本發(fā)明涉及一種用于對(duì)原狀粘土的滲透與濾鹽能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的超濾試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

弱透水層的主要組成物質(zhì)為粘性土，土中粘土礦物以蒙脫石、伊利石、高嶺石為主。為了驗(yàn)證弱透水層的濾鹽效應(yīng)，需要進(jìn)行高壓滲透試驗(yàn)。現(xiàn)有滲透測(cè)試設(shè)備主要為達(dá)西試驗(yàn)儀，但達(dá)西試驗(yàn)儀僅適用于低壓或微壓。通常的高壓滲透設(shè)備如市面上流行的三軸壓力計(jì)雖然可以測(cè)高壓，但只適用于固結(jié)的堅(jiān)硬巖石，并不適用于粘性土樣。

申請(qǐng)人于2015年5月8日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01510229210.2的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀，其采用加圍壓擠壓柔性壁的方法解決了土樣周壁的密封問(wèn)題，可用于粘性原狀土樣的滲透與濾鹽能力測(cè)試。但申請(qǐng)人在后續(xù)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在加軸壓和圍壓過(guò)程中，配合試驗(yàn)儀使用的加壓泵會(huì)存在壓力不穩(wěn)定的問(wèn)題，導(dǎo)致存在較大試驗(yàn)誤差。而且，該假三軸高壓滲透試驗(yàn)儀僅能在底部出口處取樣，取樣點(diǎn)較少，不能夠?qū)B出液在粘土中的水質(zhì)變化情況進(jìn)行分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種原狀粘土超濾試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是：

一種原狀粘土超濾試驗(yàn)裝置，包括超濾試驗(yàn)儀、手動(dòng)加壓裝置和自重力加壓裝置；所述超濾試驗(yàn)儀包括外頂蓋、外底座、以及連接外頂蓋和外底座的側(cè)壁，外頂蓋、外底座與側(cè)壁圍成密閉空腔，在密閉空腔內(nèi)設(shè)置有內(nèi)頂蓋、內(nèi)底座、用于包覆原狀土樣的柔性硅膠套管、以及有孔套管，所述內(nèi)頂蓋安裝在外頂蓋下方，內(nèi)頂蓋和外頂蓋內(nèi)設(shè)有相貫通的進(jìn)液通道，進(jìn)液通道外接軸壓壓力表，所述內(nèi)底座安裝在外底座上方，內(nèi)底座內(nèi)設(shè)有出水通道，外底座內(nèi)設(shè)有與出水通道連通的儲(chǔ)水腔、以及將儲(chǔ)水腔與外界連通的底部取樣口，內(nèi)頂蓋、內(nèi)底座與柔性硅膠套管?chē)稍瓲钔翗訚B透腔，有孔套管套在柔性硅膠套管的外側(cè)，在有孔套管和柔性硅膠套管之間形成圍壓腔，在側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有連通圍壓腔的圍壓孔，圍壓孔外接圍壓壓力表，在側(cè)壁、有孔套管和柔性硅膠套管的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置有側(cè)向取樣口，在側(cè)向取樣口處安裝有螺管，在側(cè)壁和柔性硅膠套管上設(shè)置有與螺管相適配的螺紋接口，在柔性硅膠套管上對(duì)應(yīng)側(cè)向取樣口的位置處設(shè)置有柔性濾網(wǎng)；所述手動(dòng)加壓裝置包括儲(chǔ)液箱，在儲(chǔ)液箱上設(shè)置有將儲(chǔ)液箱內(nèi)存儲(chǔ)的液體手動(dòng)壓出的壓水井結(jié)構(gòu)，在儲(chǔ)液箱的一端上方設(shè)置有注液口；所述自重力加壓裝置包括底座、頂板和承壓板，在底座和頂板之間設(shè)置有支撐柱，所述承壓板套設(shè)在支撐柱上，并能沿支撐柱上下運(yùn)動(dòng)，在承壓板上放置有配壓板，在底座上設(shè)置有液壓腔，在液壓腔的內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)壓柱，導(dǎo)壓柱與承壓板連接；壓水井結(jié)構(gòu)的出液口通過(guò)液壓連接管與液壓腔連通，液壓腔通過(guò)穩(wěn)壓輸出管與進(jìn)液通道或圍壓孔連通，在液壓連接管和穩(wěn)壓輸出管上均設(shè)置有單向閥。

優(yōu)選的，所述側(cè)向取樣口設(shè)置2～5個(gè)，且沿側(cè)壁呈上下間隔排布。

優(yōu)選的，所述壓水井結(jié)構(gòu)包括井體和壓手柄，井體呈中空柱形結(jié)構(gòu)，井體的底部通過(guò)進(jìn)液管與儲(chǔ)液箱的下部連通，在井體的上部設(shè)置有出液口，在井體的內(nèi)部設(shè)置有活塞，所述活塞與帶動(dòng)其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓手柄連接。

優(yōu)選的，所述底座和頂板均呈方形，所述支撐柱共設(shè)置四個(gè)，分別位于底座和頂板的四角處，所述導(dǎo)壓柱與承壓板的中心連接。

優(yōu)選的，所述手動(dòng)加壓裝置共設(shè)置兩個(gè)，分別為軸壓手動(dòng)加壓裝置和圍壓手動(dòng)加壓裝置，所述自重力加壓裝置設(shè)置一個(gè)，所述軸壓手動(dòng)加壓裝置的出液口通過(guò)液壓連接管與自重力加壓裝置的液壓腔連通，所述液壓腔通過(guò)穩(wěn)壓輸出管與進(jìn)液通道連通，所述圍壓手動(dòng)加壓裝置的出液口通過(guò)另一液壓連接管與圍壓孔連通。

優(yōu)選的，所述超濾試驗(yàn)儀設(shè)置多個(gè)，在每一超濾試驗(yàn)儀的進(jìn)液通道和圍壓孔處均連接一三通，所有超濾試驗(yàn)儀的進(jìn)液通道處的三通相互連通，所有超濾試驗(yàn)儀的圍壓孔處的三通也均相互連通。

優(yōu)選的，所述內(nèi)頂蓋的底部設(shè)有向下凸出的周向凸緣，所述內(nèi)底座的頂部設(shè)有向上凸出的周向凸緣，所述柔性硅膠套管與內(nèi)頂蓋和內(nèi)底座周向凸緣的外側(cè)采用固封鋼卡加固密封。

優(yōu)選的，所述內(nèi)頂蓋的底面設(shè)有第一凹槽，在第一凹槽內(nèi)放置第一濾水板，所述內(nèi)底座的頂面設(shè)有第二凹槽，在第二凹槽內(nèi)放置第二濾水板，所述進(jìn)水通道與第一濾水板之間設(shè)有頂內(nèi)腔，出水通道與第二濾水板之間設(shè)有底內(nèi)腔。

優(yōu)選的，所述濾水板與原狀土樣上下接觸面之間設(shè)有鋼紗網(wǎng)。

優(yōu)選的，所述內(nèi)底座和內(nèi)頂蓋分別通過(guò)第一密封膠圈與側(cè)壁相接觸，所述內(nèi)頂蓋上端面通過(guò)第二密封膠圈與外頂蓋相接觸，所述內(nèi)底座下端面通過(guò)第三密封膠圈與外底座相接觸，所述外頂蓋和外底座分別通過(guò)螺絲固定于側(cè)壁上下端面。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

1、本發(fā)明采用手動(dòng)加壓裝置與自重力加壓裝置相配合的方式，對(duì)超濾試驗(yàn)儀進(jìn)行機(jī)械式加軸壓和圍壓，相比于脈沖式加壓泵或蠕動(dòng)泵，壓力控制更加穩(wěn)定、精確，極大地降低了試驗(yàn)過(guò)程的試驗(yàn)誤差。

2、由于采用了自重力加壓裝置和手動(dòng)加壓裝置的純機(jī)械式加壓方式，本發(fā)明原狀粘土超濾試驗(yàn)裝置可同時(shí)配備多個(gè)超濾試驗(yàn)儀，進(jìn)行多組試驗(yàn)操作，試驗(yàn)效率更高，而且各超濾試驗(yàn)儀在進(jìn)液通道和圍壓孔處均設(shè)置一三通，即可輕松實(shí)現(xiàn)連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操控容易。

3、本發(fā)明在超濾試驗(yàn)儀上增設(shè)多個(gè)側(cè)向取樣口，可根據(jù)需要對(duì)經(jīng)過(guò)原狀土樣不同位置處的滲出液進(jìn)行取樣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滲出液在粘土中的水質(zhì)變化情況的分析。

4、本發(fā)明通過(guò)在側(cè)向取樣口處安裝螺管，并在側(cè)壁和柔性硅膠套管上設(shè)置與螺管相適配的螺紋接口的方式，即可輕松實(shí)現(xiàn)側(cè)向取樣，且具有較好的密封效果，另外在柔性硅膠套管上對(duì)應(yīng)側(cè)向取樣口的位置處設(shè)置有柔性濾網(wǎng)，可對(duì)原狀土樣起到過(guò)濾阻隔作用。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2為自重力加壓裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖3為手動(dòng)加壓裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖4為超濾試驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖5為圖4的局部放大圖，主要示出側(cè)向取樣口處的結(jié)構(gòu)。

圖中：1-超濾試驗(yàn)儀，101-外頂蓋，102-外底座，103-側(cè)壁，104-內(nèi)頂蓋，105-內(nèi)底座，106-柔性硅膠套管，107-有孔套管，108-進(jìn)液通道，109-軸壓壓力表，1010-出水通道，1011-儲(chǔ)水腔，1012-底部取樣口，1013-原狀土樣滲透腔，1014-圍壓腔，1015-圍壓孔，1016-圍壓壓力表，1017-側(cè)向取樣口，1018-螺管，1019-螺紋接口，1020-柔性濾網(wǎng)，1021-固封鋼卡，1022-第一濾水板，1023-第二濾水板，1024-頂內(nèi)腔，1025-底內(nèi)腔，1026-鋼紗網(wǎng)，1027-螺絲，1028-連接管，2-手動(dòng)加壓裝置，201-儲(chǔ)液箱，202-壓水井結(jié)構(gòu)，203-注液口，2021-井體，2022-壓手柄，2023-進(jìn)液管，2024-出液口，2025-活塞，2026-膠片，211-軸壓手動(dòng)加壓裝置，212-圍壓手動(dòng)加壓裝置，3-自重力加壓裝置，301-底座，302-頂板，303-承壓板，304-支撐柱，305-配壓板，306-液壓腔，307-導(dǎo)壓柱，4-第一液壓連接管，5-穩(wěn)壓輸出管，6-三通，7-第二液壓連接管，8-單向閥,9-第一止水閥，10-第二止水閥。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種原狀粘土超濾試驗(yàn)裝置，包括超濾試驗(yàn)儀1、手動(dòng)加壓裝置2和自重力加壓裝置3。如圖4所示，所述超濾試驗(yàn)儀1包括外頂蓋101、外底座102、以及連接外頂蓋101和外底座102的側(cè)壁103，外頂蓋101、外底座102與側(cè)壁103圍成密閉空腔，在密閉空腔內(nèi)設(shè)置有內(nèi)頂蓋104、內(nèi)底座105、用于包覆原狀土樣的柔性硅膠套管106、以及有孔套管107。內(nèi)頂蓋104安裝在外頂蓋101下方，內(nèi)頂蓋104和外頂蓋101內(nèi)設(shè)有相貫通的進(jìn)液通道108，進(jìn)液通道108外接軸壓壓力表109。所述內(nèi)底座105安裝在外底座102上方，內(nèi)底座105內(nèi)設(shè)有出水通道1010，外底座102內(nèi)設(shè)有與出水通道連通的儲(chǔ)水腔1011、以及將儲(chǔ)水腔與外界連通的底部取樣口1012。內(nèi)頂蓋104、內(nèi)底座105與柔性硅膠套管106圍成原狀土樣滲透腔1013，有孔套管107套在柔性硅膠套管106的外側(cè)，在有孔套管107和柔性硅膠套管106之間形成圍壓腔1014，在有孔套管107和側(cè)壁103之間也形成一腔室，在側(cè)壁上開(kāi)設(shè)有圍壓孔1015，圍壓孔1015與上述腔室連通，進(jìn)而連通圍壓腔1014，圍壓孔外接圍壓壓力表1016，在圍壓孔處設(shè)置有第二止水閥10。在側(cè)壁、有孔套管和柔性硅膠套管的對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置有側(cè)向取樣口1017，如圖5所示，在側(cè)向取樣口1017處安裝有螺管1018，在側(cè)壁103和柔性硅膠套管106上設(shè)置有與螺管相適配的螺紋接口1019，在柔性硅膠套管106上對(duì)應(yīng)側(cè)向取樣口的位置處設(shè)置有柔性濾網(wǎng)1020。如圖3所示，所述手動(dòng)加壓裝置2包括儲(chǔ)液箱201，在儲(chǔ)液箱201上設(shè)置有將儲(chǔ)液箱內(nèi)存儲(chǔ)的液體手動(dòng)壓出的壓水井結(jié)構(gòu)202，在儲(chǔ)液箱的一端上方設(shè)置有注液口203。如圖2所示，所述自重力加壓裝置3包括底座301、頂板302和承壓板303，在底座301和頂板302之間設(shè)置有支撐柱304，所述承壓板303套設(shè)在支撐柱304上，并能沿支撐柱上下運(yùn)動(dòng)。在承壓板303上放置有配壓板305，在底座301上設(shè)置有液壓腔306，在液壓腔306的內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)壓柱307，導(dǎo)壓柱307的頂端與活動(dòng)的承壓板303連接。如圖1所示，所述手動(dòng)加壓裝置共設(shè)置兩個(gè)，分別為軸壓手動(dòng)加壓裝置211和圍壓手動(dòng)加壓裝置212，所述自重力加壓裝置設(shè)置一個(gè)。所述軸壓手動(dòng)加壓裝置211的出液口通過(guò)第一液壓連接管4與自重力加壓裝置3的液壓腔306連通，所述液壓腔306通過(guò)穩(wěn)壓輸出管5與三通6的進(jìn)液口連通，三通6的其中一出液口與進(jìn)液通道108連通，另一出液口通過(guò)第一止水閥9關(guān)閉。所述圍壓手動(dòng)加壓裝置的出液口通過(guò)第二液壓連接管7與圍壓孔1015連通。在第一液壓連接管4、穩(wěn)壓輸出管5和第二液壓連接管7上均設(shè)置有單向閥8，使液體只能單向傳輸，不能反向回流。

上述側(cè)向取樣口1017優(yōu)選設(shè)置2～5個(gè)，且沿側(cè)壁呈上下間隔排布。

作為對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，如圖3所示，所述壓水井結(jié)構(gòu)202包括井體2021和壓手柄2022，井體2021呈中空柱形結(jié)構(gòu)，井體2021的底部通過(guò)進(jìn)液管2023與儲(chǔ)液箱201的下部連通，在井體2021的上部設(shè)置有出液口2024，在井體2021的內(nèi)部設(shè)置有活塞2025，在活塞2025的下方固定有膠片2026，所述活塞2025與帶動(dòng)其往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓手柄2022連接。該結(jié)構(gòu)及工作原理與普通壓水井的結(jié)構(gòu)及工作原理一致。

更進(jìn)一步的，所述底座301和頂板302均呈方形，所述支撐柱304共設(shè)置四個(gè)，分別位于底座301和頂板302的四角處，所述導(dǎo)壓柱306與承壓板303的中心連接。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使承壓板的運(yùn)行更加平穩(wěn)，進(jìn)而有利于軸壓的精確控制。

進(jìn)一步的，所述超濾試驗(yàn)儀設(shè)置多個(gè)，在每一超濾試驗(yàn)儀的進(jìn)液通道和圍壓孔處均連接一三通，所有超濾試驗(yàn)儀的進(jìn)液通道處的三通通過(guò)管道相互連通，所有超濾試驗(yàn)儀的圍壓孔處的三通也均通過(guò)管道相互連通。當(dāng)然，圍壓壓力也可由自重力加壓裝置及圍壓手動(dòng)加壓裝置共同提供，即圍壓手動(dòng)加壓裝置壓出的水先進(jìn)入另一自重力加壓裝置的液壓腔，然后在承壓板和導(dǎo)壓柱的作用下進(jìn)入圍壓孔。

更進(jìn)一步的，如圖4所示，所述內(nèi)頂蓋的底部設(shè)有向下凸出的周向凸緣，所述內(nèi)底座的頂部設(shè)有向上凸出的周向凸緣，所述柔性硅膠套管與內(nèi)頂蓋和內(nèi)底座周向凸緣的外側(cè)采用固封鋼卡1021加固密封。所述內(nèi)頂蓋的底面設(shè)有第一凹槽，在第一凹槽內(nèi)放置第一濾水板1022，所述內(nèi)底座的頂面設(shè)有第二凹槽，在第二凹槽內(nèi)放置第二濾水板1023，所述進(jìn)水通道與第一濾水板之間設(shè)有頂內(nèi)腔1024，出水通道與第二濾水板之間設(shè)有底內(nèi)腔1025。所述第一濾水板與原狀土樣上接觸面之間、及第二濾水板與原狀土樣下接觸面之間均設(shè)有鋼紗網(wǎng)1026。所述內(nèi)底座和內(nèi)頂蓋分別通過(guò)第一密封膠圈與側(cè)壁相接觸，所述內(nèi)頂蓋上端面通過(guò)第二密封膠圈與外頂蓋相接觸，所述內(nèi)底座下端面通過(guò)第三密封膠圈與外底座相接觸，所述外頂蓋和外底座分別通過(guò)螺絲1027固定于側(cè)壁上下端面。

本發(fā)明原狀粘土超濾試驗(yàn)裝置，所適用原狀粘土可以為非固結(jié)塑性粘性原狀土樣。下面以粘性土樣為例，結(jié)合本發(fā)明結(jié)構(gòu)說(shuō)明其具體的工作流程：

1、制樣：將粘性土樣加工成精確尺寸的圓柱形試樣；

2、放樣密封：

1)將柔性硅膠套管106卡入已放置好第二濾水板1023和鋼紗網(wǎng)1026的內(nèi)底座105，柔性硅膠套管106下側(cè)采用固封鋼卡1021固定；

2)將圓柱形試樣放入柔性硅膠套管106中；

3)將有孔套管107套在柔性硅膠套管106外側(cè)，置于內(nèi)底座105上；

4)將未擰緊的固封鋼卡1021套在柔性硅膠套管106上側(cè)；

5)將試樣上方的鋼紗網(wǎng)1026和第一濾水板1022放置好，內(nèi)頂蓋104卡入柔性硅膠套管106，將上側(cè)固封鋼卡1021擰緊；

6)將以上整體擺放到外底座102上，把側(cè)壁103套上，調(diào)整側(cè)壁103、有孔套管107使側(cè)向取樣口1017對(duì)齊；

7)裝入螺管1018，使其與柔性硅膠套管106和側(cè)壁103上的螺紋接口1019擰緊；

8)將圍壓腔1014加滿(mǎn)自來(lái)水，蓋好外頂蓋101，并與側(cè)壁103固定好；

9)將進(jìn)液通道108通過(guò)連接管1028與自重力加壓裝置的穩(wěn)壓輸出管5連接好；

10)將軸壓手動(dòng)加壓裝置的第一液壓連接管4與自重力加壓裝置的液壓腔306連通，將圍壓手動(dòng)加壓裝置的第二液壓連接管7和超濾試驗(yàn)儀的圍壓孔1015連接好；

11)將配置好的試驗(yàn)溶液注入軸壓手動(dòng)加壓裝置的儲(chǔ)液箱，取自來(lái)水注入圍壓手動(dòng)加壓裝置的儲(chǔ)液箱，試驗(yàn)準(zhǔn)備完畢。

3、試驗(yàn)：

1)關(guān)閉超濾試驗(yàn)儀進(jìn)液通道108與圍壓孔處第二止水閥10，對(duì)軸壓手動(dòng)加壓裝置和圍壓手動(dòng)加壓裝置分別施加適當(dāng)壓力；

2)先緩慢打開(kāi)圍壓孔1015處第二止水閥10，注意觀察圍壓孔處圍壓壓力表1016的變化情況，同時(shí)緩慢打開(kāi)進(jìn)液通道108，并觀察進(jìn)液通道處軸壓壓力表109的變化情況，調(diào)整軸壓與圍壓大小，確保進(jìn)液通道處軸壓壓力表109讀數(shù)不大于圍壓孔處圍壓壓力表1016的讀數(shù)。待軸壓壓力表和圍壓壓力表的讀數(shù)基本穩(wěn)定時(shí)，讀取壓力數(shù)值，并記錄時(shí)間；

3)用橡膠軟管連接好各側(cè)向取樣口1017和底部取樣口1012，并引入廣口儲(chǔ)液瓶中收集滲出液，當(dāng)輸液瓶滲出液達(dá)到20ml時(shí)取樣，并編號(hào)為Y_i-j(其中，i＝1，2，3，4，分別表示自上而下的三個(gè)側(cè)向取樣口1017和底部取樣口1012；j＝1，2，3······，表示所取樣品的次序)。

4)對(duì)配置的試驗(yàn)溶液和所取滲出液水樣進(jìn)行水化學(xué)分析，繪制滲出液水質(zhì)變化曲線(xiàn)。

上述方式中未述及的有關(guān)技術(shù)內(nèi)容采取或借鑒已有技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)。

需要說(shuō)明的是，在本說(shuō)明書(shū)的教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員所作出的任何等同代替方式，或是明顯變型方式，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。