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專利名稱：水力—電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于土木工程中巖土工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及沿海城市的開發(fā)，急需處理的軟土地基也變得越來(lái)越復(fù)雜、多樣。軟黏土地基具有高含水率、低滲透性等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的排水固結(jié)方法費(fèi)用較高、工期較長(zhǎng)。而電滲法對(duì)低滲透性軟土地基具有處理效率高、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已逐漸受到人們關(guān)注。隨著電滲法在軟黏土地基處理中的應(yīng)用，水力滲透系數(shù)和電滲透系數(shù)已逐漸成為電滲固結(jié)工程計(jì)算中不可或缺的技術(shù)參數(shù)。水力滲透系數(shù)是描述土體滲透性的基本參數(shù)，在傳統(tǒng)固結(jié)法工程計(jì)算中已很常見(jiàn)，專門用于其測(cè)量的裝置也有多種。電滲透系數(shù)是衡量土體電滲透性的重要指標(biāo)，是指單位電力梯度下土體中的水流速度。20世紀(jì)早期，研究人員根據(jù)雙電層板間電容的概念導(dǎo)出電滲透系數(shù)的表達(dá)式。該表達(dá)式參數(shù)較多，且測(cè)量計(jì)算復(fù)雜，不適合工程應(yīng)用。常見(jiàn)的電滲透系數(shù)測(cè)量方法是根據(jù)室內(nèi)電滲固結(jié)試驗(yàn)由滲流量直接推算得出，這種方法得出的電滲透系數(shù)是一個(gè)與水力滲透系數(shù)綜合后的數(shù)值，不能單純反應(yīng)實(shí)際的電滲透系數(shù)；且容易受到電極腐蝕、土體開裂等因素的影響，準(zhǔn)確性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的裝置及測(cè)量方法可依次測(cè)出飽和軟黏土的水力滲透系數(shù)和電滲透系數(shù)。且裝置操作容易、準(zhǔn)確性高，成本低。其特征在于首先利用該裝置通過(guò)變水頭法測(cè)出飽和試樣的水力滲透系數(shù)kh，再根據(jù)飽和試樣在直流電場(chǎng)作用下快速形成反向水力梯度，水力梯度與電勢(shì)梯度快速達(dá)到平衡，測(cè)得平衡狀態(tài)下的電勢(shì)梯度L和水力梯度ih，根據(jù)平衡狀態(tài)下耦合出流khih=keie，計(jì)算出電滲透系數(shù)ke。該方法消除了傳統(tǒng)測(cè)量方法中kh對(duì)的影響，提高了電滲透系數(shù)的準(zhǔn)確性，為電滲法在巖土工程中的應(yīng)用提供可靠的技術(shù)參數(shù)。本發(fā)明所述水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置，包括滲透容器、直流電源、測(cè)量管、供水系統(tǒng)及緊固框架，其特征在于:所述滲透容器包括容器體、電極網(wǎng)和透水石。所述測(cè)量管包括測(cè)量管A和測(cè)量管B，測(cè)量管A通過(guò)相應(yīng)的柔性連接管與排水管連接，測(cè)量管B通過(guò)相應(yīng)的柔性連接管與進(jìn)水管連接。所述容器體采用絕緣材料，容器體上蓋設(shè)有陰極導(dǎo)線管和排水管；所述容器體中部沿軸向設(shè)有兩個(gè)電勢(shì)量測(cè)孔，電勢(shì)量測(cè)探針通過(guò)電勢(shì)測(cè)量孔插入飽和試樣中，方向與容器體軸向垂直；所述容器體下部側(cè)面設(shè)有陽(yáng)極導(dǎo)線管、進(jìn)水管和排氣管；所述電極網(wǎng)選用耐腐蝕材料，置于待測(cè)土體和透水石之間；透水石中心留有直徑Imm小孔，方便導(dǎo)線穿過(guò)。所述透水石距容器體上蓋和底部分別為Icm ;兩透水石間距4cm ；所述電勢(shì)量測(cè)孔位于兩透水石之間，間距為2cm，到最近透水石的距離為1cm。所述電勢(shì)量測(cè)探針插入飽和試樣的深度以達(dá)到飽和試樣中部為最佳。所述水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于:包括如下步驟:第一步、將直流電源的陰極導(dǎo)線分別通過(guò)陰極導(dǎo)線管和上層透水石的中心小孔與陰極電極網(wǎng)連接，同樣陽(yáng)極導(dǎo)線分別通過(guò)陽(yáng)極導(dǎo)線管和下層透水石的中心小孔與陽(yáng)極電極網(wǎng)連接，然后用玻璃膠或橡膠塞封閉導(dǎo)線管。第二步、將待測(cè)飽和試樣裝入滲透容器，電勢(shì)量測(cè)探針通過(guò)電勢(shì)量測(cè)孔插入試樣中，插入深度以試樣半徑為最佳，用玻璃膠或橡膠塞封閉電勢(shì)量測(cè)孔。將電極網(wǎng)和透水石依次放置于飽和試樣上，并蓋上容器上蓋。將滲透容器放置于緊固框架上，用螺母旋緊，要求密封至不漏水不漏氣。第三步、開排水管夾，利用供水瓶中的純水向進(jìn)水管注滿水，并滲入滲透容器，開排氣閥，排除滲透容器底部的空氣，直至溢出水中無(wú)氣泡，關(guān)排氣閥，放平滲透容器，關(guān)進(jìn)水管夾。第四步、向測(cè)量管B注純水。使水升至預(yù)定高度，水頭高度根據(jù)試樣結(jié)構(gòu)的疏松程度確定，一般不應(yīng)大于2m，待水位穩(wěn)定后切斷水源，開進(jìn)水管夾，使水通過(guò)試樣，當(dāng)出水口有水溢出時(shí)開始測(cè)記測(cè)量管B中起始水頭高度和起始時(shí)間，按預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)記水頭和時(shí)間的變化，并測(cè)記出水口的水溫。第五步、將測(cè)量管B中的水位變換高度，待水位穩(wěn)定再進(jìn)行測(cè)記水頭和時(shí)間變化，重復(fù)試驗(yàn)5 6次。當(dāng)不同開始水頭下測(cè)定的水力滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)束水力滲透試驗(yàn)。第六步、關(guān)排水管夾，向測(cè)量管B注純水。使水升至預(yù)定高度，靜置至測(cè)量管A和測(cè)量管B水頭平齊。第七步、電源調(diào)整至預(yù)定電壓，接通線路。待測(cè)量管A中水位穩(wěn)定，測(cè)記兩測(cè)量管水頭及兩電勢(shì)量測(cè)探針之間的電壓差。第八步、變換電源電壓，重復(fù)試驗(yàn)5 6次。當(dāng)不同電壓下測(cè)定的電滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)束電滲透試驗(yàn)。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明電滲透系數(shù)測(cè)量裝置設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，準(zhǔn)確性高?？梢宰鳛闇y(cè)量軟黏土水力滲透系數(shù)和電滲透系數(shù)的專用裝置。充分利用電滲流產(chǎn)生的反向水力梯度，克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法沒(méi)有消除水力滲透系數(shù)影響的缺點(diǎn)。


圖1為測(cè)量裝置示意圖；圖2為滲透容器示意圖；圖3為緊固框架示意圖；圖中，1、測(cè)量管A ;2、測(cè)量管B ;3、滲透容器；4、供水瓶；5、接水源管；6、排氣管；
7、排水管；8、緊固框架；9、進(jìn)水管夾；10(1)、排水管夾；10(2)、排氣管夾；11、容器體；12、上蓋；13、進(jìn)水管；14、排水管；15、排氣管；16、透水石；17、電極網(wǎng)；18、土樣；19、電勢(shì)探針；20、封閉橡圈；21、陰極導(dǎo)線管；22、陽(yáng)極導(dǎo)線管；23、緊固螺栓；24、支架；25、底板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明。如附圖1所示，測(cè)量裝置主體由滲透容器3、測(cè)量管I和2、供水系統(tǒng)4和5、及緊固框架8組成。測(cè)量管由玻璃管和刻度尺組成。排氣管6和排氣管夾10 (2)用于在滲透初始階段排出滲透容器3中的空氣。排水管7和排水管夾10(1)用于控制滲透過(guò)程中滲透容器3的排水。進(jìn)水管夾9用于控制向測(cè)量管I和滲透容器3中注水。在圖2中，滲透容器為圓柱形，容器體11和上蓋12用絕緣材料制作而成。上蓋12上設(shè)有排水管14和陰極導(dǎo)線管21 ;容器體11中部設(shè)有電勢(shì)量測(cè)孔19，下部設(shè)有進(jìn)水管13、排氣管15和陽(yáng)極導(dǎo)線管22。透水石16、電極網(wǎng)17和試驗(yàn)土樣18依次裝入滲透容器中。封閉橡圈20置于容器體11和上蓋12之間，起密封作用。在圖3中，緊固框架包括螺栓23、支架24和底板25。緊固框架用金屬材料制作而成。水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括如下步驟:第一步、將直流電源的陰極導(dǎo)線分別通過(guò)陰極導(dǎo)線管21和透水石16 (I)的中心小孔與電極網(wǎng)17(1)連接，同樣陽(yáng)極導(dǎo)線分別通過(guò)陽(yáng)極導(dǎo)線管22和透水石16 (2)的中心小孔與電極網(wǎng)17(2)連接，然后用玻璃膠或橡膠塞封閉導(dǎo)線管21、22。第二步、將待測(cè)飽和試樣18裝入滲透容器3，電勢(shì)量測(cè)探針19通過(guò)電勢(shì)量測(cè)孔插入試樣18中，插入深度以試樣半徑為最佳，用玻璃膠或橡膠塞封閉電勢(shì)量測(cè)孔。將電極網(wǎng)17(1)和透水石16(1)以此放置于飽和試樣18上，并蓋上容器上蓋。將滲透容器3放置于緊固框架8上，用螺母23旋緊，要求密封至不漏水不漏氣。第三步、開排水管夾10(1)，利用供水瓶4中的純水向進(jìn)水管注滿水，并滲入滲透容器3，開排氣管夾10 (2)，排除滲透容器3底部的空氣，直至溢出水中無(wú)氣泡，關(guān)排氣管夾10 (2)，放平滲透容器，關(guān)進(jìn)水管夾9 (I)。第四步、向測(cè)量管2注純水。使水升至預(yù)定高度，水頭高度根據(jù)試樣結(jié)構(gòu)的疏松程度確定，一般不應(yīng)大于2m，待水位穩(wěn)定后切斷水源，開進(jìn)水管夾9 (I)，使水通過(guò)試樣，當(dāng)出水口有水溢出時(shí)開始測(cè)記測(cè)量管2中起始水頭高度和起始時(shí)間，按預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)記水頭和時(shí)間的變化，并測(cè)記出水口的水溫。第五步、將測(cè)量管2中的水位變換高度，待水位穩(wěn)定再進(jìn)行測(cè)記水頭和時(shí)間變化，重復(fù)試驗(yàn)5 6次。當(dāng)不同開始水頭下測(cè)定的水力滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)束水力滲透試驗(yàn)。第六步、關(guān)排水管夾10(1)，向測(cè)量管I注純水。使水升至預(yù)定高度，靜置至測(cè)量管I和測(cè)量管2水頭平齊。第七步、電源調(diào)整至預(yù)定電壓，接通線路。待測(cè)量管I中水位穩(wěn)定，測(cè)記兩測(cè)量管水頭及兩電勢(shì)量測(cè)探針19之間的電壓差。第八步、變換電源電壓，重復(fù)試驗(yàn)5 6次。當(dāng)不同電壓下測(cè)定的電滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)束電滲透試驗(yàn)。本發(fā)明充分利用電滲流產(chǎn)生的反向水力梯度，克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法沒(méi)有消除水力滲透系數(shù)影響的缺點(diǎn)?？梢来螠y(cè)出飽和軟黏土的水力滲透系數(shù)和電滲透系數(shù)。且裝置操作容易、準(zhǔn)確性高，成本低?？梢宰鳛闇y(cè)量飽和軟黏土水力滲透系數(shù)和電滲透系數(shù)的專用裝置。
權(quán)利要求
1.水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置，包括滲透容器、直流電源、測(cè)量管、供水系統(tǒng)及緊固框架，其特征在于:所述滲透容器包括容器體、電極網(wǎng)和透水石，所述測(cè)量管包括測(cè)量管A和測(cè)量管B，測(cè)量管A通過(guò)相應(yīng)的柔性連接管與排水管連接，測(cè)量管B通過(guò)相應(yīng)的柔性連接管與進(jìn)水管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述容器體采用絕緣材料，容器體上蓋設(shè)有陰極導(dǎo)線管和排水管；所述容器體中部沿軸向設(shè)有兩個(gè)電勢(shì)量測(cè)孔，電勢(shì)量測(cè)探針通過(guò)電勢(shì)測(cè)量孔插入飽和試樣中，方向與容器體軸向垂直；所述容器體下部側(cè)面設(shè)有陽(yáng)極導(dǎo)線管、進(jìn)水管和排氣管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述電極網(wǎng)選用耐腐蝕材料，置于飽和試樣和透水石之間；透水石中心留有直徑Imm小孔，方便導(dǎo)線穿過(guò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述透水石距容器體上蓋和底部分別為Icm ;兩透水石間距4cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述電勢(shì)量測(cè)孔位于兩透水石之間，間距為2cm，到最近透水石的距離為1cm，所述電勢(shì)量測(cè)探針插入飽和試樣的深度以達(dá)到飽和試樣中部為最佳。
6.水力一電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于:包括如下步驟: 第一步、將直流電源的陰極導(dǎo)線分別通過(guò)陰極導(dǎo)線管和上層透水石的中心小孔與陰極電極網(wǎng)連接，同樣陽(yáng)極導(dǎo)線分別通過(guò)陽(yáng)極導(dǎo)線管和下層透水石的中心小孔與陽(yáng)極電極網(wǎng)連接，然后用玻璃膠或橡膠塞封閉導(dǎo)線管； 第二步、將待測(cè)飽和試樣裝入滲透容器，電勢(shì)量測(cè)探針通過(guò)電勢(shì)量測(cè)孔插入試樣中，插入深度以試樣半徑為最佳，用玻璃膠或橡膠塞封閉電勢(shì)量測(cè)孔，將電極網(wǎng)和透水石依次放置于飽和試樣上，蓋上容器上蓋，將滲透容器放置于緊固框架上，用螺母旋緊，要求密封至不漏水不漏氣； 第三步、開排水管夾，利用供水瓶中的純水向進(jìn)水管注滿水，并滲入滲透容器，開排氣閥，排除滲透容器底部的空氣，直至溢出水中無(wú)氣泡，關(guān)排氣閥，放平滲透容器，關(guān)進(jìn)水管夾; 第四步、向測(cè)量管B注純水，使水升至預(yù)定高度，水頭高度根據(jù)試樣結(jié)構(gòu)的疏松程度確定，一般不應(yīng)大于2m，待水位穩(wěn)定后切斷水源，開進(jìn)水管夾，使水通過(guò)試樣，當(dāng)出水口有水溢出時(shí)開始測(cè)記測(cè)量管B中起始水頭高度和起始時(shí)間，按預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)記水頭和時(shí)間的變化，并測(cè)記出水口的水溫； 第五步、將測(cè)量管B中的水位變換高度，待水位穩(wěn)定再進(jìn)行測(cè)記水頭和時(shí)間變化，重復(fù)試驗(yàn)5 6次，當(dāng)不同開始水頭下測(cè)定的水力滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時(shí)，結(jié)束水力滲透試驗(yàn)； 第六步、關(guān)排水管夾，向測(cè)量管B注純水，使水升至預(yù)定高度，靜置至測(cè)量管A和測(cè)量管B水頭平齊； 第七步、電源調(diào)整至預(yù)定電壓，接通線路，待測(cè)量管A中水位穩(wěn)定，測(cè)記兩測(cè)量管水頭及兩電勢(shì)量測(cè)探針之間的電壓差； 第八步、變換電源電壓，重復(fù)試驗(yàn)5 6次，當(dāng)不同電壓下測(cè)定的電滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi) 時(shí)，結(jié)束電滲透試驗(yàn)。
全文摘要
一種水力—電力滲透系數(shù)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，裝置包括滲透容器、直流電源、測(cè)量管、供水系統(tǒng)及緊固框架。滲透容器包括容器體、電極網(wǎng)和透水石。測(cè)量管包括測(cè)量管A和測(cè)量管B，測(cè)量管A通過(guò)相應(yīng)的柔性連接管與排水管連接，測(cè)量管B通過(guò)相應(yīng)的柔性連接管與進(jìn)水管連接。容器體采用絕緣材料，容器體上蓋設(shè)有陰極導(dǎo)線管和排水管。其測(cè)量方法是充分利用電滲流產(chǎn)生的反向水力梯度，克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法沒(méi)有消除水力滲透系數(shù)影響的缺點(diǎn)?？梢来螠y(cè)出飽和軟黏土的水力滲透系數(shù)和電滲透系數(shù)。且裝置操作容易、準(zhǔn)確性高，成本低。提高了電滲透系數(shù)的準(zhǔn)確性，為電滲法在巖土工程中的應(yīng)用提供可靠的技術(shù)參數(shù)。
文檔編號(hào)G01N27/00GK103207136SQ20131008895
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者周亞?wèn)|, 王保田, 張明, 祁生旺, 孫貝貝 申請(qǐng)人:河海大學(xué)