[发明专利]一种固结渗透联合试验装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械技术领域，特别是涉及一种固结渗透联合试验装置和方法。

背景技术

固结渗透联合试验适合同时为一般建筑工程到大荷载工程、深埋工程、地面沉降工程提供土体压缩及渗透方面试验参数。

土体受到的有效应力为总应力减去孔隙水应力，即有效应力σ′=总应力σ-孔隙水应力u。饱和土体在有效应力作用下，饱和土体中的孔隙水会发生运移渗透，孔隙水应力逐渐消散并将有效应力逐渐传递给土颗粒，该原理便是著名的太沙基有效应力原理。该原理过程说明饱和土体孔隙水的渗流与土体的变形固结是同时产生的。因此需要对土样进行固结渗透联合试验以测试土样的有效应力。

固结试验及渗透试验是为工程建设、施工及相关工程提供设计参数的重要试验手段。以往的固结试验和渗透试验是由固结试验仪和渗透试验试验仪分别来完成的。而根据有效应力原理，饱和土体孔隙水的渗流与土体的变形固结是同时产生的，而实际上工民建、基坑降水、地面沉降对土体产生的是固结渗透耦合作用。以往在饱和土体的固结试验过程中，虽然土样也有孔隙水排出，但可能由于土样排出的水与大气直接接触产生水量蒸发等多方面的原因而没有进行排水的量测试，所以固结试验只提供土样固结变形参数，不涉及渗透参数；而传统的渗透试验是由渗透仪来完成，常规渗透仪分为定水头渗透仪（适用于做砂样）及变水头渗透仪（适用于做土样）两种，水头一般为2.0m，是一定时间内、一定温度下透过土样的水头损失来计算出渗透参数，不涉及压缩参数，得到的渗透系数对于与之相匹配工程（水坝建设、防洪等工程）有一定的指导意义。但为对土体产生压缩工程提供的渗透系数会产生很大偏差（提供的渗透系数一般可能会偏大，由于渗透系数的大小与孔隙比的大小呈正相关，土体在压缩过程中孔隙比会逐渐变小），有的甚至相差2个数量级，但目前土工试验室仍然用传统的渗透试验方法提供的渗透参数，这给相应的实际工程设计、预算等带来很大不确定性，可能会产生很大经济损失。该发明同时测试土样的固结、渗透指标，切合实际工程条件，可为工民建的设计、地面沉降研究提供变形及渗透两个方面的参数，得到数据更有针对性。固结试验垂直最大应力可达20MPa，即可为一般工民建工程提供试验参数，也可为高层、超高层、重大荷载建筑设计、深部（埋深约在1500m内）地面沉降机理研究预测提供相应参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、加压稳定性好、能够提供20Mpa压力的固结渗透联合试验装置和方法。

为解决上述技术问题，本实用新的实施例提供一种固结渗透联合试验装置，包括用于放置实验土样的土样仓，所述土样仓的顶端和底端都设有透水石，或其中一端设有透水石且另一端设有不透水试块；所述透水石上设有与该透水石导通的孔隙水导管，且所述孔隙水导管上设有孔隙水流量监测仪；所述土样仓顶部设有密封塞；其中土样仓的底部固定在平台上，且该土样仓顶部设有加压装置；所述土样仓设有垂直应力传感器和变形传感器；所述平台上设有用于放置土样仓的样品室，所述加压装置包括用于提供压力的配重块、用于为所述样品室内的土样仓进行加压的沿竖直方向设置的拉力架；其中所述样品室固定于平台上，且顶部设有开口；所述拉力架的第一端通过连接机构连接所述配重块，第二端套接在所述样品室上以通过所述配重块的重力对所述样品室内的试验样本进行加压。

作为上述技术方案的优选，所述孔隙水导管为透明管，且所述孔隙水流量监测仪为所述透明管上的刻度。

作为上述技术方案的优选，所述拉力架为一矩形框，包括两个竖直框、顶部水平框、底部水平框，所述底部水平框通过连接机构连接配重块，所述顶部水平框设有用于对所述样品室内的试验样本进行加压的凸起。

作为上述技术方案的优选，所述平台上设有两个开口以使所述拉力架的两个竖直框套接在所述开口内。

作为上述技术方案的优选，所述平台上还设有支架，所述变形传感器一端连接顶部水平框，另一端连接支架。

作为上述技术方案的优选，所述连接机构包括连杆、连接线、滑轮组，所述连杆一端连接所述拉力框，另一端通过连接线连接所述配重块；所述滑轮组包括下滑轮组和定滑轮；其中所述下滑轮组设置在该平台之下；该平台上设有一个突出于平台上表面的支撑架，该定滑轮设置在该支撑架上；所述连接线一端固定在该拉力框的底部水平框上，另一端固定在该配重块上；且所述连接线绕接在所述下滑轮组和定滑轮上。

作为上述技术方案的优选，还包括连接所述垂直应力传感器和变形传感器的数据处理单元。