一种土样变水头渗透试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及土工试验设备技术领域，具体涉及一种土样变水头渗透试验装置，适用于岩土工程地质勘察、水利水电、道路、桥梁、铁路工程、有色、煤炭等行业。


背景技术：

2.室内渗透试验的目的是测定土的渗透系数，本试验在室内可根据不同土质选择不同类型的仪器进行；在室内有常水头渗透试验和变水头渗透试验两种；在野外可采用试坑渗水法测定非饱和土的渗透系数。
3.土在水头差的作用下会引起渗透，一是渗漏，二是渗流。饱和土地基在建筑物荷载作用下产生压缩(固结)变形需经过一定时间才能稳定，而经历时间的长短与渗透性直接有关，在分析饱和土地基的沉降和时间的关系时，需要知道土的渗透性；开挖基坑时遇到地下水则需要根据土的渗透性估算涌水量，以配置排水设备，所有这些都离不开土的渗透性。对于砂性土和松散的状态的各种土样，室内渗透试验结果与现场实际测得的结果相差不大。
4.水利水电行业勘察时，发现水库大坝和堤防一般在低水位运行的时候完好无损，当遇到高水位的汛期时，大坝和堤防往往出现渗水进而出现渗透破坏的情况。分析其原因，当堤防和大坝断面不变的情况下，水头升高导致水力梯度加大，当大于土的临界水力比降时，土就会发生渗透破坏。
5.渗透试验理论基础是达西渗透定律，对于密实的黏土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，只有当水力梯度达到某一数值时，克服了吸着水的粘滞阻力后，才能发生渗透。
6.影响土样的渗透系数有以下几种情况：
7.1、透水石及人为因素的影响
8.《土工试验方法标准》中规定试验所用的透水石的渗透系数应大于10
‑3cm/s，而在实际的操作中，由于透水石，每天都在使用，细小的土颗粒难免会堵塞透水石，即便是每天试验结束后，都用专用工具清洗也无法保证透水石的渗透系数始终保持在大于10
‑3。透水石的透水性是影响渗透试验结果的一般因素，可以通过清洗、更换透水石等方法加以避免。
9.在开土过程中，渗透试验所选土样的切削方法，标准中是有明确规定的，如果开土者不按标准要求切削土样，势必会造成土样孔隙被堵塞和扰动，最终都会影响到渗透系数。
10.2、土粒的大小、颗粒的级配、土的孔隙比及饱和度影响
11.土样颗粒的粒径愈粗，土粒的平均尺寸就愈大，土的渗透性就好；颗粒级配越是良好，土粒直径不均匀，密实度增加，渗透系数就越小。松散土样的孔隙比大，土样的透水性就好；反之，密实土样的孔隙比小，土颗粒的粒径小，粘粒含量越大，土样的透水性就越差；土的孔隙比大小，一定程度决定着渗透系数的大小。土的饱和程度决定着土的渗透快慢，同一土样饱和度越大，产生透水越快；反之，土样饱和度越小，产生透水越慢。室内在实际操作中，给土样按标准中规定的要求进行饱和后，要测土样饱和后的含水率、密度及饱和度，以确定土样完全饱和。
12.3、土颗粒的组成、水温、试验用水及水的粘滞性的影响
13.对于含粘土矿物的土体，土粒四周水膜厚度对渗透性的影响很大；水的粘滞性对渗透系数的影响也很大，水的粘滞性随着水温的升高而降低，水温越低，水的粘滞性愈大，则渗透系数就越小，温度对土的渗透系数影响很大，在做渗透试验时要测量水的温度，按标准中的规定，温度要高于室温3
‑
4℃。如果试验用水不经脱气或脱气不彻底，在试验过程中会形成很厚的水膜，堵塞土中的孔隙，降低土样的渗透性，从而影响土样的渗透系数。
14.现有的室内变水头渗透试验装置由供水装置、渗透试验装置、操作平台组成，供水装置由储水箱、供水泵、进水总管、出水总管组成，渗透试验装置由多套平行排列的分渗透试验装置组成，每套分渗透试验装置包括变水头管和渗透仪。现有室内变水头渗透试验装置存在以下缺陷：
15.1、在渗透试验中，设备进水为一个方向进水，如果试验土样下部放置透水石，水会先浸透透水石，然后再浸透试验土样，透水石往往时间用久后，孔隙会被堵塞，扬压力减小，延长渗透时间同时还会影响土样的渗透结果。如果试验土样下部不放透水石，水头差会产生水流集中现象，造成非黏性土的渗透破坏。
16.2、现有设备在操作和安装过程费力而繁琐，极易从侧面漏水，本实用新型通过多个密封圈以及横梁、调节螺栓压紧密封盖，确保密封性，操作方便。


技术实现要素：

17.为此，本实用新型提供一种土样变水头渗透试验装置，以解决现有技术中试验精度、试验效率低以及操作不方便的问题。
18.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
19.该土样变水头渗透试验装置包括集水底座、试样护筒、环刀和密封盖，集水底座的中部设有集水腔，集水底座内还设有环绕集水腔设置的环形进水腔，集水底座的外壁上设有连通环形进水腔的主进水孔接头以及连通集水腔的排气孔接头，集水底座的内壁上开设多个连通环形进水腔与集水腔的分支进水孔，试样护筒固定在集水底座的上侧，试样护筒的下部连通集水腔，试样护筒下侧设有下部过滤机构，环刀固定在试样护筒内，密封盖固定在试样护筒的上侧，密封盖上设有排水口，密封盖与环刀之间设有上部过滤机构。
20.进一步地，所述的集水底座包括内筒和外筒，内筒固定在一个底盘上，外筒固定在内筒外侧，外筒下端与内筒螺纹连接，外筒上端设有内翻边，内筒上端设有与内翻边密封连接的外翻边，内筒与外筒的中部间隔设置形成环形进水腔，分支进水孔均匀开设在内筒的中部。
21.进一步地，所述的底盘上侧开设有环绕内筒设置的密封槽，密封槽内设有下密封圈，外筒下端压紧在下密封圈上。
22.进一步地，所述的底盘在内筒两侧固定有立柱，两个立柱的上端设有用于向下压紧密封盖的密封盖压紧机构。
23.进一步地，所述的密封盖压紧机构包括横梁、调节螺栓和锁紧件，横梁的一端与一个立柱转动连接，锁紧件固定在另一个立柱上用于连接横梁的另一端，调节螺栓螺纹连接横梁的中部，调节螺栓的下端压设在密封盖上侧。
24.进一步地，所述的下部过滤机构为过滤网，试样护筒的下部设有固定过滤网的滤网固定机构。
25.进一步地，所述的试样护筒的内壁设有上过滤网固定台和下过滤网固定台，滤网固定机构包括上过滤网固定环和下过滤网固定环，过滤网分为大过滤网和小过滤网，其中大过滤网固定在下过滤网固定环与下过滤网固定台之间，小过滤网固定在上过滤网固定环与上过滤网固定台之间，上过滤网固定环和下过滤网固定环均与试样护筒下部螺纹连接，上过滤网固定环的上侧还设有伸入试样护筒内部的过滤网固定筒，过滤网固定筒的上端压紧小过滤网。
26.进一步地，所述的上部过滤机构为透水石，透水石的上部固定在密封盖内，密封盖的下侧设有密封环，密封环的内侧为排水槽，排水孔连通排水槽。
27.进一步地，所述的试样护筒上部内壁上设有密封圈固定台和环刀固定台，环刀固定台设置在密封圈固定台的下侧，环刀的上侧设有固定在环刀固定台上的环刀翻边，密封圈固定台上侧设有上密封圈，密封盖固定在上密封圈上侧。
28.进一步地，所述的排气孔接头与主进水孔接头分别设置在集水底座的两侧，且排气孔接头的高度高于主进水孔接头。排气孔与底盘上的内筒连通，用于排除集水腔内空气；进水孔不与内筒直接连通，而是水通过进水孔进入到环形进水腔内后，再由内筒上的分支进水孔进入集水腔内。
29.本实用新型具有如下优点：
30.1、本实用新型改变了进水方式，将以往的单一方向进水改为环形进水，环形进水腔能够对集水腔内的水产生均匀的压力，水进入集水腔后在水头压力作用下能够均匀进入试验土样内，可以有效缩短试验透水时间并解决水流集中对非黏性土产生渗透破坏的问题，提高试验效率和试验精度，为工程设计和施工提供准确可靠的土性指标，而且该土样变水头渗透试验装置结构简单，操作方便。
31.2、本实用新型的下部过滤机构采用的是过滤网，过滤网的的透水系数远远大于10
‑1，从而解决了透水石被细小颗粒堵塞影响透水试验结果的问题。
32.3、本实用新型中的过滤网分为大过滤网和小过滤网，使用40mm高度环刀时，利用下过滤网固定环与下过滤网固定台固定大过滤网，使用20mm高度环刀进行试验时，则利用上过滤网固定环与上过滤网固定台固定小过滤网，可实现一个设备满足两种不同厚度的土样进行渗透试验，节约成本，提交工作效率。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
34.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
35.图1为本实用新型实施例提供的一种土样变水头渗透试验装置的立体图；
36.图2为本实用新型实施例提供的土样变水头渗透试验装置的主视图；
37.图3为图中a
‑
a处的剖视图；
38.图4为本实用新型实施例提供的土样变水头渗透试验装置的爆炸图；
39.图5为本实用新型实施例试样护筒的示意图；
40.图6为本实用新型实施例试样护筒安装上过滤网固定环的示意图；
41.图7为本实用新型实施例下过滤网固定环与扳手的示意图；
42.图8为本实用新型实施例用于固定锁紧件的工具的示意图；
43.图9为本实用新型实施例工具锁紧锁紧件的示意图；
44.图10为本实用新型实施例锁紧件锁紧后的示意图；
45.图中：1
‑
底盘 2
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集水底座 3
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试样护筒 4
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立柱 5
‑
密封盖 6
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横梁 7
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调节螺栓 8
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排气孔接头 9
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排水口 10
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锁紧槽 11
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锁紧件 12
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扳手 13
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下密封圈 14
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主进水孔接头 15
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环形进水腔 16
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集水腔 17
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分支进水孔 18
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下过滤网固定环 19
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环刀 20
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透水石 21
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环刀翻边 22
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中密封圈 23
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上密封圈 24
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排水槽 25
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过滤网 26
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上过滤网固定环 27
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过滤网固定筒 28
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试验土样 29
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工具 30
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插槽 31
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弯折部 201
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内筒 202
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外筒 203
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外翻边 204
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内翻边 301
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下过滤网固定台 302
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上过滤网固定台 303
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环刀固定台 304
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密封圈固定台 501
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球窝。
具体实施方式
46.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
47.参见图1～4，该土样变水头渗透试验装置包括集水底座2、试样护筒3、环刀19和密封盖5，集水底座2的中部设有集水腔16，集水底座2内还设有环绕集水腔16设置的环形进水腔15，集水底座2的外壁上设有连通环形进水腔15的主进水孔接头14以及连通集水腔16的排气孔接头8，集水底座2的内壁上开设多个连通环形进水腔15与集水腔16的分支进水孔17，试样护筒3固定在集水底座2的上侧，试样护筒3的下部连通集水腔16，试样护筒3下侧设有下部过滤机构，环刀19固定在试样护筒3内，密封盖5固定在试样护筒3的上侧，密封盖5上设有排水口9，密封盖5与环刀19之间设有上部过滤机构。
48.集水底座2包括内筒201和外筒202，内筒201固定在一个底盘1上，外筒202固定在内筒201外侧，外筒202下端与内筒201螺纹连接，外筒202上端设有内翻边204，内筒201上端设有与内翻边204密封连接的外翻边203，内筒201与外筒202的中部间隔设置形成环形进水腔15，分支进水孔17均匀开设在内筒201的中部。排气孔接头8与主进水孔接头14分别设置在集水底座2的两侧，且排气孔接头8的高度高于主进水孔接头14，这样有利于在进水时排出集水腔16内的空气。
49.在底盘1上侧开设有环绕内筒201设置的密封槽，密封槽内设有下密封圈13，外筒
202下端压紧在下密封圈13上。同时在外筒202的内翻边204上侧设置有用于放置中密封圈22的密封槽，试样护筒3下端通过中密封圈22与外筒202密封连接。试样护筒3的上侧设置上密封圈23，密封盖5通过上密封圈23与试样护筒3密封连接。本实用新型通过多个密封圈实现整体较好的密封性确保试验数据准确可靠。
50.底盘1在内筒201两侧固定有立柱4，两个立柱4的上端设有用于向下压紧密封盖5的密封盖压紧机构。本实施例的密封盖压紧机构包括横梁6、调节螺栓7和锁紧件11，横梁6的一端与一个立柱4转动连接，锁紧件11固定在另一个立柱4上用于连接横梁6的另一端，调节螺栓7螺纹连接横梁6的中部，调节螺栓7的下端压设在密封盖5上侧。横梁6的另一端上侧设有锁紧槽10，锁紧件11上具有用于固定在锁紧槽10内的拉杆，然后通过弹簧件锁紧横梁6。调节螺栓7的作用是确保横梁6能对密封盖5进行压紧，螺栓7的下部为球形，密封盖5上部具有一个向上凸起的球窝501，首先需要将调节螺栓7向下拧使调节螺栓7的球形下端触及密封盖5的球窝501，此时横梁6不会完全落在另一个立柱4上，这样才能够保证锁紧件11能够向下压紧横梁6，确保密封可靠。
51.本实用新型中的下部过滤机构为过滤网25，试样护筒3的下部设有固定过滤网25的滤网固定机构。过滤网25的的透水系数远远大于10
‑1，从而解决了透水石20被细小颗粒堵塞影响透水试验结果的问题，同时过滤网25对试验土样28起支撑作用，防止土样掉渣。上部过滤机构为透水石20，透水石20的上部固定在密封盖5内，密封盖5的下侧设有密封环，密封环的内侧为排水槽24，排水孔连通排水槽24。
52.参见图5～6，试样护筒3的内壁设有上过滤网固定台302和下过滤网固定台301，滤网固定机构包括上过滤网固定环26和下过滤网固定环18，过滤网25分为大过滤网和小过滤网，其中大过滤网固定在下过滤网固定环18与下过滤网固定台301之间，小过滤网固定在上过滤网固定环26与上过滤网固定台302之间，上过滤网固定环26和下过滤网固定环18均与试样护筒3下部螺纹连接，上过滤网固定环26的上侧还设有伸入试样护筒3内部的过滤网固定筒27，过滤网固定筒27的上端压紧小过滤网。
53.本实用新型中的过滤网25分为大过滤网和小过滤网，使用40mm高度环刀19时，利用下过滤网固定环18与下过滤网固定台301固定大过滤网，使用20mm高度环刀19进行试验时，则利用上过滤网固定环26与上过滤网固定台302固定小过滤网，可实现一个设备满足两种不同厚度的土样进行渗透试验，节约成本，提交工作效率。
54.试样护筒3上部内壁上设有密封圈固定台304和环刀固定台303，环刀固定台303设置在密封圈固定台304的下侧，环刀19的上侧设有固定在环刀固定台303上的环刀翻边21，密封圈固定台304上侧设有上密封圈23，密封盖5固定在上密封圈23上侧。环刀19的环刀翻边21固定在环刀固定台303后其上表面与密封圈固定台304平齐，以便于放置上密封圈23。
55.参见图7，下过滤网固定环18的下侧设有两个孔，通过一个u型的扳手12两端插入孔内旋转下过滤网固定环18，使得下过滤网固定环18与试样护筒3牢固连接。上过滤网固定环26同样采用扳手12进行旋转固定。
56.试验过程：首先组装试验装置，将下密封圈13放置在底盘1的密封槽内，外筒202拧紧在内筒201外侧，主进水孔接头14连接外筒202，排气孔接头8穿过外筒202后与内筒201固定连接。中密封圈22放置在外筒202上侧的密封槽内，将环刀19固定在试样护筒3内，环刀19内具有土样28，利用下过滤网固定环18将大过滤网固定在土样28下侧，然后将试样护筒3放
置在外筒202上侧，上密封圈23放置在试样护筒3的密封圈固定台304上侧，将透水石20放置于土样28上侧，在土样28与透水石20之间还可以放置一层滤布，将密封盖5放置在透水石20上侧，横梁6翻转至密封盖5上侧，旋转调节螺栓7使横梁6的重量通过调节螺栓7落在密封盖5上，而非另一侧的立柱4上。
57.参见图8～10，为了确保密封盖5密封固定，锁紧件11需要较大压力才能锁紧，这就要求操作者需要有较大的力气，即使操作者具备较大力气，反复操作也会导致手指酸痛，本实施例提供了一种工具29，该工具29为板状结构，在工具29的一端设有插槽30，工具29的中部具有弯折部31，使用时先将锁紧件11的拉杆固定在锁紧槽10内，然后将工具29的插槽30套在锁紧件11的下压按柄处，下压工具29，利用杠杆原理使锁紧件11锁紧固定。同时该工具29还可以作打开锁紧件11之用。通过锁紧件11锁紧横梁6，使密封盖5、试样护筒3与外筒202之间形成紧密的密封。操作非常方便、省力，而且结构简单。
58.水头连接主进水孔接头14，水首先进入环形进水腔15，然后通过分支进水孔17进入集水腔16，集水腔16内的空气通过排气孔接头8排出，排气孔接头8连接一段软管，当排气完成后利用管夹对排气孔接头8进行密封。水向上经过过滤网25接触环刀19内的试验土样28，然后经过透水石20后由密封盖5上的排水口9排出，最终计算得到试验土样28的渗透参数。本实用新型改变了进水方式，将以往的单一方向进水改为环形进水，水进入集水腔16后在水头压力作用下能够均匀进入试验土样28内，可以有效缩短试验透水时间和解决水流集中对非黏性土产生渗透破坏，提高试验效率和试验精度，为工程设计和施工提供准确可靠的土性指标，而且该土样变水头渗透试验装置结构简单，操作方便。
59.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。