專利名稱：水力—電力滲透系數測量裝置及測量方法
技術領域：
本發明涉及一種水力一電力滲透系數測量裝置及測量方法，屬于土木工程中巖土工程領域。
背景技術：
隨著國民經濟的快速發展及沿海城市的開發，急需處理的軟土地基也變得越來越復雜、多樣。軟黏土地基具有高含水率、低滲透性等特點，采用傳統的排水固結方法費用較高、工期較長。而電滲法對低滲透性軟土地基具有處理效率高、處理效果好等優點，近年來已逐漸受到人們關注。隨著電滲法在軟黏土地基處理中的應用，水力滲透系數和電滲透系數已逐漸成為電滲固結工程計算中不可或缺的技術參數。水力滲透系數是描述土體滲透性的基本參數，在傳統固結法工程計算中已很常見，專門用于其測量的裝置也有多種。電滲透系數是衡量土體電滲透性的重要指標，是指單位電力梯度下土體中的水流速度。20世紀早期，研究人員根據雙電層板間電容的概念導出電滲透系數的表達式。該表達式參數較多，且測量計算復雜，不適合工程應用。常見的電滲透系數測量方法是根據室內電滲固結試驗由滲流量直接推算得出，這種方法得出的電滲透系數是一個與水力滲透系數綜合后的數值，不能單純反應實際的電滲透系數；且容易受到電極腐蝕、土體開裂等因素的影響，準確性差。
發明內容
本發明提供的裝置及測量方法可依次測出飽和軟黏土的水力滲透系數和電滲透系數。且裝置操作容易、準確性高，成本低。其特征在于首先利用該裝置通過變水頭法測出飽和試樣的水力滲透系數kh，再根據飽和試樣在直流電場作用下快速形成反向水力梯度，水力梯度與電勢梯度快速達到平衡，測得平衡狀態下的電勢梯度L和水力梯度ih，根據平衡狀態下耦合出流khih=keie，計算出電滲透系數ke。該方法消除了傳統測量方法中kh對的影響，提高了電滲透系數的準確性，為電滲法在巖土工程中的應用提供可靠的技術參數。本發明所述水力一電力滲透系數測量裝置，包括滲透容器、直流電源、測量管、供水系統及緊固框架，其特征在于:所述滲透容器包括容器體、電極網和透水石。所述測量管包括測量管A和測量管B，測量管A通過相應的柔性連接管與排水管連接，測量管B通過相應的柔性連接管與進水管連接。所述容器體采用絕緣材料，容器體上蓋設有陰極導線管和排水管；所述容器體中部沿軸向設有兩個電勢量測孔，電勢量測探針通過電勢測量孔插入飽和試樣中，方向與容器體軸向垂直；所述容器體下部側面設有陽極導線管、進水管和排氣管；所述電極網選用耐腐蝕材料，置于待測土體和透水石之間；透水石中心留有直徑Imm小孔，方便導線穿過。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 ；所述電勢量測孔位于兩透水石之間，間距為2cm，到最近透水石的距離為1cm。所述電勢量測探針插入飽和試樣的深度以達到飽和試樣中部為最佳。所述水力一電力滲透系數測量裝置的測量方法，其特征在于:包括如下步驟:第一步、將直流電源的陰極導線分別通過陰極導線管和上層透水石的中心小孔與陰極電極網連接，同樣陽極導線分別通過陽極導線管和下層透水石的中心小孔與陽極電極網連接，然后用玻璃膠或橡膠塞封閉導線管。第二步、將待測飽和試樣裝入滲透容器，電勢量測探針通過電勢量測孔插入試樣中，插入深度以試樣半徑為最佳，用玻璃膠或橡膠塞封閉電勢量測孔。將電極網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，直至溢出水中無氣泡，關排氣閥，放平滲透容器，關進水管夾。第四步、向測量管B注純水。使水升至預定高度，水頭高度根據試樣結構的疏松程度確定，一般不應大于2m，待水位穩定后切斷水源，開進水管夾，使水通過試樣，當出水口有水溢出時開始測記測量管B中起始水頭高度和起始時間，按預定時間間隔測記水頭和時間的變化，并測記出水口的水溫。第五步、將測量管B中的水位變換高度，待水位穩定再進行測記水頭和時間變化，重復試驗5 6次。當不同開始水頭下測定的水力滲透系數在允許差值范圍內時，結束水力滲透試驗。第六步、關排水管夾，向測量管B注純水。使水升至預定高度，靜置至測量管A和測量管B水頭平齊。第七步、電源調整至預定電壓，接通線路。待測量管A中水位穩定，測記兩測量管水頭及兩電勢量測探針之間的電壓差。第八步、變換電源電壓，重復試驗5 6次。當不同電壓下測定的電滲透系數在允許差值范圍內時，結束電滲透試驗。本發明優點:本發明電滲透系數測量裝置設備簡單，操作容易，準確性高。可以作為測量軟黏土水力滲透系數和電滲透系數的專用裝置。充分利用電滲流產生的反向水力梯度，克服了傳統測量方法沒有消除水力滲透系數影響的缺點。
圖1為測量裝置示意圖；圖2為滲透容器示意圖；圖3為緊固框架示意圖；圖中，1、測量管A ;2、測量管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、進水管夾；10(1)、排水管夾；10(2)、排氣管夾；11、容器體；12、上蓋；13、進水管；14、排水管；15、排氣管；16、透水石；17、電極網；18、土樣；19、電勢探針；20、封閉橡圈；21、陰極導線管；22、陽極導線管；23、緊固螺栓；24、支架；25、底板。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明。如附圖1所示，測量裝置主體由滲透容器3、測量管I和2、供水系統4和5、及緊固框架8組成。測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)用于控制滲透過程中滲透容器3的排水。進水管夾9用于控制向測量管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上設有排水管14和陰極導線管21 ;容器體11中部設有電勢量測孔19，下部設有進水管13、排氣管15和陽極導線管22。透水石16、電極網17和試驗土樣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測量裝置的測量方法，包括如下步驟:第一步、將直流電源的陰極導線分別通過陰極導線管21和透水石16 (I)的中心小孔與電極網17(1)連接，同樣陽極導線分別通過陽極導線管22和透水石16 (2)的中心小孔與電極網17(2)連接，然后用玻璃膠或橡膠塞封閉導線管21、22。第二步、將待測飽和試樣18裝入滲透容器3，電勢量測探針19通過電勢量測孔插入試樣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量測孔。將電極網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，直至溢出水中無氣泡，關排氣管夾10 (2)，放平滲透容器，關進水管夾9 (I)。第四步、向測量管2注純水。使水升至預定高度，水頭高度根據試樣結構的疏松程度確定，一般不應大于2m，待水位穩定后切斷水源，開進水管夾9 (I)，使水通過試樣，當出水口有水溢出時開始測記測量管2中起始水頭高度和起始時間，按預定時間間隔測記水頭和時間的變化，并測記出水口的水溫。第五步、將測量管2中的水位變換高度，待水位穩定再進行測記水頭和時間變化，重復試驗5 6次。當不同開始水頭下測定的水力滲透系數在允許差值范圍內時，結束水力滲透試驗。第六步、關排水管夾10(1)，向測量管I注純水。使水升至預定高度，靜置至測量管I和測量管2水頭平齊。第七步、電源調整至預定電壓，接通線路。待測量管I中水位穩定，測記兩測量管水頭及兩電勢量測探針19之間的電壓差。第八步、變換電源電壓，重復試驗5 6次。當不同電壓下測定的電滲透系數在允許差值范圍內時，結束電滲透試驗。本發明充分利用電滲流產生的反向水力梯度，克服了傳統測量方法沒有消除水力滲透系數影響的缺點。可依次測出飽和軟黏土的水力滲透系數和電滲透系數。且裝置操作容易、準確性高，成本低。可以作為測量飽和軟黏土水力滲透系數和電滲透系數的專用裝置。
權利要求
1.水力一電力滲透系數測量裝置，包括滲透容器、直流電源、測量管、供水系統及緊固框架，其特征在于:所述滲透容器包括容器體、電極網和透水石，所述測量管包括測量管A和測量管B，測量管A通過相應的柔性連接管與排水管連接，測量管B通過相應的柔性連接管與進水管連接。
2.根據權利要求1所述的水力一電力滲透系數測量裝置，其特征在于:所述容器體采用絕緣材料，容器體上蓋設有陰極導線管和排水管；所述容器體中部沿軸向設有兩個電勢量測孔，電勢量測探針通過電勢測量孔插入飽和試樣中，方向與容器體軸向垂直；所述容器體下部側面設有陽極導線管、進水管和排氣管。
3.根據權利要求1所述的水力一電力滲透系數測量裝置，其特征在于:所述電極網選用耐腐蝕材料，置于飽和試樣和透水石之間；透水石中心留有直徑Imm小孔，方便導線穿過。
4.根據權利要求1所述的水力一電力滲透系數測量裝置，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.根據權利要求1所述的水力一電力滲透系數測量裝置，其特征在于:所述電勢量測孔位于兩透水石之間，間距為2cm，到最近透水石的距離為1cm，所述電勢量測探針插入飽和試樣的深度以達到飽和試樣中部為最佳。
6.水力一電力滲透系數測量裝置的測量方法，其特征在于:包括如下步驟: 第一步、將直流電源的陰極導線分別通過陰極導線管和上層透水石的中心小孔與陰極電極網連接，同樣陽極導線分別通過陽極導線管和下層透水石的中心小孔與陽極電極網連接，然后用玻璃膠或橡膠塞封閉導線管； 第二步、將待測飽和試樣裝入滲透容器，電勢量測探針通過電勢量測孔插入試樣中，插入深度以試樣半徑為最佳，用玻璃膠或橡膠塞封閉電勢量測孔，將電極網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，直至溢出水中無氣泡，關排氣閥，放平滲透容器，關進水管夾; 第四步、向測量管B注純水，使水升至預定高度，水頭高度根據試樣結構的疏松程度確定，一般不應大于2m，待水位穩定后切斷水源，開進水管夾，使水通過試樣，當出水口有水溢出時開始測記測量管B中起始水頭高度和起始時間，按預定時間間隔測記水頭和時間的變化，并測記出水口的水溫； 第五步、將測量管B中的水位變換高度，待水位穩定再進行測記水頭和時間變化，重復試驗5 6次，當不同開始水頭下測定的水力滲透系數在允許差值范圍內時，結束水力滲透試驗； 第六步、關排水管夾，向測量管B注純水，使水升至預定高度，靜置至測量管A和測量管B水頭平齊； 第七步、電源調整至預定電壓，接通線路，待測量管A中水位穩定，測記兩測量管水頭及兩電勢量測探針之間的電壓差； 第八步、變換電源電壓，重復試驗5 6次，當不同電壓下測定的電滲透系數在允許差值范圍內 時，結束電滲透試驗。
全文摘要
一種水力—電力滲透系數測量裝置及測量方法，裝置包括滲透容器、直流電源、測量管、供水系統及緊固框架。滲透容器包括容器體、電極網和透水石。測量管包括測量管A和測量管B，測量管A通過相應的柔性連接管與排水管連接，測量管B通過相應的柔性連接管與進水管連接。容器體采用絕緣材料，容器體上蓋設有陰極導線管和排水管。其測量方法是充分利用電滲流產生的反向水力梯度，克服了傳統測量方法沒有消除水力滲透系數影響的缺點。可依次測出飽和軟黏土的水力滲透系數和電滲透系數。且裝置操作容易、準確性高，成本低。提高了電滲透系數的準確性，為電滲法在巖土工程中的應用提供可靠的技術參數。
文檔編號G01N27/00GK103207136SQ20131008895
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月19日 優先權日2013年3月19日
發明者周亞東, 王保田, 張明, 祁生旺, 孫貝貝 申請人:河海大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
