专利名称：三轴渗透试验仪的设计制造及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及设计和制造用于测试低渗透系数(10-9cm/s数量级)样品的三轴渗透测试仪器。测试的样品可以是纯土材料，可以是土和水泥、粉煤灰、微粉矿渣、火山灰或煤矸石等的混合材料；可是其他诸如土和白云石、蒙脱石、伊利石、高岭石、沸石、硅藻土等非金属矿物；也可以是上述所有产品的各种组合复配后能够形成包含硅酸钙或者水化后能够形成水化硅酸钙矿物成分的样品。只要最终的测试样品形成一定的致密度，具备一定的强度、 硬度、粘聚性、流动性和保水性，都可以在三轴渗透试验仪上进行渗透系数的测试。
背景技术：
由于影响渗透系数的因素十分复杂，如土的颗粒组成，胶体含量、结构状态、密度、 土�：退目笪锍煞值龋甲阋杂跋焖恼凡舛�。当前室内和现场用的各种方法所测定的渗透系数仍然是个比较粗略的数值，实际上渗透系数的测定方法，仍处于研究和改进之中。在土木工程和土力学领域，现在国家标准《土工试验方法标准GB/T 50123-1999》 和水利行业标准《土工试验规程SL237-014-1999》目前室内渗透试验方法有两种1、常水头渗透试验，2、变水头渗透试验。由于土的渗透系数变化范围很大，从KT1 10_8cm/s，渗透系数测定的方法的选用是根据土样的渗透性大小决定的。对于渗透系数(k)大于10_4cm/s的土采用常水头法，渗透系数(k)为10_4 10_7cm/s的土采用变水头法。1、常水头渗透试验常水头渗透试验适用于砂土等粗粒土，根据《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件GB/T 1M06-2007》中规定使用70型渗透仪(基姆式渗透仪)，见附
图1所示。根据GB/T 15406-2007的规定，与70型渗透仪配套使用的圆筒内径为100mm，高为 300 400mm，并且圆筒的内径应大于试样中最大粒径的10倍，以避免因沿圆筒周围部分试样的孔隙较大而使周围部分流量变大引起的试验误差。常水头渗透试验即水流在一恒定的水头差作用下通过土样，测定在规定时间内的流量来计算土的渗透系数。试验时土样长度为固定值，这样水力坡降为常数，根据达西定
律，渗透流量为Q =,,kHAt
MAt =-A:= L
式中=Q—渗透流量(cm3)
k—-渗透系数(cm/s)；
i-水力坡降；
H——-水头损失(cm)；
L——-渗透路径长度(cm)；
A——-试样截面积(cm2)；
t-时间(S)。2、变水头渗透试验变水头渗透试验适用于粘质土和粉质土等细粒土，根据《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件GB/T 15406-2007))中规定使用南55型渗透仪，见附图2和图3所示。变水头渗透试验是通过土样的渗透在变化的水头压力影响下进行的。根据同一时间内经过土样的渗流量与水头量管流量相等推导得出变水头渗透系数。渗透系数可由下式求得
权利要求
1.本发明突破了原有《土工试验方法标准GB/T50123-1999》和水利行业标准《土工试验规程SL237-014-1999》中采用常水头或变水头仪器测试得到渗透系数的局限性。本发明突破和拓展了传统渗透系数的测试方法。粗粒土只能用常水头测试，测试细粒土只能用变水头测试已经成为过去，本发明针对粗粒土和细粒土，既可以用常水头测试，也可以用变水头测试。
2.测试原状土，一定空隙比下的的扰动土以及土与水泥、粉煤灰、煤矸石、微粉矿渣等外加剂的混合物的渗透系数，其制模要求为(1)测试的试样要放在环刀内一同放入压力室内进行测试，样品和环刀内壁不得有环状间隙，否则会形成优势通道影响测试的准确性。(2)环刀的尺寸有Φ61.8mmX40mm和Φ 70mmX40mm的圆柱形刚环，壁厚在2mm。为了方便在现场取原状土，我们根据GB/T 15406-2007对环刀的要求，加工了刃口厚度0. 3mm, 刃口角度10°的不带边带刃取土环刀。
3.本发明缩短了测试所需的时间，可以把渗透压力调到450KPa，围压调到550Kpa。 这是因为空压机在500和700KPa这个区间工作，当空压机输出压力即储气罐的压力低于 50010 时，空压机由压力控制器控制自动开启工作；当储气罐的压力高于70010 时，压力控制器控制空压机自动停止工作。由于压力控制器感应的延迟效应，空压机实际开始工作和停止工作时那一瞬间压力表显示的压力值是480KPa-720KPa，这是在正常范围之内。
4.本发明可以测试渗透系数从10_4cm/s 10_9cm/s的试样，甚至可以测试10_1(lCm/S的试样，只是试样饱和需要的时间会相应的更长。
全文摘要
本发明“三轴渗透试验仪的设计制造及应用”突破了《土工试验方法标准GB/T50123-1999》和《土工试验规程SL237-014-1999》测试渗透系数的局限性。本发明根据变水头原理进行设计，由于空压机提供高达47m的水头使得可以用常水头来处理实验结果。针对粗粒土和细粒土既可以用常水头计算也可以用变水头计算，结果在同一数量级上并且十分接近。本发明由空气压缩机、渗透仪机架、三轴渗透压力室、液位传感器、试验数据采集器和接收器、数据处理软件和电脑等组成。数据在线读�。远娲ⅲ梢圆馐�10-9cm/s或更低的试样。本发明测试原状土，扰动土及土和水泥等外加剂混合物的渗透系数。制样方法简单易行，测试快捷方便，涵盖了土力学或材料学中需要测试渗透系数的应用领域。
文档编号G01N15/08GK102323196SQ20111013368
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者宋云, 杨熙章, 申坤 申请人:宋云, 杨熙章, 申坤
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