一种全自动渗透固结联合试验装置的制作方法

本实用新型涉及土工实验研究领域，特别涉及一种全自动渗透固结联合试验装置。

背景技术：

在饱和黏性土地区进行基础工程施工时，地基或路基常常出现较大的沉降。为对上述问题作出合理的评估和预测，需要对饱和黏性土地区的地基土或路基土的固结特性和渗透特性进行试验研究。传统的方法是用固结仪来做固结试验，得到固结参数，来研究土体的固结特性；用渗透仪做渗流试验，得到渗流参数，来研究土体的渗透特性。但是，对于饱和黏性土实质上固结与渗流是一个耦合的过程，将固结试验与渗流试验分开做，并不能真实反映实际情况，试验结果与实际情况存在较大误差。目前，已有试验人员利用改进的固结仪，通过变水头渗流与固结交叉的试验，来研究土的固结与渗流特性，但是所用的固结仪多为三联式高压固结仪，由于其上盖与固结仪内壁之间摩擦力过大，所加荷载与实际土样上部所受压力偏差较大，所得试验结果与实际存在较大误差，且测量数据全靠人工读取，精度和效率都较低。因此，亟待对现有装置进行改进，以期达到快速、精确得到土体渗流与固结参数的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的不足和问题，提供了一种全自动渗透固结联合试验装置。

本实用新型提供的全自动渗透固结联合试验装置，主要包括渗透固结仪、加载部、测量部、及电脑数据采集系统，所述渗透固结仪由底座、套筒、上盖、上盖橡胶密封圈和底座橡胶密封圈构成，其内部由下至上依次为下透水石、下滤纸、土样、上滤纸、上透水石和集水板；集水板与上盖之间安装有压力传感器，用于测量土样上部所受压力，压力传感器的数据线穿过上盖的开孔引出，开孔用密封塞密封；上盖设有排水孔、上盖橡胶圈固定槽和承压槽，排水孔与排水管相连，集水板上设有多个集水孔；加载部利用杠杆原理设计而成，包括台座、支撑杆、连接铰、加力杆、砝码盘和传力杆，传力杆底部与上盖的承压槽相吻合，通过传力杆将力传递至上盖；测量部包括：测量土样竖向变形的百分表、测量土样上部所受压力的压力传感器、测量U型管内液面高度的摄像头和测量渗透仪底部水压的孔压传感器；百分表固定在百分表固定架上，摄像头固定在摄像头固定架上，孔压传感器与排气孔外的排气管相连；通过电脑数据采集系统对试验数据实时测控，可以得到土样的渗流参数和固结参数。

优选地，所述压力传感器为防水压力传感器，置于集水板中心位置的定位槽内，最大的防水压强为5MPa，精度0.01MPa。

优选地，所述集水板上中心对称地分布有两排集水孔，将土样流出的水汇集到排水孔，排水孔和集水孔内径均为3毫米。

优选地，所述U型管通过接头与排水管相连接，U型管为透明玻璃管，并标有刻度线。通过U型管测固结过程中排出的水量，进而得到固结过程中土体渗透系数，且U型管内径大于1毫米小于4毫米，一方面便于快速读数，另一方面避免毛细现象。

优选地，所述承压槽位于上盖中心位置，使土样上部受力均匀。

优选地，所述套筒内壁光滑，下部带边，边上均匀设置3个螺钉孔，且螺纹孔为内螺纹，底部设有套筒橡胶密封圈固定槽，其中套筒内径61.8毫米，高度100毫米，壁厚10毫米，下部边宽15毫米，厚度10毫米，螺纹孔径6毫米

优选地，所述底座中间凸起10毫米，凸起部分直径与套筒内径一致，便于固定套筒，中间设有排气孔，通过排气阀门控制开闭，用于试验前排除装置内气体，排气结束后与孔压传感器接通，用于测量试样底部孔隙水压力，底座两边设有相应的底座橡胶密封圈固定槽和3个底座螺钉孔，通过螺钉和底座橡胶密封圈使套筒与底座密闭连接。

优选地，所述摄像头固定架，可以自动升降，保证摄像头与U型管凹液面相平。

优选地，所述套筒、底座、螺钉和加载部，其材质均为不锈钢,上盖和集水板材质为有机玻璃，保证试验时试样不被铁锈污染，也为了增加该装置的使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：在试验过程中，可以同时得到土样的固结参数和渗流参数；通过压力传感器测得了土样上部所受压力；适用于10毫米至40毫米不同高度的试样；试验过程中利用电脑数据采集系统实时测量，避免人为读数误差，试验数据精确可靠；该装置制作简单，成本低，操作方便，试验数据比较符合工程实际。

附图说明

图1 本实用新型的结构示意图。

图2 上盖和集水板纵断面示意图。

图3 套筒纵断面示意图。

图4 底座纵断面示意图。

图5 集水板俯视示意图。

图中标识：1-台座;2-底座;3-螺钉;4-上盖橡胶密封圈; 4a-底座橡胶密封圈; 5-上透水石;5a-下透水石;6-上滤纸;6a-下滤纸;7-土样;8-上盖;9-上盖排水孔;10-压力传感器; 13-排气阀门;14-排气孔; 16-套筒; 18-接头; 21-支撑台;22-百分表固定架;23-百分表;24-支撑杆;25-密封塞;26-砝码盘;27-传力杆;28-连接铰;29-加力杆;30-摄像头固定架;31-孔压传感器;32-摄像头;33-U型管;34-电脑数据采集系统; 35-上盖橡胶密封圈固定槽; 35a-套筒橡胶密封圈固定槽; 35b-底座橡胶密封圈固定槽; 38-套筒螺钉孔;38a-底座螺钉孔;39-承压槽; 40-集水板; 41-集水孔; 42-排水管。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案进行了描述，但本实用新型并不限于这个实施例。

实施例

该实施例以40毫米饱和重塑黏性土样的渗透固结试验为例，试验装置参见图1-图5。试验装置主要包括渗透固结仪、测量部、加载部和电脑数据采集系统34。渗透固结仪由底座2、套筒16、上盖8、上盖橡胶密封圈4和底座橡胶密封圈4a构成，其内部由下至上依次为下透水石5a、下滤纸6a、土样7、上滤纸6、上透水石5和集水板40；加载部利用杠杆原理设计而成，包括台座1、支撑杆24、连接铰28、加力杆29、砝码盘26和传力杆27，通过传力杆27将力传递至土样7，使土样7固结，传力杆27底部与上盖的承压槽39相吻合；测量部包括：百分表23、压力传感器10、摄像头32和孔压传感器31，百分表固定在百分表固定架22上，摄像头32固定在摄像头固定架30上，防水孔压传感器10安装在上盖8和集水板40之间，通过数据线经上盖8引出，出口处用密封塞25密封，集水板40上设有集水孔41，通过上盖排水孔9和排水管42及接头18与U型管相连，孔压传感器31与排气孔14外伸水管相连接，排气孔14通过排气阀控制开闭，百分表23、压力传感器10、摄像头32和孔压传感器31与电脑相连，通过电脑数据采集系统34对试验数据实时测控；这样通过摄像头32测得的带刻度U型管33读数得到土样的渗透系数，通过百分表23读数得到土样的竖向变形，通过压力传感器10读数土样的轴压，通过孔压传感器31得到孔隙水消散规律。

试验过程如下：

步骤1: 准备1个40毫米的不锈钢环刀，内表面涂抹一层硅脂，便于土样从环刀中自由滑出；

步骤2: 用准备好的环刀取土样7，然后在饱和桶中抽气饱和，先抽气1个小时，然后注水浸泡24小时后取出；

步骤3: 在套筒16内壁涂一层硅脂，用于减小土样7与套筒16内壁之间的摩擦力，将底座橡胶密封圈4a放入橡胶密封圈固定槽35b，在底座2上安放套筒16，使底座橡胶密封圈4a与套筒橡胶密封圈固位槽35a对应，并且套筒螺钉孔38与底座螺钉孔38a对应，将螺钉3插入螺钉孔，然后拧紧保证底座2与套筒16密闭连接；

步骤4: 在套筒16底部依次放入直径61.8毫米厚10毫米的下透水石5a和下滤纸6a，然后向套筒16中注满蒸馏水，将环刀对准套筒16上口，打开排气阀门13，使土样7自由滑入套筒16内，套筒16内部空气将会被挤出，土样7到达套筒16底部后关闭排气阀门13，在土样7上表面依次放入上滤纸6和直径61.8毫米厚10毫米的上透水石5，将压力传感器10置于集水板40中间凹槽内，然后在套筒内加满水；

步骤5: 将上盖橡胶密封圈4置于上盖橡胶密封圈固定槽35内，边缘涂一层硅脂，一方面减小摩擦力，一方面增加密闭性，然后用接头18将U型管33与排水管42相连接，最后安装上盖8，套筒16内多余的水和空气从U型管33一端排出，用长针头针管将U型管33内水抽出至0刻度线，并在液面上滴一滴煤油密封，防止水的蒸发；

步骤6: 将百分表23固定于百分表固定架22上，百分表23下部与支撑台21上表面接触，摄像头32固定在摄像头固定架30上，将孔压传感器31与排气阀门13另一端相连，打开排气阀门13，然后对百分表23、压力传感器10、摄像头32和孔压传感器31，试完毕后开始加载，以加载100kPa为例；

步骤7: 通过百分表23读数便可得到土样的固结参数，通过孔压传感器31可以得到土样底部孔压消散情况，通过压力传感器10可以得到土样竖向压力，通过摄像头32读数可以得到固结过程中土样的渗透系数。

上述具体实施方式的描述仅用于说明本实用新型,而不用于限制本实用新型的权利保护范围。