[发明专利]一种土工模型试验快速饱和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种土工模型试验快速饱和装置，可用于对土工模型快速饱和、模拟渗流试验及测定土体渗流系数。

背景技术

土工模型试验是岩土工程研究的基本手段之一，在试验中不可避免的要对土工模型进行饱和，而模型土样的饱和度对实验结果影响很大。一般情况下饱和液只有一种组份为脱气饱和液，特殊情况下，如利用离心试验研究在地震荷载下的岩土体性质变化时，需要利用动力粘滞性系数较高的液体来模拟原型中的受力情况，因此在这种情况下需用多种组份配置粘滞性饱和液。目前有三种常用的饱和方法：饱和液体中雨落法形成饱和土工模型法、土工模型底部充饱和液饱和法、抽真空饱和法。

然而，饱和液体中雨落法形成饱和土工模型法仅适用于砂土，而且难以形成高密实度土体。而土工模型底部充饱和液饱和法则难以检测其饱和效果，如果饱和液充入速度过快，空气不能及时排出，会造成大部分气体密闭于土体中；如果饱和液充入速度较慢，则耗时较长，同时，对于深度较大的土工模型需用高压充饱和液，这样会不可避免地对饱和液注入口附近的土体产生局部渗流破坏。虽然，抽真空饱和法的饱和速度快、效果好，但一般需另外制作密封饱和箱，其造价较高、搬运移动不便，并不适用于大体积模型试验，同时，在搬运过程中不可避免地会对土体造成一定程度的扰动。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种饱和速度快且可控、饱和效果好、造价低且不受模型试验尺寸限制的土工模型试验快速饱和装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种土工模型试验快速饱和装置，该装置包括饱和液混合桶、饱和液进液管、液体泵、空气出气管、密封气液分离桶、真空泵及模型试验箱，所述的饱和液混合桶通过饱和液进液管依次连接液体泵和模型试验箱的进液口，所述的模型试验箱出气口则通过空气出气管依次连接密封气液分离桶和真空泵。

所述饱和液混合桶的一侧壁设有至少两个开口，用于连接不同饱和液组分进液管，在饱和液混合桶的另一侧壁下方设有一开口，用于连接饱和液进液管；所述的饱和液混合桶上方设有搅拌电动机，该搅拌电动机的动力转动轴与设置在饱和液混合桶中的搅拌棒相连接。

所述的模型试验箱中放置有模型土，该模型试验箱包括上盖板、底板、前面板、后面板、左面板及右面板，所述的上盖板通过固定螺栓与前面板、后面板、左面板及右面板相连接，上盖板与前面板、后面板、左面板及右面板的连接处设有密封橡胶圈。

所述的模型试验箱内左右两端分别设有饱和液渗入夹舱和抽气夹舱，所述饱和液渗入夹舱的上方通过饱和液竖向进液管与模型试验箱中的饱和液进液管相连通，饱和液渗入夹舱与模型土之间设有饱和液渗入夹舱开孔板，所述抽气夹舱的上方通过竖向抽气管与模型试验箱中的空气出气管相连通，抽气夹舱与模型土之间设有抽气夹舱开孔板。

所述的饱和液渗入夹舱中垂直设有至少两层饱和液渗入夹舱肋板，防止饱和液渗入夹舱在模型土侧向压力作用下变形，所述饱和液渗入夹舱肋板上等间距设有饱和液渗入夹舱肋板连通孔，以使饱和液渗入夹舱内液面等高，保证土体各部分在均匀的渗流压力下饱和；所述的饱和液渗入夹舱开孔板上等间距设有饱和液渗入孔，饱和液可由此渗入模型土体中，该饱和液渗入孔上设有钢丝网，以避免冲刷土体颗粒和防止土体颗粒进入饱和液渗入夹舱。

所述的抽气夹舱中垂直设有至少两层抽气夹舱肋板，防止抽气夹舱在模型土侧向压力作用下变形，所述抽气夹舱肋板上等间距设有抽气夹舱肋板连通孔，以使夹舱内气压相同，保证土体各部分气体在均匀的压力差下被抽出，所述的抽气夹舱开孔板上等间距设有空气抽出孔，模型土体中的空气由此被抽出，该空气抽出孔上设有细不锈钢钢丝网，以避免局部气压过高和防止土体颗粒进入抽气夹舱。

所述的前面板与饱和液渗入夹舱、抽气夹舱相接触的位置处均设有透明液位观测管及液位测量标尺，所述前面板的左、右两端的上方还分别设有模型试验箱进气管。

所述的饱和液进液管沿液体泵至模型试验箱一段依次设有阀门、液体流量表及液压表。

所述的空气出气管沿真空泵至密封气液分离桶一段依次设有阀门、真空压力表及气体流量表。

所述的密封气液分离桶的底部还设有泄液管，该泄液管上设有阀门。