度221的透明有机玻璃细管222;
其功能是:为渗透过程的渗透单元10供水,并可通过其上刻度221提供任意时刻的水头高度。
(3)供水瓶23
如图11,供水瓶23包括供水口231和储水容器232;储水容器232是一顶部开口的长方体容器;在储水容器232侧壁的下部设置有供水口231。
其功能是:为渗透前的渗透单元10供水,为渗透过程中的变水头管22供水。
二、试验方法
本试验方法包括下列步骤:
A、首先将进水桶12、隔板13和出水桶14通过螺丝固定连接;
B、从进水桶12底部向进水桶12内塞入橡皮泥,使橡皮泥充满进水桶12,
用手指按压隔板13中心圆孔位置的橡皮泥,使之平整;
C、将实验选用的、已经过饱和操作的颗粒一端插入橡皮泥,插入部分占总
体积的一半即可,按压颗粒周围的橡皮泥,使之与颗粒边缘紧密接触;
D、将装置放在水平桌面上,从出水桶14顶部向出水桶14内,朝隔板13表面浇一层厚约2mm的融化石蜡,等待冷却凝固;
E、石蜡凝固后,向石蜡表层涂抹一层1mm厚的环氧树脂,等待其凝固,石
蜡层和环氧树脂层均要与颗粒紧密接触;
F、轻轻取出进水桶12内橡皮泥,将装置放置在水平桌面上,从出水桶14
顶部向出水桶14内加水刚好至出水桶14顶部的出水桶出水孔143,观察颗粒边缘是否密封完好;
G、确定颗粒边缘密封性完好后,将底板11安装在进水桶12底部,将变水头管22、供水瓶23和进水桶的进水管124利用乳胶管和三通接头21连接;
H、命名三通接头21在变水头管22、供水瓶23和进水桶12方向分路的开关分别为第1、2、3开关211、212、213;
I、打开第2、3开关212、213,关闭第1开关211,向进水桶12内加水,直至进水桶12顶部的进水桶排气管125,使连续排水,且进水桶12内无气泡;
J、关闭进水桶12顶部的进水桶排气管125,水通过颗粒内贯通孔隙进入出水桶14,当出水桶14内水面涨至出水桶顶部的出水桶出水管143时,关闭第3开关213,打开开关第1开关211,向变水头管22内加水至顶部零刻度;
K、关闭第2开关212,打开第3开关213,当出水桶14顶部的出水桶出水管143有水溢出时,关闭第3开关213,打开第开关211,将变水头管22内的水加至顶部零刻度;
L、关闭第2开关212,打开第3开关213的同时开始秒表计时,并记录初始水头h1cm,经过ts时间后,记录水头h2cm;
M、根据步骤K和L连续测量5次,结束试验;
N、计算渗透系数,公式如下:
式中:K—渗透系数(cm/s);
a—变水头管断面积(cm2);
L—渗流路径,即试样高度(cm);
t1,t2—起始,终止时间(s);
H1,H2—起始,终止水头(cm)。