本發(fā)明是一種不同水力梯度作用下量測滲流力的裝置及其方法，屬于土的滲流研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國是一個地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國家，隨著我國大量世紀(jì)工程的建設(shè)，面臨大量的工程地質(zhì)問題；而地下水的作用是工程地質(zhì)中的一個重要課題，地下水在土中滲流會對土顆粒施加作用力，即滲流力，當(dāng)滲流力過大時就會引起土顆?；蛲馏w的移動，產(chǎn)生滲透變形，甚至滲透破壞，如邊坡破壞，地面隆起，堤壩失穩(wěn)等現(xiàn)象?，F(xiàn)今對滲流力還停留于理論計算的層面，假想對土樣的土骨架和水分開來取隔離體，采用靜力學(xué)的極限平衡思想求解滲流力，缺少量測滲流力的裝置及其方法，因此，對滲流力的準(zhǔn)確量測對研究工程中的滲透作用影響具有重要的實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)今對滲流力還停留于理論計算的層面，本發(fā)明提供了一種不同水力梯度作用下量測滲流力的裝置及其方法，并可用于對比分析研究實際量測值與理論計算值的差距及其原因。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案：一種滲流力的量測裝置及其量測方法，它包括土樣室桶身，所述土樣室桶身上端安裝有水壓力室桶身，所述土樣室桶身內(nèi)部上端放置與土樣室桶身內(nèi)壁直徑相同的上透水石，所述土樣室桶身下端與滲出水收集室桶身上端連接，所述土樣室桶身和滲出水收集室桶身之間設(shè)置有下透水石，所述水壓力室桶身的頂部中心安裝有導(dǎo)水管，導(dǎo)水管與GDS壓力系統(tǒng)連接，所述滲出水收集室桶身的底部連接有水壓傳感器和導(dǎo)水管，所述滲出水收集室桶身放置在壓力盒上，壓力盒固定在底座上，所述水壓力室桶身的頂部設(shè)置有飽和器，所述飽和器和滲出水收集室桶身之間安裝有長螺栓并夾緊。

所述土樣室桶身和水壓力室桶身的結(jié)合面設(shè)置有兩圈上環(huán)形防水橡膠墊。

所述上透水石能夠在土樣室桶身內(nèi)部上下移動。

所述土樣室桶身和滲出水收集室桶身的結(jié)合面設(shè)置有下環(huán)形防水橡膠墊。

所述水壓力室桶身的頂部加工有排氣孔，所述排氣孔上安裝有螺絲。

所述導(dǎo)水管上安裝有閥門控制水的流量。

采用任意一種滲流力的量測裝置的量測方法，它包括以下步驟：

步驟一，將土樣室桶身置于光滑平整的木板上，在桶底放上與桶身內(nèi)徑相同的濾紙，將要測試的土骨料分兩次裝入土樣室桶身內(nèi)，每完成一次裝樣后振搗試樣使之密實，將土樣室冒出的土樣用鋼刀刮平，放上與桶身內(nèi)徑相同的濾紙，濾紙上面放上透水石；

步驟二，將土樣與透水石連接，一起放入真空飽和缸進(jìn)行3個小時抽真空，然后進(jìn)行10個小時的飽和，使土樣與透水石充分飽和；

步驟三，將得到的飽和土樣與裝置組裝好；

步驟四，啟動GDS壓力控制系統(tǒng)開始向水壓力室注水，趕走室內(nèi)氣體，使得整個壓力充滿水、整個桶內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)；

步驟五，壓力盒讀數(shù)清零；

步驟六，啟動GDS壓力控制系統(tǒng)向水壓力室注水，增大水壓力室的壓力，記錄水壓力室內(nèi)的水壓u₁；

步驟七，調(diào)節(jié)GDS壓力系統(tǒng)增大注水壓力時，由于水在土中滲流的滯后性，滲出水收集室內(nèi)水壓慢慢增加，當(dāng)滲出水收集室內(nèi)水壓穩(wěn)定后，通過水壓傳感器10記錄滲出水收集室內(nèi)水壓u₂；

步驟八，直接記錄壓力盒的滲流力J*；

步驟九，通過理論公式J＝γ_W·i·V_S計算出滲流力J；

步驟十，對直接量測的滲流力J*與理論計算出的滲流力J進(jìn)行對比分析。

本發(fā)明有如下有益效果：

通過GDS壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水壓力室內(nèi)水壓，從而改變土樣頂端入滲水的水頭；通過連接于滲出水收集室底板的水壓傳感器測定土樣底部的剩余水頭。由滲流學(xué)知識，水在土體中流動時，由于受到土粒的阻力，而引起水頭損失，從作用力與反作用力的原理可知，水流經(jīng)過時必定對土顆粒施加一種滲流作用力，滲流力最終傳遞在壓力盒上，可以直接讀出該作用力的數(shù)值；從而量測在不同水力梯度作用下滲流對土顆粒施加的作用力，即滲流力。根據(jù)試樣上下水壓力差值計算水頭損失，并通過理論公式計算出理論滲流力，進(jìn)而對比分析量測的滲流力與理論的滲流力。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：水壓力室桶身1、導(dǎo)水管2、螺絲3、上透水石4、上環(huán)形防水橡膠墊5、土樣室桶身6、下透水石7、下環(huán)形防水橡膠墊8、滲出水收集室桶身9、水壓傳感器10、導(dǎo)水管11、閥門12、壓力盒13、底座14、飽和器15、長螺栓16。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做進(jìn)一步的說明。

實施例1：

如圖1，一種滲流力的量測裝置及其量測方法，它包括土樣室桶身6，所述土樣室桶身6上端安裝有水壓力室桶身1，所述土樣室桶身6內(nèi)部上端放置與土樣室桶身內(nèi)壁直徑相同的上透水石4，所述土樣室桶身6下端與滲出水收集室桶身9上端連接，所述土樣室桶身6和滲出水收集室桶身9之間設(shè)置有下透水石7，所述水壓力室桶身1的頂部中心安裝有導(dǎo)水管2，導(dǎo)水管2與GDS壓力系統(tǒng)連接，所述滲出水收集室桶身9的底部連接有水壓傳感器10和導(dǎo)水管11，所述滲出水收集室桶身9放置在壓力盒13上，壓力盒13固定在底座14上，所述水壓力室桶身1的頂部設(shè)置有飽和器15，所述飽和器15和滲出水收集室桶身9之間安裝有長螺栓16并夾緊。

進(jìn)一步的，所述土樣室桶身6和水壓力室桶身1的結(jié)合面設(shè)置有兩圈上環(huán)形防水橡膠墊5。防止增加壓力時漏水，影響實驗結(jié)果。

進(jìn)一步的，所述上透水石4能夠在土樣室桶身6內(nèi)部上下移動。由于土樣受到滲流力的作用，體積減?。粡亩笸翗禹敳康耐杆S土樣一起運動。

進(jìn)一步的，所述土樣室桶身6和滲出水收集室桶身9的結(jié)合面設(shè)置有下環(huán)形防水橡膠墊8。防止增加壓力時漏水，影響實驗結(jié)果。

進(jìn)一步的，所述水壓力室桶身1的頂部加工有排氣孔，所述排氣孔上安裝有螺絲3。便于排出水壓力室內(nèi)的氣體。要求排放氣螺絲在扭緊時不漏水。

進(jìn)一步的，GDS壓力控制系統(tǒng)開始注水時，水壓力室內(nèi)有大量氣體；水壓力室頂蓋直徑的1/4處設(shè)有兩個排氣孔，通過扭松螺絲進(jìn)行排放氣。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)水管11上安裝有閥門12控制水的流量。

實施例2：

采用任意一種滲流力的量測裝置的量測方法，它包括以下步驟：

步驟一，將土樣室桶身置于光滑平整的木板上，在桶底放上與桶身內(nèi)徑相同的濾紙，將要測試的土骨料分兩次裝入土樣室桶身內(nèi)，每完成一次裝樣后振搗試樣使之密實，將土樣室冒出的土樣用鋼刀刮平，放上與桶身內(nèi)徑相同的濾紙，濾紙上面放上透水石4；

步驟二，將土樣與透水石連接，一起放入真空飽和缸進(jìn)行3個小時抽真空，然后進(jìn)行10個小時的飽和，使土樣與透水石充分飽和；

步驟三，將得到的飽和土樣與裝置組裝好；

步驟四，啟動GDS壓力控制系統(tǒng)開始向水壓力室注水，趕走室內(nèi)氣體，使得整個壓力充滿水、整個桶內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)；

步驟五，壓力盒13讀數(shù)清零；

步驟六，啟動GDS壓力控制系統(tǒng)向水壓力室注水，增大水壓力室的壓力，記錄水壓力室內(nèi)的水壓；

步驟七，調(diào)節(jié)GDS壓力系統(tǒng)增大注水壓力時，由于水在土中滲流的滯后性，滲出水收集室內(nèi)水壓慢慢增加，當(dāng)滲出水收集室內(nèi)水壓穩(wěn)定后，通過水壓傳感器10記錄滲出水收集室內(nèi)水壓；

步驟八，直接記錄壓力盒13的滲流力J*；

步驟九，通過理論公式J＝γ_W·i·V_S計算出滲流力J；

步驟十，對直接量測的滲流力J*與理論計算出的滲流力J進(jìn)行對比分析。

實施例3：

土樣頂端入滲水的水壓力計算方法為：由理論公式u₁＝γ_w·h₁·A；可以通GDS壓力控制系統(tǒng)讀出水壓力室的頂端入滲水的水壓力u₁，并換算土樣頂端水頭h₁。

土樣底部的剩余水壓力計算方法為：由理論公式u₂＝γ_w·h₂·A；通過水壓傳感器測定讀出滲出水收集室的水壓即為土樣底部的水壓力u₂，并計算底部剩余水頭h₂。

理論的滲流力計算方法為：通過理論計算出頂端入滲水的水頭h₁，土樣底部的剩余水頭h₂，讀出土樣穩(wěn)定滲流時的高度l；根據(jù)理論公式其中Δh＝h₁-h₂，V_s為土樣的體積，γ_W為水的重度。由理論公式J＝γ_W·i·V_S計算土樣整體滲流力。

對比分析實測總滲透力J*與理論值J的差距與原因。

本發(fā)明的工作過程和工作原理為：

本發(fā)明設(shè)計了一種不同水力梯度作用下量測滲流力的方法，該方法包括：通過GDS壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水壓力室內(nèi)水壓，從而改變土樣頂端入滲水的水頭；通過連接于滲出水收集室底板的水壓傳感器測定土樣底部的剩余水頭。由滲流學(xué)知識，水在土體中流動時，由于受到土粒的阻力，而引起水頭損失，從作用力與反作用力的原理可知，水流經(jīng)過時必定對土顆粒施加一種滲流作用力，滲流力最終傳遞在壓力盒上，可以直接讀出該作用力的數(shù)值；從而量測在不同水力梯度作用下滲流對土顆粒施加的作用力，即滲流力J*。

該方法由于知道水壓力室內(nèi)水壓，從而計算水壓力室內(nèi)水頭；通過水壓傳感器測定土樣底部的水壓，從而計算滲出水收集室內(nèi)水頭；通過理論公式J＝γ_W·i·V_S計算出滲流力，用量測的滲流力與理論的滲流力進(jìn)行對比分析。

該方法利用了GDS壓力控制系統(tǒng)能夠精確持續(xù)的控制水壓力室的水頭h₁。

該裝置可以通過GDS壓力控制系統(tǒng)控制水壓力室的水頭h₁不變，觀察土體滲流隨時間的變化情況。

該裝置充分考慮了土樣在滲流作用下的變形，讓土樣上部的透水石在桶內(nèi)上下自由移動，與土樣的變形保持一致，充分的模擬土樣的滲流情況。

該方法使用了靜力學(xué)中作用力與反作用力知識，從而量測出滲流力J*。

通過上述的說明內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的未盡事宜，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識。