高压实粘土渗透测试装置

摘要

本发明公开了一种高压实粘土渗透测试装置，其特征是组成包括：一个有压力指示表的氮气瓶；一个顶面有一个进气孔和一组出水孔的高压水罐；一个由有中心孔并固定连接有注射针头、有螺栓孔的底座，有中心孔、螺栓孔、底面与底座顶面叠合的外筒，有进水孔、下段套接于外筒的中心孔中的活塞，和螺栓构成的渗透仪；一个一端与氮气瓶的出气口相连通、另一端与高压水罐的进气孔相连通的输气管；一个一端与活塞进水孔相连通、另一端与高压水罐各出水孔相连通的出水管；以及一个位于所述注射针头下方并连通的集水瓶。本发明结构简单，测量实验周期短，精确度高，可用于测定渗透系数小于10－9cm/s的任何介质，特别适用于高压粘土渗透性能的测试。

说明书

技术领域

本发明属于一种测试颗粒材料渗透性的装置，涉及一种高压实粘土渗透测试装置。该装置特别适用于高压实粘土以及渗透系数小于10^-9cm/s的任何介质的渗透测试。

背景技术

土的渗透性，即土中自由水流动的难易程度。是土的重要性质。渗透系数反映了土的渗透性能，是土的重要物理性质指标之一，其测定方法称为渗透试验。室内渗透试验方法有常水头法与变水头法。常水头渗透试验适用于粗粒土，变水头渗透试验适用于细粒土。对于高压实粘土这种极低渗透性介质，很难精确地测定其渗透系数。

透水性极低的试样难以准确测定其渗透性的原因归纳起来主要有：①难以使试样饱和；②试样较厚时，渗透水流达正常状态需要非常长的时问，而较薄时，又存在边界渗流的影响；③渗透试验中需较长时间才能得到少量渗流量，不易准确计量；④因渗流量甚小，系统可能的漏水和蒸发均有较大的影响；⑤低水力梯度作用下，将出现偏离达西定律的现象。

粘土在很多方面都有应用，例如建筑材料，垃圾填埋，放射性废物的填埋等。天然粘土不仅可以防渗，还可吸附、交换一些有害物质，是既经济、又安全可靠的天然防渗层。对于高压实粘土的渗透性研究也就变得十分重要。目前尚未见公认的能准确快速测定其渗透系数的装置。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，通过采用一个加压系统，提供一种能够快速准确测定单个或者多个高压实粘土样品的渗透系数的高压实粘土渗透测试装置。

本发明的内容是：一种高压实粘土渗透测试装置，其特征是组成包括：

一个有压力指示表(2)的加压装置氮气瓶(1)；

一个高压水罐(3)，该高压水罐(3)的顶面有一个进气孔(10)和一组出水孔(11)(采用一组出水孔，可使出水更均匀、测量数据更准确)；

一组渗透仪；各渗透仪均由：有中心孔(15)并固定连接有注射针头(6)(结构同医用注射针头)、有2-4个均布的螺栓孔(16)的底座(8)，有中心孔(17)、有2-4个均布的与螺栓孔(16)位置对应的螺栓孔(18)、底面与底座(8)顶面叠合的外筒(4)，有进水孔(19)、下段套接于外筒(4)的中心孔(17)中的活塞(9)，和2-4个螺栓(13)构成；

一个一端与所述氮气瓶(1)的出气口相连通、另一端与所述高压水罐(3)的进气孔(10)相连通的输气管(14)；

一组出水管(12)，各出水管(12)的一端与所述一个渗透仪中活塞(9)的进水孔(19)相连通、另一端与所述高压水罐(3)的一个出水孔(11)相连通；

以及一个位于所述注射针头(6)下方并连通的密封集水瓶(5)(例如：密封连接有瓶塞的锥形瓶等)。

本发明的一内容中：所述一组出水孔(11)、一组出水管(12)和一组渗透仪的数量为对应相同的1-6个。较好的是：所述进气孔(10)位于高压水罐(3)的顶面中心；1-6个出水孔(11)均匀对称分布，当出水孔(11)为一个以上时，各出水孔(11)分别连通有一个出水管(12)，导出的多个出水管(12)分别与一个渗透仪中的活塞(9)的进水孔(19)相连通。

本发明的一内容中：所述活塞(9)的上端有2-4个均布的与螺栓孔(18)位置对应的螺栓孔(20)。

本发明的一内容中：所述外筒(4)的底面有环形凸台(21)，所述底座(8)的顶面有与环形凸台(21)形状位置对应的环形凹槽(22)。

本发明的一内容中：所述外筒(4)的底面与所述底座(8)的顶面连为一体。

本发明的一内容中：所述活塞(9)的中段有环形凹槽(23)、并套有橡胶或塑料密封圈(24)，以密封活塞(9)与外筒(4)中心孔(17)之间的间隙。

本发明的一内容中：所述外筒(4)的底面和底座(8)的顶面分别置有尼龙网或不锈钢网(25)。

本发明的一内容中：所述输气管(14)、出水管(12)均可采用金属管或抗压非金属管，例如：抗压胶管等。

本发明的使用方法是：将水(26)注入高压水罐(3)中；将试样(7)置于活塞(9)下方的外筒(4)的中心孔(17)中及底座(8)中心孔(15)上方、并压实试样(7)，尼龙网或不锈钢网(25)贴于试样(7)的上下表面；螺栓(13)穿过对应位置的底座(8)螺栓孔(16)和外筒(4)螺栓孔(18)将两者固定密封连接、或螺栓(13)穿过对应位置的底座(8)螺栓孔(16)、外筒(4)螺栓孔(18)和活塞(9)螺栓孔(20)将三者固定连接以防止工作中活塞(9)被顶出，活塞(9)下段与外筒(4)中心孔(17)活动密封套接；与高压水罐(3)的出水孔(11)相连通的出水管(12)的一端位于高压水罐(3)内水(26)中的下部；输气管(14)、出水管(12)的连接处严格密封，不漏气不漏水；注射针头(6)插入下方密封的集水瓶(5)中。使用时，打开加压装置氮气瓶(1)开关输出氮气(氮气加压可控制在0.1-0.2MPa等)，每隔一定时间测量集水瓶的水量，按照常水头公式进行计算。根据渗出的水量与水力梯度反求渗透系数，常水头法的计算公式如下：

$K_T=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{Aht}}$

式中：

KT为渗透系数，cm/s；

Q为t时间内的渗流量，cm³；

L为试样高度，cm；

t为渗透时间，s；

h为常水头，cm；

A为试样横截面积，cm²。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

(1)本发明操作使用方便，测量实验周期短，精确度高，可以用于测定系数小于10^-9cm/s的任何介质，有效解决了高压粘土渗透性能的测试问题；

(2)本发明装置通用性好、结构简单、可靠性高、容易实现、周期短，实用性强；

(3)本发明装置可以测一个样品或者同时测量多个样品的渗透系数。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例1中活塞的纵剖视结构示意图；

图3为图2的A-A剖视结构示意图；

图4为图2的B-B剖视结构示意图；

图5为本发明实施例1中外筒的纵剖视结构示意图；

图6为图5的C-C剖视结构示意图；

图7为本发明实施例1中底座的纵剖视结构示意图；

图8为图7的D-D剖视结构示意图；

图9为本发明实施例中水罐的俯视结构示意图；

图10为本发明实施例中有多个出水管的水罐的纵剖视结构示意图。

图中：1-氮气瓶、2-压力指示表、3-高压水罐、4-外筒、5-集水瓶、6-注射针头、7-试样、8-底座、9-活塞、10-进气孔、11-出水孔、12-出水管、13-螺栓、14-输气管、15-中心孔、16-螺栓孔、17-中心孔、18-螺栓孔、19-进气孔、20-螺栓孔、21-凸台、22-凹槽、23-环形凹槽、24-橡胶或塑料密封圈、25-尼龙网或不锈钢网、26-水。

具体实施方式

下面给出实施例拟对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明的保护范围。

实施例1：参见附图1-8。

一种高压实粘土渗透测试装置，其组成包括：

一个有压力指示表2的加压装置氮气瓶1；

一个高压水罐3，该高压水罐3的顶面有一个进气孔10和一个出水孔11；

一个渗透仪；该渗透仪由：有中心孔15并固定连接有注射针头6(结构同医用注射针头)、有2个均布的螺栓孔16的底座8，有中心孔17、有2个均布的与螺栓孔16位置对应的螺栓孔18、底面与底座8顶面叠合的外筒4，有进水孔19、上端有2个均布的与螺栓孔18位置对应的螺栓孔20、下段套接于外筒4的中心孔17中的活塞9，和2个螺栓13构成；

一个一端与所述氮气瓶1的出气口相连通、另一端与所述高压水罐3的进气孔10相连通的输气管14；

一个一端与所述活塞9的进水孔19相连通、另一端与所述高压水罐3的出水孔11相连通的出水管12；

以及一个位于所述注射针头6下方并连通的密封集水瓶5(例如：密封连接有瓶塞的锥形瓶等)。

所述外筒4的底面有环形凸台21，所述底座8的顶面有与环形凸台21形状位置对应的环形凹槽22、使两者的连接更为紧密；

所述活塞9的中段有环形凹槽23、并套有橡胶或塑料密封圈24，以密封活塞9与外筒4中心孔17之间的间隙；

所述外筒4的底面和底座8的顶面分别置有尼龙网或不锈钢网25；

所述输气管14、出水管12均可采用金属管或抗压非金属管，例如：抗压胶管等。

本发明的使用方法是：将水26注入高压水罐3中；将试样7置于活塞9下方的外筒4的中心孔17中及底座8中心孔15上方、并压实试样7，尼龙网或不锈钢网25贴于试样7的上下表面；螺栓13穿过对应位置的底座8螺栓孔16和外筒4螺栓孔18将两者固定密封连接(使连接面不会渗水)、或螺栓13穿过对应位置的底座8螺栓孔16、外筒4螺栓孔18和活塞9螺栓孔20将三者固定连接以防止工作中活塞9被顶出，活塞9下段与外筒4中心孔17活动密封套接；与高压水罐3的出水孔11相连通的出水管12的一端位于高压水罐3内水26中的下部；输气管14、出水管12的连接处严格密封，不漏气不漏水；注射针头6插入下方密封的集水瓶5中；所有接口需保持密封。使用时，打开加压装置氮气瓶1开关输出氮气(采用抗压胶管连接时，氮气加压可控制在0.1-0.2MPa之间，如果压力过大则容易使抗压胶管破裂、过小则会使实验周期过长，达不到预期效果)并保持压力稳定；气压使高压水罐3中的水26被压出，经出水管12、活塞9的进水孔19、尼龙网或不锈钢网25、试样7渗透后，再经尼龙网或不锈钢网25、注射针头6进入集水瓶5中，每隔一定时间测量集水瓶的水量(可用电子天平称取流出水量)，按照常水头公式进行计算。根据渗出的水量与水力梯度反求渗透系数，常水头法的计算公式如下：

$K_T=\frac{\mathrm{QL}}{\mathrm{Aht}}$

式中：

KT为渗透系数，cm/s；

Q为t时间内的渗流量，cm³；

L为试样高度，cm；

t为渗透时间，s；

h为常水头，cm。

采用数量对应一致的多个(例如：2、3、4、5、6个)出水孔11、出水管12和渗透仪时，即可以同时测量多个高压实粘土试样的渗透系数。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。