一種飽和軟土離心滲流筒的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種飽和軟土離心滲流筒，用于測(cè)量離心作用下飽和軟土滲透系數(shù)，包括，旋轉(zhuǎn)電機(jī)(60)和玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒(66)，玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒(66)包括帶有刻度的筒壁、同軸的大空心圓柱透水石(20)和小空心圓柱透水石(8)，其材料為透水混凝土；其中部為伸出筒底部的電機(jī)轉(zhuǎn)軸((4))；大空心圓柱透水石(20)的內(nèi)壁和小空心圓柱透水石(8)的外壁之間形成土樣槽(9)，在土樣槽(9)內(nèi)壁貼有濾紙(6)，并放置有飽和土樣；小空心圓柱透水石(8)與電機(jī)轉(zhuǎn)軸(4)之間形成有空腔(21)，空腔(21)用于從外部向其中注入水。本發(fā)明能夠更為準(zhǔn)確地模擬動(dòng)荷載作用下軟土滲流固結(jié)特性。
【專利說明】
-種飽和軟±離心滲流筒
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種飽和軟±離屯、滲流筒，尤其設(shè)及一種在離屯、作用下測(cè)量飽和軟± 滲透系數(shù)的小型離屯、滲流筒。
【背景技術(shù)】
[0002] ±體滲透特性是巖±工程特性研究的重要方面，度量±體滲透特性指標(biāo)是滲透系 數(shù)，現(xiàn)有測(cè)量滲透系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置主要有常水頭達(dá)西滲流儀和變水頭達(dá)西滲流儀，該實(shí)驗(yàn) 儀器對(duì)砂±滲透系數(shù)測(cè)量具有準(zhǔn)確性高、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 但飽和軟±具有含水率高、壓縮性高、孔隙比高、承載能力低、滲透小高兩低" 的特性，其滲流往往表現(xiàn)出非達(dá)西滲流特性。應(yīng)用現(xiàn)有的常水頭達(dá)西滲流儀和變水頭達(dá)西 滲流儀對(duì)軟±滲透系數(shù)測(cè)量將導(dǎo)致結(jié)果偏離工程實(shí)際，無法指導(dǎo)巖±工程勘察，很有可能 給巖±工程設(shè)計(jì)、施工帶來巨大的損失。
[0004] 隨著城市進(jìn)程的不斷加快，地鐵、鐵路、公路等交通工程發(fā)展迅速，中國已建和在 建的高速鐵路工程位居世界首位。巖±工程勘察更為關(guān)注不同頻率動(dòng)荷載對(duì)軟±工程特性 和污染物在±中遷移問題，尤其是動(dòng)荷載和離屯、禪合作用下在軟±滲流特性問題，目前仍 采用現(xiàn)有的常水頭達(dá)西滲流儀和變水頭達(dá)西滲流儀對(duì)軟±滲透系數(shù)測(cè)量，與工程實(shí)踐不 符，更不能模擬污染物如何在±中遷移，缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005] 所W人們開始越來越關(guān)注對(duì)軟±滲流特性的研究，并將理論研究與工程經(jīng)驗(yàn)累積 的研究成果應(yīng)用于工程實(shí)踐中。
[0006] 離屯、機(jī)模型試驗(yàn)被國際公認(rèn)為是研究巖±動(dòng)力學(xué)問題最有效、最先進(jìn)的科學(xué)試驗(yàn) 平臺(tái)。1931年美國哥倫比亞大學(xué)首先研制出世界上第一臺(tái)半徑為0.25111的±工離屯、機(jī)，19世 紀(jì)70年代初，±工離屯、機(jī)在美、英、蘇聯(lián)、法、日等國相繼發(fā)展，研制出轉(zhuǎn)臺(tái)式離屯、機(jī)、吊籃式 離屯、機(jī)和鼓式離屯、機(jī)，我國于19世紀(jì)80年代開始重視動(dòng)力離屯、機(jī)技術(shù)，1982年由長江科學(xué) 研究院簡稱，最大離屯、加速度達(dá)到300g，容量150g-t有效半徑3m。截止目前，我國擁有20多 臺(tái)離屯、機(jī)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍軌蛘鎸?shí)準(zhǔn)確地反映原型的性態(tài)和行為，模型與原型之間需要滿足幾 何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似關(guān)系=個(gè)基本條件，即對(duì)應(yīng)于各參數(shù)的相似準(zhǔn)則和參數(shù)之間 的協(xié)調(diào)關(guān)系。
[0007] 傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)式離屯、機(jī)、吊籃式離屯、機(jī)和鼓式離屯、機(jī)雖然能達(dá)到離屯、滲流的效果， 但由于操作復(fù)雜，滲流儀的體量大，試驗(yàn)費(fèi)用高，試驗(yàn)精度低等特點(diǎn)，都導(dǎo)致無法簡單、方便 和準(zhǔn)確的測(cè)量出在離屯、荷載作用下飽和軟±的滲透系數(shù)。
[000引傳統(tǒng)的離屯、筒大都利用離屯、加速度將兩種不同物質(zhì)分離開來，考慮不同的物質(zhì)成 分分析。但是沒有考慮和設(shè)計(jì)離屯、筒來模擬飽和軟±的滲流問題。
[0009]現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器往往很難方便和準(zhǔn)確的模擬在離屯、荷載作用下飽和軟±的滲透 系數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種在離屯、作用下測(cè)量飽和軟±滲透系數(shù)所采用的離屯、滲 流筒。技術(shù)方案如下：
[0011] 一種飽和軟±離屯、滲流筒，用于測(cè)量離屯、作用下飽和軟±滲透系數(shù)，包括，旋轉(zhuǎn)電 機(jī)60和玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66。玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66包括帶有刻度的筒壁、同軸的大空屯、圓柱透 水石20和小空屯、圓柱透水石8,其材料為透水混凝±;其中部為伸出筒底部的電機(jī)轉(zhuǎn)軸4;大 空屯、圓柱透水石20的內(nèi)壁和小空屯、圓柱透水石8的外壁之間形成±樣槽9，在±樣槽9內(nèi)壁 貼有濾紙6,并放置有飽和±樣;小空屯、圓柱透水石8與電機(jī)轉(zhuǎn)軸4之間形成有空腔21，空腔 21用于從外部向其中注入水。
[0012] 本發(fā)明的離屯、滲流筒，是一種飽和軟±振動(dòng)離屯、滲流儀的重要組成部分。
【附圖說明】
[0013] 圖1為飽和軟±振動(dòng)離屯、滲流儀振動(dòng)平臺(tái)連接圖；
[0014] 圖2為飽和軟±振動(dòng)離屯、滲流儀第一、第二振動(dòng)拉壓加載控制原理圖；
[0015] 圖3為飽和軟±振動(dòng)離屯、滲流儀滲流連接圖
[0016] 圖4為飽和軟±振動(dòng)離屯、滲流計(jì)算原理圖；
[0017] 圖中1、驅(qū)動(dòng)桿;2、第一彈黃;3、集水池;4、電機(jī)轉(zhuǎn)軸；5、泄壓閥；6、濾紙;8、小空屯、 圓柱透水石;9、±樣槽；10、儲(chǔ)水池；11、活塞電機(jī)；12、水管；17、旋轉(zhuǎn)電機(jī)開關(guān)；18、振動(dòng)平 臺(tái)；20、大空屯、圓柱透水石;21、空腔;22、第二彈黃;23、支架；24、調(diào)節(jié)閥；25、變頻器;27、第 一剛性桿;32、第二剛性桿;35、第一活塞；36、第一活塞缸;37、第二活塞缸;38、第二活塞； 39、鋼柱;40、第一單向閥;41、第二單向閥;42、水槽箱;60、旋轉(zhuǎn)電機(jī);61、旋轉(zhuǎn)桶底座;64、玻 璃刻度筒;66、玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，現(xiàn)結(jié)合本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)景，并配合 附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0019] 本發(fā)明為飽和軟±振動(dòng)離屯、滲流儀的一個(gè)組成部分。整個(gè)飽和軟±離屯、振動(dòng)滲流 儀包括振動(dòng)平臺(tái)18,飽和軟±離屯、滲流筒，向飽和軟±離屯、滲流筒注入水的注水部分。飽和 軟±離屯、滲流筒包括玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66和旋轉(zhuǎn)電機(jī)60。
[0020] 在圖1中，振動(dòng)平臺(tái)18的一側(cè)通過水平彈黃2與支架23相連，另一側(cè)通過第一剛性 桿27與第一加載控制臺(tái)19的鋼柱39固定連接，由第一加載控制臺(tái)19控制做水平方向振動(dòng)； 振動(dòng)平臺(tái)18的下部通過豎直彈黃22與支架相連，振動(dòng)平臺(tái)18的中部通過第二剛性桿32與第 二加載控制臺(tái)43的鋼柱39固定連接，由第二加載控制臺(tái)43控制做豎直方向振動(dòng);在振動(dòng)平 臺(tái)18上固定有旋轉(zhuǎn)電機(jī)60，
[0021] 在圖2中，兩個(gè)加載控制臺(tái)的結(jié)構(gòu)相同，包括驅(qū)動(dòng)桿1，變頻器25,活塞電機(jī)11，第一 活塞缸36，第一活塞35，第一單向閥40，水槽箱42，第二單向閥41，第二活塞缸37，第二活塞 38,鋼柱39,調(diào)節(jié)閥24。工作原理:開啟交流穩(wěn)壓電源，通過主控制器控制變頻器25,從而改 變活塞電機(jī)11的旋轉(zhuǎn)速度，與活塞電機(jī)11相連的驅(qū)動(dòng)桿1來驅(qū)動(dòng)第一活塞缸36中第一活塞 35的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)?shù)谝换钊?5向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，并在壓力作用下，水槽箱42中的水通過第一管路 中的第一單向閥40向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入到第一活塞缸36;當(dāng)?shù)谝换钊?5向下運(yùn)動(dòng)，第一活塞缸36 中的水通過第二管路中的第二單向閥41進(jìn)入到第二活塞缸37,并提升第二活塞38,并帶動(dòng) 鋼柱39向上擔(dān)動(dòng)。當(dāng)束一活塞缸36中的水全部壓入到束^活塞缸37時(shí),通過王巧制器巧制 調(diào)節(jié)閥24開端度，控制第二活塞缸37中水釋放的用水量，達(dá)到對(duì)鋼柱39的控制，使鋼柱39按 照一定的速度向下運(yùn)動(dòng);位移傳感器與鋼柱39相連，當(dāng)鋼柱39運(yùn)動(dòng)過程中，位移傳感器將鋼 柱39往復(fù)運(yùn)動(dòng)信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中。在計(jì)算機(jī)中，可W觀察鋼柱39是否按照正弦波、方形波 和=角形波進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)加載控制臺(tái)的結(jié)構(gòu)相同，鋼柱39分別通過第一剛性桿27和第二 剛性桿32與振動(dòng)平臺(tái)18右側(cè)和底下剛性相連，從而實(shí)現(xiàn)水平和豎向拉壓振動(dòng)。
[0022] 在圖3中，玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66包括帶有刻度的筒壁、同軸的大空屯、圓柱透水石20和 小空屯、圓柱透水石8，其材料為透水混凝±;玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66中部為伸出筒底部的電機(jī)轉(zhuǎn) 軸4;在大空屯、圓柱透水石20和小空屯、圓柱透水石8之間放置有飽和±樣，并在±樣的內(nèi)徑 和外徑表面處貼上濾紙6。
[0023] 在圖3中，注水部分主要包括儲(chǔ)水池10和玻璃刻度筒64。在小空屯、圓柱透水石8與 電機(jī)轉(zhuǎn)軸4之間的空腔21通過水管12、儲(chǔ)水池10與玻璃刻度筒64相連，玻璃刻度筒64的位置 高于玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66，使得玻璃刻度筒64中的水順利流入玻璃旋轉(zhuǎn)刻度筒66;電機(jī)轉(zhuǎn)軸4 受旋轉(zhuǎn)電機(jī)60的驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66中的±樣槽9的±樣做離屯、運(yùn)動(dòng)。
[0024] 在圖4中，本發(fā)明飽和軟±振動(dòng)離屯、滲流儀滲透系數(shù)計(jì)算，依據(jù)集水池出水量和時(shí) 間獲得如下兩個(gè)公式，其一:僅開啟加載控制臺(tái)，關(guān)閉電機(jī)旋轉(zhuǎn)控制器，有
[0025]
[0026] 其二，開啟電機(jī)旋轉(zhuǎn)控制器，關(guān)閉或者開啟加載控制臺(tái)，有
[0027]
[002引 其中 a=w2f = Nrg
[0029] AQ--出水量化）；
[0030] At--滲流時(shí)間；
[0031] A一一軟±滲流修正系數(shù)；
[0032] W一一旋轉(zhuǎn)電機(jī)60旋轉(zhuǎn)的角速度；
[0033] g一一重力加速度；
[0034] ri一一電機(jī)轉(zhuǎn)軸4的中屯、線到小空屯、圓柱透水石8的距離；
[0035] ro一一電機(jī)轉(zhuǎn)軸4的中屯、線到大空屯、圓柱透水石20的距離；
[0036] r--為電機(jī)轉(zhuǎn)軸4的中屯、線到玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66的距離；
[0037] Nr--相似性系數(shù)；
[003引 Pw--通過±樣后的壓力差。Pw=Pwg A h;
[0039] Pw--水的密度；
[0040] Ah 一一水頭損失，即試驗(yàn)開始和試驗(yàn)結(jié)束時(shí)玻璃刻度筒數(shù)值差A(yù) h = hi-h2;
[0041] 現(xiàn)W模擬動(dòng)荷載和離屯、禪合作用下飽和軟±滲透系數(shù)的試驗(yàn)為例，說明本發(fā)明的 具體使用過程，具體實(shí)施步驟如下：
[0042] (1)試驗(yàn)系統(tǒng)按照附圖組裝完畢后，首先將±樣槽9內(nèi)側(cè)放入浸過水的濾紙6,并檢 查小空屯、圓柱透水石8和大空屯、圓柱透水石20是否堵塞，然后再將飽和軟±試樣放入±樣 槽9;
[0043] (2)將玻璃刻度筒64放在高于旋轉(zhuǎn)刻度筒66的位置，將空腔21注滿水，讀取玻璃刻 度筒64的數(shù)值hi;
[0044] (3)開啟振動(dòng)臺(tái)18,通過主控制臺(tái)選擇相應(yīng)頻率的波形，W及通過第一加載控制臺(tái) 控制水平方向的振動(dòng)或者第二加載控制臺(tái)控制豎向位移，根據(jù)計(jì)算機(jī)采集的鋼柱39的運(yùn)動(dòng) 情況調(diào)節(jié)兩個(gè)加載控制臺(tái)振動(dòng)頻率。
[0045] (4)開啟旋轉(zhuǎn)電機(jī)開關(guān)17,通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)確定旋轉(zhuǎn)速度CO ;
[0046] (5)確定滲水時(shí)間A t，并記錄玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒66出水量A Q值，再次讀取玻璃刻度 的數(shù)值h2;
[0047] (6)通過上述公式計(jì)算滲透系數(shù)，結(jié)束試驗(yàn)。
[004引采用本發(fā)明的飽和軟±離屯、滲流筒的滲流儀，具有W下優(yōu)點(diǎn)：1、W飽和軟±為研 究對(duì)象，能夠真實(shí)模擬離屯、荷載作用下軟±的滲流特性，計(jì)算出的滲透系數(shù)值更加真實(shí)有 效;2、通過出水量參數(shù)A Q和時(shí)間AtW及玻璃刻度筒兩個(gè)度數(shù)hi、h2,就能確定水頭損失和 滲透系數(shù)，參數(shù)少，方便;3、將本發(fā)明的離屯、滲流筒和振動(dòng)臺(tái)結(jié)合在一起，能夠考慮振動(dòng)和 離屯、禪合效應(yīng)對(duì)飽和軟±滲透特性的影響，簡單易行。總之，結(jié)構(gòu)設(shè)置簡單、方便、試驗(yàn)費(fèi)用 低;測(cè)定飽和軟±滲透系數(shù)更準(zhǔn)確，更加接近于真實(shí)情況。
[0049]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的某一實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不是局限于 上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是局限性的，本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還 可W做出很多形式，運(yùn)些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種飽和軟土離心滲流筒，用于測(cè)量離心作用下飽和軟土滲透系數(shù)，包括，旋轉(zhuǎn)電機(jī) (60)和玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒(66)，玻璃刻度旋轉(zhuǎn)筒(66)包括帶有刻度的筒壁、同軸的大空心圓 柱透水石(20)和小空心圓柱透水石(8 )，其材料為透水混凝土;其中部為伸出筒底部的電機(jī) 轉(zhuǎn)軸（（4));大空心圓柱透水石(20)的內(nèi)壁和小空心圓柱透水石(8)的外壁之間形成土樣槽 (9)，在土樣槽(9)內(nèi)壁貼有濾紙(6)，并放置有飽和土樣;小空心圓柱透水石(8)與電機(jī)轉(zhuǎn)軸 (4)之間形成有空腔(21)，空腔(21)用于從外部向其中注入水。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK105987869SQ201610526219
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】雷華陽, 馮雙喜, 祁子洋, 周駿, 劉敏
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)