CN108397192A - 一种砂性土体渗透系数测量的简便装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于砂性土体渗透系数测量的简便装置及其方法。它包括管子组件、压力传感器、活塞、端盖、推杆、内胆管、橡胶气囊、法兰、紧箍圈、密封塞、O型密封圈、传输线、记录仪、加长杆、压力表、方向阀、压缩机、气阀、进气管、密封螺母、垫圈、密封环；本发明相对于常规的测量设备，无需注水或抽水装置，简化了测试设备，引用了推杆活塞实现加压，打破了行业领域的禁锢，同时采用了压力传感器记录水压力随时间的变化过程，提高了测试的精确度，也顺应了科技的发展，该装置特点是测量快捷、设备便携。

Description

一种砂性土体渗透系数测量的简便装置及其方法

技术领域

本发明涉及岩土工程岩土体参数测量领域，尤其涉及一种砂性土体渗透系数测量的简便装置。

背景技术

渗透系数是衡量岩土体透水能力的重要指标，砂性土体由于难以取得原状试样，其渗透系数的测量一般在现场采用抽水法或者注水法进行。这两种方法的测量需要在场地的钻孔中进行抽水或者注水，测试工艺复杂，需要的人力物力较多，相应的测试时间较长，对工程实践带来了不便。此外，由于渗透系数的变异性，不同部位的渗透系数有所变化，而抽水法或注水法测量范围大，得到的渗透系数为整个测量范围内的渗透系数的均值，无法反映渗透系数的不均匀性。随着科技的发展，传感器的广泛应用，采用压力传感器和数字化处理技术也是顺应时代的发展。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有测试设备的不足，为现场快速测试岩土体渗透系数，提供一种砂性土体渗透系数测量的简便装置及其使用方法。

一种砂性土体渗透系数测量的简便装置包括管子组件、压力传感器、活塞、端盖、推杆、内胆管、橡胶气囊、法兰、紧箍圈、密封塞、O型密封圈、传输线、记录仪、加长杆、压力表、方向阀、压缩机、气阀、进气管、密封螺母、垫圈、密封环；压力传感器在管子组件内，安装在活塞上，通过传输线与记录仪相连接，传输线经过端盖和法兰上的小孔,小孔中装有密封塞，内胆管在橡胶气囊中，在内胆管的两端有两个紧箍圈将橡胶气囊扎紧在内胆管上，法兰、端盖分别装在内胆管的上下两个端口，在法兰和端盖的外圆柱面上均装有一对密封环，在法兰和端盖的中心孔内均装有一对O型密封圈，推杆通过法兰和端盖的中心孔，贯穿上下，在推杆的下端装有活塞，上端可以装接加长杆，进气管通过密封螺母、垫圈安装在法兰上，一端口伸进内胆管中，另一端口通过导气管依次与压力表、气阀、方向阀、压缩机连接，橡胶气囊7在充气状态下与管子组件的内壁紧密接触，起到封堵作用。

其中的管子组件包括提拉管、筛漏管、内衬管、内衬套、底托盘；在筛漏管外，套有提拉管，在筛漏管内，上端装有内衬管，下端装有内衬套，底托盘装在筛漏管下端部的内衬套上,底托盘与内衬套、内衬套与筛漏管之间的配合均是过盈配合，可以承受较大的力。

在使用该装置前，先将提拉管、筛漏管、内衬管、内衬套、底托盘组装成管子组件；将组装好的管子组件的底托盘的一端朝下放入钻好的孔中，施加一定压力给提拉管，提拉管传力给底托盘，底托盘带动内衬套和筛漏管向下行，管子组件就可以进入到孔的预定深度。

砂性土体渗透系数测量的简便装置使用方法如下：

1)准备就位：首先要将管子组件压入钻好的孔中，待到预定的深度，将提拉管向上回提，回提长度不超过筛漏管的长度，固定好提拉管的位置，向原钻孔的筛漏管周围回填粗砂粒，向提拉管周围回填水泥浆封堵；将未充气的该装置放入预埋好的管子组件中，放置在筛漏管上，使端盖下部的锥形面刚好与内衬管的内锥面接触吻合；

2)充气封堵：开启压缩机，向橡胶气囊充气，随着气压的增加，橡胶气囊逐渐打开，将橡胶气囊与提拉管之间的缝隙堵死，使橡胶气囊以下的部位形成密闭的空腔，直至压力表的读数达到预定值，关停压缩机；

3)活塞加压：静等3～5分钟，待筛漏管内与渗透层间水压平衡后，推动推杆，活塞向下运动，挤压筛漏管中的水，受压的水通过筛漏管向砂土层渗透；

4)数据处理：压力传感器将测到的水压力值实时地传输给记录仪，记录仪存储压力值，并按照预先设定的算法，计算被测砂土层的渗透系数。

本发明提供一种砂性土体渗透系数测量的简便装置，相对于常规的注水试验，特点是测量快速、设备便携，不再需要在测试部位注水，简化了渗透系数的测试。通过对封堵以及加压等功能的集成，使得水压力在较短时间内有明显的升高，然后自然消散，缩短了测试时间。采用压力传感器记录水压力随时间的变化过程，获得实时数据，提高了渗透系数的测试的精确度，设备简单便于携带，操作简便。

附图说明

图1为一种砂性土体渗透系数测量的简便装置的结构示意图；

图2为管子组件的结构示意图；

图3为法兰的半剖结构示意图；

图中：管子组件1、压力传感器2、活塞3、端盖4、推杆5、内胆管6、橡胶气囊7、法兰8、紧箍圈9、密封塞10、O型密封圈11、传输线12、记录仪13、加长杆14、压力表15、方向阀16、压缩机17、气阀18、进气管19、密封螺母20、垫圈21、密封环22、提拉管23、筛漏管24、内衬管25、内衬套26、底托盘27。

具体实施方式

如图1所示，一种砂性土体渗透系数测量的简便装置包括管子组件1、压力传感器2、活塞3、端盖4、推杆5、内胆管6、橡胶气囊7、法兰8、紧箍圈9、密封塞10、O型密封圈11、传输线12、记录仪13、加长杆14、压力表15、方向阀16、压缩机17、气阀18、进气管19、密封螺母20、垫圈21、密封环22；压力传感器在管子组件1内，安装在活塞3上，通过传输线12与记录仪13相连接，传输线12经过端盖4和法兰8上的小孔,小孔中装有密封塞10，内胆管6在橡胶气囊7中，在内胆管6的两端有两个紧箍圈9将橡胶气囊7扎紧在内胆管6上，法兰8、端盖4分别装在内胆管6的上下两个端口，在法兰8和端盖4的外圆柱面上均装有一对密封环22，在法兰8和端盖4的中心孔内均装有一对O型密封圈11，推杆5通过法兰8和端盖4的中心孔，贯穿上下，在推杆的下端装有活塞3，上端可以装接加长杆14，进气管19通过密封螺母20、垫圈21安装在法兰8上，一端口伸进内胆管6中，另一端口通过导气管依次与压力表15、气阀18、方向阀16、压缩机17连接，橡胶气囊7在充气状态下与管子组件1的内壁紧密接触，起到封堵作用。

如图2所示，管子组件1包括提拉管23、筛漏管24、内衬管25、内衬套26、底托盘27；在筛漏管24外，套有提拉管23，在筛漏管24内，上端装有内衬管25，下端装有内衬套26，底托盘27装在筛漏管24下端部的内衬套26上,底托盘27与内衬套26、内衬套26与筛漏管24之间的配合均是过盈配合，可以承受较大的力。

在使用该装置前，先将提拉管23、筛漏管24、内衬管25、内衬套26、底托盘27组装成管子组件1；将组装好的管子组件1的底托盘27的一端朝下放入钻好的孔中，施加一定压力给提拉管23，提拉管23传力给底托盘27，底托盘27带动内衬套26和筛漏管24向下行，管子组件就可以进入到孔的预定深度。

活塞3、推杆5和内衬管25三者组合形成了该装置的加压系统，活塞3在内衬管25内，推杆5装在活塞3的中心孔中，活塞3在推杆5的作用下，沿着内衬管25的内壁可以上下活动；推杆5是两端封闭中空的不锈钢管，在推杆5两端10CM处各设有一个换气孔，作用是当外力加在推杆5上使活塞3下行时，内衬管25与活塞3形成的空腔与大气相通，不至于形成真空，以减小加在在推杆5上的推力；推杆5安装在端盖4和法兰8的中心孔中，外圆柱面直接与两对O型密封圈11接触，在外力作用下可以上下运动。在使用中,可根据实际需要在推杆5的上端加接加长杆14。

端盖4是个带凸沿的圆盘类零件，在它的外圆柱面上设有两条沉槽，是用来放置密封环22的，以保证端盖4装入内胆管6后，端盖4和内胆管6的接触面密封，即不漏气也不漏水；在端盖4的盘面上设有两个通孔，其中一个小孔是用来装入密封塞10通过传输线12的，保证不漏气不漏水；端盖4盘面上的中心孔，是用来安装推杆5的，在中心孔内，设有两个O型内环槽，是用来放置O型密封圈11的，以保证推杆5穿过端盖4中心孔时，即不漏气也不漏水。

内胆管6是不锈钢薄壁圆筒，是该装置的的主骨架，起着承上启下的作用，在它的上端装有法兰8，下端装有端盖4，在它的外部裹有橡胶气囊7，在它的圆柱面上有数个圆形通孔，通孔是作为由进气管19进来的气体流向橡胶气囊7的必要通道。

如图3所示，法兰8与端盖4很相似，外形大小都一样，在它的外圆柱面上有两条沉槽，在中心孔内，有两个O型内环槽，盘面上有一个装密封塞10的通孔，用来通过传输线12；不同之处是在法兰8的盘面上另有一个通孔，是用来安装进气管19的，由密封螺母20和垫圈21将进气管19固定在法兰8上，并确保接触面不漏气不漏水。

记录仪13是有储存和读取功能的电子元件，通过传输线12与压力传感器2相连接，压力传感器2将感应到的压力实时传输给记录仪13，记录仪13按照预先设定的算法规则，处理传输来的信息，并把处理好的信息数据记录储存在记录仪13的储存卡中，以备调取拷贝。

提拉管23的内径稍大于筛漏管24的外径，长度应等于钻孔深度，筛漏管24的圆柱面上有小孔均匀分布，像筛子一样起到过滤的作用，水可以通过，但大的砂粒是通不过的，底托盘27是有凸台的圆盘类零件，装在筛漏管24和内衬套26的下端部，凸台装入内衬套26的内孔中，与内衬套26的内孔形成过盈配合，能够承受较大的推力而不脱出。

砂性土体渗透系数测量的简便装置的使用方法如下：

1)准备就位：首先要将管子组件1压入钻好的孔中，待到预定的深度，将提拉管23向上回提，回提长度不超过筛漏管24的长度，固定好提拉管23的位置，向原钻孔的筛漏管24周围回填粗砂粒，向提拉管23周围回填水泥浆封堵；将未充气的该装置放入预埋好的管子组件1中，放置在筛漏管24上，使端盖4下部的锥形面刚好与内衬管26的内锥面接触吻合；

2)充气封堵：开启压缩机17，向橡胶气囊7充气，随着气压的增加，橡胶气囊7逐渐打开，将橡胶气囊7与提拉管23之间的缝隙堵死，使橡胶气囊7以下的部位形成密闭的空腔，直至压力表的读数达到预定值，关停压缩机17；

3)活塞加压：静等3～5分钟，待筛漏管24内与渗透层间水压平衡后，推动推杆5，活塞3向下运动，挤压筛漏管24中的水，受压的水通过筛漏管24向砂土层渗透；

4)数据处理：压力传感器2将测到的水压力值实时地传输给记录仪13，记录仪13存储压力值，并按照预先设定的算法，计算被测砂土层的渗透系数。

该砂性土体渗透系数测量的简便装置的工作原理是：将该测量装置的管子组件1放入钻好的孔中，向其周围先回填粗砂粒，然后在提拉管23周围回填水泥浆封堵，这样就保证装置周围不泄漏；再通过向橡胶气囊7中充气，使橡胶气囊7腹胀，将提拉管23内表面封堵，使该装置下部的压力传感器2周围形成了隔离的测试腔，达到测量土体渗透系数的条件。通过推杆5向下运动，在封闭的测试腔内产生超静水压力，在超静水压力作用下，水向周边岩土体逐渐渗透消散，渗透消散的速度取决于岩土体的透水能力。随着水向四周的渗透消散，超静水压力逐渐减小，压力传感器2记录此超静水压力的变化过程，得到封闭测试腔超静水压力随时间变化的曲线，可以用于计算岩土体的渗透系数。由于砂性土体渗透快，渗透性高，要想较精确地测量它的渗透系数，需要较高的超静水压力，延长渗透时间，这里采用活塞式推杆，通过大面积加压以获得较高的超静水压力，以满足测量时间，提高测量的精确度。

Claims (4)

1.一种砂性土体渗透系数测量的简便装置，其特征在于包括管子组件(1)、压力传感器(2)、活塞(3)、端盖(4)、推杆(5)、内胆管(6)、橡胶气囊(7)、法兰(8)、紧箍圈(9)、密封塞(10)、O型密封圈(11)、传输线(12)、记录仪(13)、加长杆(14)、压力表(15)、方向阀(16)、压缩机(17)、气阀(18)、进气管(19)、密封螺母(20)、垫圈(21)和密封环(22)；

内胆管(6)在橡胶气囊(7)中，在内胆管(6)的两端有两个紧箍圈(9)将橡胶气囊(7)扎紧在内胆管(6)上，法兰(8)、端盖(4)分别装在内胆管(6)的上下两个端口，在法兰(8)和端盖(4)的外圆柱面上均装有一对密封环(22)，在法兰(8)和端盖(4)的中心孔内均装有一对O型密封圈(11)，推杆(5)通过法兰(8)和端盖(4)的中心孔，贯穿上下，在推杆(5)的下端装有活塞(3)，上端装接加长杆(14)，压力传感器(2)安装在活塞(3)上，通过传输线(12)与记录仪(13)相连接，传输线(12)经过端盖(4)和法兰(8)上的小孔,小孔中装有密封塞(10)，进气管(19)通过密封螺母(20)、垫圈(21)安装在法兰(8)上，一端口伸进内胆管(6)中，另一端口通过导气管依次与压力表(15)、气阀(18)、方向阀(16)、压缩机(17)连接，橡胶气囊(7)在充气状态下与管子组件(1)的内壁紧密接触，起到封堵作用。

2.如权利要求1所述的一种砂性土体渗透系数测量的简便装置，其特点在于管子组件(1)包括提拉管(23)、筛漏管(24)、内衬管(25)、内衬套(26)、底托盘(27)；在筛漏管(24)外，套有提拉管(23)，在筛漏管(24)内，上端装有内衬管(25)，下端装有内衬套(26)，底托盘(27)装在筛漏管下端部的内衬套(26)上,底托盘(27)与内衬套(26)、内衬套(26)与筛漏管(24)之间的配合均是过盈配合。

3.如权利要求1所述的一种砂性土体渗透系数测量的简便装置，其特点在于，活塞(3)、推杆(5)和内衬管(25)三者组合形成了该装置的加压系统，推杆(5)是两端封闭中空的不锈钢管，在推杆(5)两端10CM处各设有一个换气孔，当外力加在推杆(5)上使活塞(3)下行时，内衬管(25)的内表面与活塞(3)的上表面形成的空腔与大气相通，不至于形成真空，以减小加在推杆(5)上的推力。

4.一种权利要求1所述砂性土体渗透系数测量的简便装置测量方法，其特点其步骤如下：

1)准备就位：首先将组装好的管子组件(1)的底托盘(27)的一端朝下放入钻好的孔中，施加压力给提拉管(23)，提拉管(23)传力给底托盘(27)，底托盘(27)带动内衬套(26)和筛漏管(24)向下行，管子组件(1)就可以进入到孔的预定深度，将提拉管(23)向上回提，回提长度不超过筛漏管(24)的长度，固定好提拉管(23)的位置，向原钻孔的筛漏管(24)周围回填粗砂粒，向提拉管(23)周围回填水泥浆封堵；将未充气的该装置放入预埋好的管子组件(1)中，放置在筛漏管(24)上，使端盖(4)下部的锥形面刚好与内衬管(26)的内锥面接触吻合；

2)充气封堵：开启压缩机(17)，向橡胶气囊(7)充气，随着气压的增加，橡胶气囊(7)逐渐打开，将橡胶气囊(7)与提拉管(23)之间的缝隙堵死，使橡胶气囊(7)以下的部位形成密闭的空腔，直至压力表的读数达到预定值，关停压缩机(17)；

3)活塞加压：静等3～5分钟，待筛漏管(24)内与渗透层间水压平衡后，推动推杆(5)，活塞(3)向下运动，挤压筛漏管(24)中的水，受压的水通过筛漏管(24)向砂土层渗透；

4)数据处理：压力传感器(2)将测到的水压力值实时地传输给记录仪(13)，记录仪(13)存储压力值，计算被测砂土层的渗透系数。