[发明专利]三轴渗透试验仪的设计制造及应用

说明书

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、土粒和水的矿物成分等，都足以影响它的正确测定。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10^-1～10^-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 15406-2007》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=kiAt=kHAtL⇒k=QLHAt]]>

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： 

k=2.3aLA(t2-t1)lgH1H2]]>