一种利用分流桶提供渗压及围压的渗透性测试方法及装置与流程

本发明涉及一种岩土岩石渗透性试验装置，具体涉及一种利用分流桶提供渗压及围压的渗透性测试方法及装置，属于试验测试技术领域。

背景技术：

地下工程问题面对的对象是岩土(石)体、水和工程结构，由此岩土(石)体和工程结构的渗透特性影响产生的地下空间正常使用问题千差万别。在预防此类问题过程中，渗透性测试是最常用的试验方法，其检测结果用于评估土体单元的渗透性特征及变化规律，为工程设计和施工提供准确可靠的渗透性指标。

渗透性试验主要通过岩土及岩石渗透仪来测定围岩或者围土的渗透特性；但以往岩土及岩石渗透性测定装置的渗透压及围压均需要两套系统来提供，不仅结构冗余，占用空间大，操作不便，且增加了仪器成本。

此外，以往渗透试验装置大多只能完成一种介质的渗透性的测定，比如只能测岩土或者只能测岩石的渗透性大小；而有些渗透试验装置虽然能够完成两种介质的渗透性测试，但试验装置的价格昂贵，且岩土和岩石测定共用同一个试样压力室，无法完全兼顾岩土及岩石渗透性测试，试样测定环境的针对性不强，测试结果偏差较大。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种利用分流桶提供渗压及围压的渗透性测试方法及装置，可以同时测试岩石和岩土两种试样的渗透特性，且可以利用同一套仪器设备提供围压和渗透压力的测定，结构简单，操作便捷，测定精度高。

为了实现上述发明目的，本发明一种利用分流桶提供渗压及围压的渗透性测试装置，包括试样渗透压力室、数据采集系统以及压力水供给装置，所述试样渗透压力室包括岩石渗透压力室和岩土渗透仪，压力水供给装置包括气压供给及控制系统和气水压转换系统，气压供给及控制系统包括空气压缩机和空压机调节阀，气水压转换系统包括装有水的压力桶，压力桶的下端分别开设高度不同的压力水上分流出口和压力水下分流出口，空压机调节阀通过空气管路与设在压力桶上的调压阀相连，并通过调压阀将一定压力的压缩空气通入压力桶中；压力水上分流出口的管路上设有三通阀，三通阀的一个出水口与岩土渗透仪通过管路相连，另一个出水口与岩石渗透压力室的压头通过管路相连，压力水下分流出口与岩石渗透压力室的压力室壁相连，岩石渗透压力室以及岩土渗透仪的下端均连接有废水收集装置；压力水上分流出口与三通阀之间连接的管路上、压力水下分流出口与岩石渗透压力室的压力室壁之间连接的管路上、三通阀与岩石渗透压力室的压头之间连接的管路上、三通阀与岩土渗透仪之间连接的管路上、岩石渗透压力室与废水收集装置之间连接管路上、岩土渗透仪与废水收集装置之间连接管路上均设置数据采集分析系统。

通过空气压缩机提供一定压力的压缩气体，并将压缩气体通入压力桶中，将压缩气体转换为一定压力的压力水，由于压力桶设有上下两个压力水分流出口，由于压力水上分流出口的水流压力小于压力水下分流出口，因此将压力较高的气压水为岩石渗透压力室提供围压以使试样和乳胶套紧密贴合，将压力较低的气压水为岩石渗透压力室或者岩土渗透仪提供渗透压，并利用三通阀作为选择阀，从而可以通过一套设备即完成了多组试样的渗透试验，且不同介质采用不同的渗透试样容器，渗透试验更具有针对性，有效提高了试验结果的精确性。

进一步的，所述数据采集分系统包括依次连接在管路上的水管球阀、前置过滤器、压力变送器和涡轮流量计，压力变送器上测定的压力值以及涡轮流量计上测定的流量值均通过数据采集仪采集至计算机进行数据分析。

为了保证压力桶的使用安全，压力桶的桶盖密封安装压力桶上，且压力桶上设有安全阀和泄压阀。

具体的，所述岩石渗透压力室包括由上至下依次设置的压头、上透水板、岩样、下透水板和底座，岩样固定在压力室的压头和底座之间，且岩样的外端套有乳胶套，压头通过拧紧螺栓紧固在压力室壁上端，压头和压力室壁上均设有供水流入的阀口，底座上设有供水流出的阀口；岩土渗透仪包括渗透仪支架、不锈钢环刀以及固定不锈钢环刀的渗透仪底座，渗透仪支架固定在渗透仪底座上，粘性土被放置在不锈钢环刀内，且粘性土的上下均设有透水石，上端透水石上端设有渗透仪上盖，压紧手轮安装在渗透仪支架上端并与渗透仪上盖相连，通过旋转压紧手轮压紧渗透仪上盖从而压紧粘性土；渗透仪上盖上设有供水流入的阀口，渗透仪底座上设有供水流出的阀口。

压力水上分流出口的水流压力小于压力水下分流出口，压力水下分流出口流出的压力水通过压力室壁上的阀口为岩石渗透压力室提供围压以使岩样和乳胶套紧密贴合；压力水上分流出口流出的压力水分别通过压头上的阀口为岩石渗透压力室提供渗透压力、通过渗透仪上盖上阀口为岩土渗透仪提供渗透压力；经过岩石渗透压力室渗透后的水再通过底座上阀口排出至其底部的废水收集系统，经过岩土渗透仪渗透后的水再通过渗透仪底座上的阀口排出至其底部的废水收集系统。

所述废水收集系统包括量杯和水桶。

一种利用分流桶提供渗压及围压的渗透性测试方法，包括以下步骤：

第一步、将试验装置放置于试验台，检查各管路密封性是否良好、线路是否安全、各部件是否松动，经检查无异常后放入试样；

第二步、接通空气压缩机电源开始储气，当压力表显示气压为0.8mpa时，储气完成；打开空压机出气阀和压力桶的进气阀，使压缩气流输出至压力桶，并通过空压机调压阀和压力桶调压阀调节压力桶的气压，使流向压力桶内的气流维持在一定压力；

第三步、依次打开压力桶压力水上分流出口和/或压力水下分流出口的水流球阀，使渗透水流入试样渗透压力室进行渗透试验；

第四步、气压将压力桶内的水压出，依次经过球阀、前置过滤器、压力变送器、涡轮流量计，进入岩石渗透压力室和/或岩土渗透仪后再经过数据采集及分析系统后渗出，并通过废水收集装置收集处理；

第五步、压力变送器、涡轮流量计采得各位置的压力信号和流量信号均通过数据采集仪导入计算机内进行试验数据的记录分析；

第六步、试验完成后，依次关闭空气压缩机的开关、各管路球阀，然后打开分流压力桶上的泄压阀进行泄压；

第七步、关闭其他试验部件，整理试验用品，处理试验废物，打扫试验台，试验结束。

进一步的，当仅进行岩石渗透试验时，第三步中，首先，打开压力水下分流出口处的水流开关，将下分流出口的水压作为围压首先施加到岩石渗透压力室的腔体内，使试样和乳胶套紧密贴合，压力水下分流出口与岩石渗透压力室的压力室壁之间连接的管路上的数据采集及分析系统进行压力、流量的数据采集与输出；然后，打开压力水上分流出口以及岩石渗透压力室的水流开关，使渗压水流通过压力水管进入压力室进行渗透压测试，三通阀与岩石渗透压力室的压头之间连接的管路上的数据采集及分析系统进行压力、流量的数据采集与输出。

进一步的，当仅进行岩土渗透试验时，第三步中，打开压力水上分流出口及岩土渗透仪的水流开关，渗透压水流通过压力水管进入岩土渗透仪，三通阀与岩土渗透仪之间连接的管路上的数据采集及分析系统进行压力、流量的数据采集与输出。

进一步的，当同时进行岩石渗透试验和岩土渗透试验时，第三步中，首先，打开压力水下分流出口处的水流开关，将下分流出口的水压作为围压首先施加到岩石渗透压力室的腔体内，使试样和乳胶套紧密贴合，压力水下分流出口与岩石渗透压力室的压力室壁之间连接的管路上的数据采集及分析系统进行压力、流量的数据采集与输出；然后，打开压力水上分流出口、岩石渗透压力室处的水流开关和岩土渗透仪处的水流开关，使渗压水流通过压力水管分别进入岩石渗透压力室和岩土渗透压力室进行渗透压测试，压力水上分流出口与三通阀之间连接的管路上数据采集及分析系统、三通阀与岩石渗透压力室的压头之间连接的管路上的数据采集及分析系统、三通阀与岩土渗透仪之间连接的管路上的数据采集及分析系统分别进行压力、流量的数据采集与输出。

本发明的有益效果在于：1)，利用气压水作为岩石岩土渗透试验的压力，可以保证水流的压力更加稳定，同时有效消除水流中的气泡等影响水压波动的因素；2)，通过在压力桶上设置不同的分流口来同时提供渗透水压及围压，减少冗余仪器设备，操作更加简单；3)，利用三通阀可以同时完成岩土和岩石不同试样的渗透试验，有利于提高试验效率，节约时间与成本；4)，不同介质采用不同的渗透试验容器，渗透试验更具有针对性，有效提高了试验结果的精确性。

附图说明

图1是本发明中装置结构示意图；

图1中：1、气压供给及控制系统，11、空气压缩机，12、空压机调压阀，2、气水压转换系统，21、泄压阀，22、安全阀，23、调压阀，24、桶盖，25、压力桶，261、压力水上分流出口,262、压力下分流出口，3、试样渗透压力室，31、岩石渗透压力室，311、拧紧螺栓，312、压头，313、乳胶套，314、岩样，315、压力室壁，316、底座，317、压力室支架，321、压紧手轮，322、渗透仪支架，323、渗透仪上盖，324、不锈钢环刀，325、粘性土，326、透水石，327、渗透仪底座，4、数据采集分析系统，41、水管球阀，42、前置过滤器，43、压力变送器，44、涡轮流量计，45、数据采集仪，46、计算机，47、三通阀，5、废水收集系统，51、水桶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述，为了省略图幅，图中数据采集分析系统4部分采用简略画法，所有标注序号4所包括的部件相同。

如图1所示，一种利用分流桶提供渗压及围压的渗透性测试装置，包括试样渗透压力室3、数据采集系统4以及压力水供给装置，所述试样渗透压力室3包括岩石渗透压力室31和岩土渗透仪32，压力水供给装置包括气压供给及控制系统1和气水压转换系统2，气压供给及控制系统1包括空气压缩机11和空压机调节阀12，气水压转换系统2包括装有水的压力桶25，压力桶25的下端分别开设高度不同的压力水上分流出口261和压力水下分流出口262，空压机调节阀12通过空气管路与设在压力桶25上的调压阀23相连，并通过调压阀23将一定压力的压缩空气通入压力桶25中；压力水上分流出口261的管路上设有三通阀47，三通阀47的一个出水口与岩土渗透仪32通过管路相连，另一个出水口与岩石渗透压力室31的压头312通过管路相连，压力水下分流出口262与岩石渗透压力室31的压力室壁315相连，岩石渗透压力室31以及岩土渗透仪32的下端均连接有废水收集装置5；压力水上分流出口261与三通阀47之间连接的管路上、压力水下分流出口262与岩石渗透压力室31的压力室壁315之间连接的管路上、三通阀47与岩石渗透压力室31的压头312之间连接的管路上、三通阀47与岩土渗透仪32之间连接的管路上、岩石渗透压力室31与废水收集装置5之间连接管路上、岩土渗透仪32与废水收集装置5之间连接管路上均设置数据采集分析系统4。

通过空气压缩机11提供一定压力的压缩气体，并将压缩气体通入压力桶25中，将压缩气体转换为一定压力的压力水，由于压力桶25设有上下两个压力水分流出口，且压力水上分流出口261的水流压力小于压力水下分流出口262，因此将压力较高的气压水为岩石渗透压力室31提供围压以使试样和乳胶套紧密贴合，将压力较低的气压水为岩石渗透压力室31或者岩土渗透仪32提供渗透压，并利用三通阀47作为选择阀，从而可以通过一套设备即完成了多组试样的渗透试验，且不同介质采用不同的渗透试样容器，渗透试验更具有针对性，有效提高了试验结果的精确性。

进一步的，所述数据采集分系统4包括依次连接在管路上的水管球阀41、前置过滤器42、压力变送器43和涡轮流量计44，压力变送器43上测定的压力值以及涡轮流量计44上测定的流量值均通过数据采集仪45采集至计算机46进行数据分析。

为了保证压力桶25的使用安全，压力桶的桶盖24密封安装压力桶25上，且压力桶上设有安全阀22和泄压阀21。

具体的，所述岩石渗透压力室31包括由上至下依次设置的压头312、上透水板、岩样314、下透水板和底座316，岩样314固定在压力室的压头312和底座316之间，且岩样的外端套有乳胶套313，压头312通过拧紧螺栓311紧固在压力室壁315上端，压头312和压力室壁315上均设有供水流入的阀口，底座316上设有供水流出的阀口；岩土渗透仪32包括渗透仪支架322、不锈钢环刀324以及固定不锈钢环刀的渗透仪底座327，渗透仪支架322固定在渗透仪底座327上，粘性土325被放置在不锈钢环刀324内，且粘性土325的上下均设有透水石326，上端透水石326上端设有渗透仪上盖323，压紧手轮321安装在渗透仪支架322上端并与渗透仪上盖323相连，通过旋转压紧手轮321压紧渗透仪上盖323从而压紧粘性土325；渗透仪上盖323上设有供水流入的阀口，渗透仪底座327上设有供水流出的阀口。

压力水上分流出口261的水流压力小于压力水下分流出口262，压力水下分流出口262流出的压力水通过压力室壁315上的阀口为岩石渗透压力室31提供围压以使岩样314和乳胶套313紧密贴合；压力水上分流出口261流出的压力水分别通过压头312上的阀口为岩石渗透压力室31提供渗透压力、通过渗透仪上盖323上阀口为岩土渗透仪32提供渗透压力；经过岩石渗透压力室31渗透后的水再通过底座316上阀口排出至其底部的废水收集系统5，经过岩土渗透仪32渗透后的水再通过渗透仪底座327上的阀口排出至其底部的废水收集系统5。

所述废水收集系统5包括量杯和水桶51。

一种利用分流桶提供渗压及围压的渗透性测试方法，包括以下步骤：

第一步、将试验装置放置于试验台，检查各管路密封性是否良好、线路是否安全、各部件是否松动，经检查无异常后放入试样；

第二步、接通空气压缩机11电源开始储气，当压力表显示气压为0.8mpa时，储气完成；打开空压机出气阀和压力桶的进气阀，使压缩气流输出至压力桶25，并通过空压机调压阀12和压力桶调压阀23调节压力桶25的气压，使流向压力桶25内的气流维持在一定压力；

第三步、依次打开压力桶压力水上分流出口261和/或压力水下分流出口262的水流球阀，使渗透水流入试样渗透压力室进行渗透试验；

当仅进行岩石渗透试验时，第三步中，首先，打开压力水下分流出口262处的水流开关，将下分流出口的水压作为围压首先施加到岩石渗透压力室31的腔体内，使试样和乳胶套紧密贴合，压力水下分流出口262与岩石渗透压力室31的压力室壁315之间连接的管路上的数据采集及分析系统4进行压力、流量的数据采集与输出；然后，打开压力水上分流出口261以及岩石渗透压力室31的水流开关，使渗压水流通过压力水管进入压力室进行渗透压测试，三通阀47与岩石渗透压力室31的压头312之间连接的管路上的数据采集及分析系统4进行压力、流量的数据采集与输出；

当仅进行岩土渗透试验时，第三步中，打开压力水上分流出口261及岩土渗透仪32的水流开关，渗透压水流通过压力水管进入岩土渗透仪，三通阀47与岩土渗透仪32之间连接的管路上的数据采集及分析系统4进行压力、流量的数据采集与输出；

当同时进行岩石渗透试验和岩土渗透试验时，第三步中，首先，打开压力水下分流出口262处的水流开关，将下分流出口的水压作为围压首先施加到岩石渗透压力室31的腔体内，使试样和乳胶套紧密贴合，压力水下分流出口262与岩石渗透压力室31的压力室壁315之间连接的管路上的数据采集及分析系统4进行压力、流量的数据采集与输出；然后，打开压力水上分流出口261、岩石渗透压力室31处的水流开关和岩土渗透仪32处的水流开关，使渗压水流通过压力水管分别进入岩石渗透压力室31和岩土渗透压力室32进行渗透压测试，压力水上分流出口261与三通阀47之间连接的管路上数据采集及分析系统4、三通阀47与岩石渗透压力室31的压头312之间连接的管路上的数据采集及分析系统4、三通阀47与岩土渗透仪32之间连接的管路上的数据采集及分析系统4分别进行压力、流量的数据采集与输出。

第四步、气压将压力桶25内的水压出，依次经过水管球阀41、前置过滤器42、压力变送器43、涡轮流量计44，进入岩石渗透压力室31和/或岩土渗透仪32后再经过数据采集及分析系统4后渗出，并通过废水收集系统5收集处理；

第五步、压力变送器43、涡轮流量计44采得各位置的压力信号和流量信号均通过数据采集仪45导入计算机46内进行试验数据的记录分析；

第六步、试验完成后，依次关闭空气压缩机11的开关、各管路球阀，然后打开分流压力桶上的泄压阀进行泄压；

第七步、关闭其他试验部件，整理试验用品，处理试验废物，打扫试验台，试验结束。