一种原状土渗透试验装置及方法

本发明属于岩土试验，特别涉及一种原状土渗透试验装置及方法。

背景技术：

1、在岩土工程领域，土的渗透问题一直是实际工程的难点，其与基坑、边坡的稳定性以及场地的封闭防水处理等有着紧密的关系；土的渗透性是指土被水渗透过的性能，一般采用渗透系数进行衡量；因此，准确测定土的渗透系数对岩土工程的安全建设和经济效益有着十分重要的意义；土的渗透系数通常采用渗透试验进行确定，一般包括现场原位测试和室内试验；其中，由于测试费用及技术条件的影响，原位测试很少应用于实际工程中，大多以试验测定为主。

2、在现有的室内试验方法标准规定以及室内试验条件下，常水头适用于粗粒土，而变水头适用于渗透性低的细粒土，例如粉土或黏质土；根据土样特征，分为原状土样试验及重塑土样试验；其中，重塑土样试验中，普遍采用环刀法进行取样，重塑土可以较为均匀的在环刀中直接制备，土样表面光滑平整与环刀贴和紧密，但由于重塑土与实际工程的现场地质条件存在差异，往往导致渗透试验结果的偏差较大；而原状土样的性质与实际工程的现场地质条件更加一致，因此原状土样试验被广泛应用于工程实际中。

3、在原状土样试验中，采用现有的环刀法取的原状土样时，由于现场地质条件的特殊性，特别是经过强夯、碾压的土层，存在无法压入环刀或试样边缘破碎的情况，导致取样难、土样不符合标准等问题产生；其次，试验时需要将带有土样的环刀与渗透试验设备相连，但环刀的外壁与渗透试验设备的内壁之间往往存在一定缝隙，试验中水易通过缝隙渗透，增大了渗透试验的误差。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种原状土渗透试验装置及方法，以解决现有土渗透试验时，试验结果误差较大的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种原状土渗透试验装置，包括底板、圆柱底座、顶盖、下透水石板、原状土样、环形密封蜡及上透水石板；

4、所述圆柱底座固定在所述底板的上方，所述圆柱底座为中空的圆柱筒体结构；所述圆柱底座的内壁上从下到上依次设置有第一环形台阶、第二环形台阶及第三环形台阶；其中，所述第一环形台阶、所述第二环形台阶及所述第三环形台阶的径向尺寸依次渐小；

5、所述下透水石板水平设置在所述第一环形台阶的上端，所述下透水石板的上表面与所述第二环形台阶的上端面平齐；所述原状土样水平设置在所述下透水石板的上表面；所述环形密封蜡为圆环形蜡块结构，所述环形密封蜡设置在所述第二环形台阶的上端，并置于所述原状土样与所述第三环形台阶的内壁之间；所述上透水石板水平设置在所述原状土样及所述环形密封蜡的上表面，所述顶盖水平设置在所述第三环形台阶的上端；

6、所述下透水石板、所述第一环形台阶的内壁及所述底板合围形成下进水腔，所述顶盖、所述第三环形台阶的内壁及所述上透水石板合围形成上进水腔。

7、进一步的，所述环形密封蜡的高度与所述原状土样的高度相同，所述环形密封蜡的径向宽度尺寸大于所述第二环形台阶的径向厚度尺寸。

8、进一步的，所述下透水石板的直径与所述第二环形台阶的内径相同；所述上透水石板的直径与所述第三环形台阶的内径相同；所述顶盖的直径与所述圆柱底座的内径相同。

9、进一步的，所述原状土样的直径小于所述下透水石板的直径，且所述原状土样的直径大于所述第一环形台阶的内径。

10、进一步的，所述圆柱底座的侧壁底端设置有下进水口，所述下进水口的一端与所述下进水腔连通，所述下进水口的另一端用于与第一储水箱相连；所述圆柱底座的侧壁顶端设置有上进水口，所述上进水口的一端与所述上进水腔连通，所述上进水口的另一端用于与第二储水箱相连。

11、进一步的，还包括两个支撑立柱、横杆支架及固定螺杆；两个所述支撑立柱竖向平行设置在所述底板的上方，并对称设置在所述圆柱底座的两侧；

12、所述横杆支架水平设置在两个支撑立柱之间，所述横杆支架的中心设置有螺纹孔；所述固定螺杆的上端配合穿插在所述螺纹孔内，所述固定螺杆的下端竖向向下延伸并与所述顶盖的上表面中心顶紧设置。

13、进一步的，所述顶盖的上表面中心设置有螺杆配合槽，所述固定螺杆的下端配合设置在所述螺杆配合槽内。

14、进一步的，所述原状土样采用刀削法削割而成。

15、进一步的，所述原状土样采用刀削法削割而成的过程，具体如下：

16、采用钻孔取样方法，在实际工程的预设区域钻取预设尺寸的土样，接着采用刀削方式对所述预设尺寸的土样削割至设计尺寸，即得到所述原状土样。

17、本发明还提供了一种原状土渗透试验方法，利用所述的一种原状土渗透试验装置；

18、其中，所述原状土渗透试验方法，包括：

19、将圆柱底座固定在底板上，并将下透水石板放置在第一环形台阶上；接着，将预先制备好的原状土样放置在下透水石板上；接着，在所述原状土样的外侧与所述第三环形台阶的内壁之间浇筑蜡液，待蜡液冷却凝固后形成环形密封蜡；之后，将上透水石板放置在原状土样及环形密封蜡的上表面；接着，将顶盖安装在第三环形台阶的上端；最后，向下进水腔和上进水腔进行注水或排水，直至原状土样达到吸水饱和状态后，计算原状土样的渗透系数，即得到所述原状土渗透试验结果。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、本发明提供了一种原状土渗透试验装置及方法，将环形密封蜡设置在原状土样与第三环形台阶的内壁之间，形成对原状土样的四周形成密封效果，减少了由于制样不规范导致的渗透系数不准确，且降低了原状土样的四周表面平整度要求；其次，无需将环刀与渗透试验装置相连，避免了环刀与渗透试验装置的内腔存在空隙导致水分从空隙通过而造成渗透试验结果偏差的现象；通过在下透水石板的下方设置下进水腔，在上透水石板的上方设置上进水腔，确保了水从原状土样中竖向穿过，确保了渗透试验结果的精确性；试验装置简单，操作方便，渗透试验结果的准确度高。

22、进一步的，将环形密封蜡的高度与原状土样的高度相同设置，以及将环形密封蜡的径向宽度尺寸大于第二环形台阶的径向厚度尺寸进行设计，避免水从原状土样的四周边缘通过，保证了渗透试验结果的精确性。

23、进一步的，通过设置支撑立柱及横杆支架，利用设置在横杆支架上的固定螺杆对顶盖进行顶紧固定，确保了试验装置的稳定性和可靠性。

24、进一步的，原状土样采用刀削法削割而成，无需环刀进行取样，减少了制样的困难，测试效率高。

技术特征：

1.一种原状土渗透试验装置，其特征在于，包括底板(1)、圆柱底座(2)、顶盖(3)、下透水石板(7)、原状土样(8)、环形密封蜡(9)及上透水石板(10)；

2.根据权利要求1所述的一种原状土渗透试验装置，其特征在于，所述环形密封蜡(9)的高度与所述原状土样(8)的高度相同，所述环形密封蜡(9)的径向宽度尺寸大于所述第二环形台阶(202)的径向厚度尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种原状土渗透试验装置，其特征在于，所述下透水石板(7)的直径与所述第二环形台阶(202)的内径相同；所述上透水石板(10)的直径与所述第三环形台阶(203)的内径相同；所述顶盖(3)的直径与所述圆柱底座(2)的内径相同。

4.根据权利要求3所述的一种原状土渗透试验装置，其特征在于，所述原状土样(8)的直径小于所述下透水石板(7)的直径，且所述原状土样(8)的直径大于所述第一环形台阶(201)的内径。

5.根据权利要求1所述的一种原状土渗透试验装置，其特征在于，所述圆柱底座(2)的侧壁底端设置有下进水口(204)，所述下进水口(204)的一端与所述下进水腔(11)连通，所述下进水口(204)的另一端用于与第一储水箱相连；所述圆柱底座(2)的侧壁顶端设置有上进水口(205)，所述上进水口(205)的一端与所述上进水腔(12)连通，所述上进水口(205)的另一端用于与第二储水箱相连。

6.根据权利要求1所述的一种原状土渗透试验装置，其特征在于，还包括两个支撑立柱(4)、横杆支架(5)及固定螺杆(6)；两个所述支撑立柱(4)竖向平行设置在所述底板(1)的上方，并对称设置在所述圆柱底座(2)的两侧；

7.根据权利要求6所述的一种原状土渗透试验装置，其特征在于，所述顶盖(3)的上表面中心设置有螺杆配合槽(301)，所述固定螺杆(6)的下端配合设置在所述螺杆配合槽(301)内。

8.根据权利要求1所述的一种原状土渗透试验装置，其特征在于，所述原状土样(8)采用刀削法削割而成。

9.根据权利要求8所述的一种原状土渗透试验装置，其特征在于，所述原状土样(8)采用刀削法削割而成的过程，具体如下：

10.一种原状土渗透试验方法，其特征在于，利用如权利要求1-9任意一项所述的一种原状土渗透试验装置；

技术总结
本发明公开了一种原状土渗透试验装置及方法，包括底板；圆柱底座固定在底板的上方，圆柱底座为中空的圆柱筒体结构；圆柱底座的内壁上从下到上依次设置有第一、第二及第三环形台阶，且径向尺寸依次渐小；下透水石板水平设置在第一环形台阶的上端，下透水石板的上表面与第二环形台阶的上端面平齐；原状土样水平设置在下透水石板的上表面；环形密封蜡置于原状土样与第三环形台阶的内壁之间；上透水石板水平设置在原状土样及环形密封蜡的上表面，顶盖水平设置在第三环形台阶的上端；下透水石板、第一环形台阶的内壁及底板合围形成下进水腔，顶盖、第三环形台阶的内壁及上透水石板合围形成上进水腔；本发明试验装置简单，渗透试验结果的准确度高。

技术研发人员：王燕,姚斌,马云龙,侯旭辉,汪旭旭,胡玉定
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7