管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置与方法
【专利摘要】本发明公开了一种管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，包括外套筒和内套筒，外套筒的一段内壁上设有内套筒，内套筒内设有透水混凝土试件，内套筒和透水混凝土试件的上方设有管涌土试件，管涌土试件上方的外套筒上设有溢水口，透水混凝土试件下方的外套筒上设有排水管，排水管的末端与水平面垂直；排水管末端设有电磁流量计；透水混凝土试件上方和下方上均设有压力表预留孔，透水性混凝土试件的上下两端各设有铁丝网。本发明还提供了一种管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验方法，通过测试透水性混凝土试件渗透系数以及饱水试件电阻率的变化对透水性混凝土桩堵塞全过程进行模拟，为研究管涌土中透水性混凝土桩的堵塞机理奠定基础。
【专利说明】管涌土地基中透水性混凝粧堵塞试验装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管涌土地基中透水性混凝土桩堵塞试验装置及方法，属于土木工程领域。
【背景技术】
[0002]管涌是指在渗流水的作用下，填充在土体骨架空隙中的细颗粒被渗水带走并形成渗流渠道的地质现象，其主要发生在无粘性土土层。插入管涌土中的透水性混凝土桩在管涌现象发生时，土体中的细颗粒很有可能堵塞透水性混凝土桩，使得透水性混凝土桩失效，因此研究管涌土中透水性混凝土桩的堵塞机理是非常有必要的。但目前缺乏管涌土中透水性混凝土桩堵塞试验模拟装置与方法。
【发明内容】
[0003]为解决上述技术问题，本发明提供了管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置与方法，通过测试透水性混凝土试件渗透系数以及饱水试件电阻率的变化对透水性混凝土桩堵塞全过程进行模拟，为研究管涌土中透水性混凝土桩的堵塞机理奠定基础。
[0004]本发明涉及的技术目的有:建立管涌土中透水性混凝土桩堵塞试验模拟装置以及确定模拟试验方法与步骤。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0006]一种管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，包括外套筒和内套筒，所述外套筒的一段内壁上设有内套筒，所述内套筒内设有透水混凝土试件，所述内套筒和透水混凝土试件的上方设有管涌土试件，所述管涌土试件上方的外套筒上设有溢水口，透水混凝土试件下方的外套筒上设有排水管，所述排水管的末端与水平面垂直；所述排水管末端设有电磁流量计来测量流量；所述透水混凝土试件上方和下方上均设有压力表预留孔，用于连接加压力表，测量试件上下两侧压力差，所述透水性混凝土试件的上下两端各设有一张铁丝网。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述外套筒分为上套筒和下套筒，上套筒与其下方的下套筒可拆卸连接，排水管设置在下套筒上。
[0008]所述下套筒和上套筒的交界处设有凸起，内套筒位于该凸起上。
[0009]所述排水管的末端还与高度可调的塑料管连接，塑料管用于测量不同排水高度下管涌土对透水性混凝土的堵塞情况。
[0010]所述排水管上设有阀门。
[0011]所述透水混凝土试件和内套筒之间还设有橡胶套。
[0012]所述管涌土试件和外套筒之间还设有橡胶套。
[0013]所述透水混凝土试件、管涌土试件均为圆柱形。
[0014]本发明的原理为:管涌是指在渗流水的作用下，填充在土体骨架空隙中的细颗粒被渗水带走并形成渗流渠道的地质现象，在管涌现象发生时，管涌土地基中的透水性混凝土桩的空隙会被管涌土颗粒堵塞。为了模拟整个堵塞过程，发明了如图1所示的实验装置。实验时在套筒中上侧放置管涌土试件，下侧放置透水性混凝土试件。用溢水口与排水口控制渗流水的水头差以模拟不同渗流情况下管涌土的管涌现象。管涌土颗粒在渗流水的带动下会堵塞于放置在管涌土试件下方的透水性混凝土试件内，通过观测透水性混凝土试件的渗透系数及电阻率的变化，可以确定透水性混凝土试件的堵塞情况。
[0015]1、透水性混凝土试件孔隙率的测定:
[0016]采用量体积法测定透水性混凝土试件孔隙率，用游标卡尺量取试件的直径和高度，按照式(I)计算孔隙率:
【权利要求】
1.管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，其特征是，包括外套筒和内套筒，所述外套筒的一段内壁上设有内套筒，所述内套筒内设有透水混凝土试件，所述内套筒和透水混凝土试件的上方设有管涌土试件，所述管涌土试件上方的外套筒上设有溢水口，透水混凝土试件下方的外套筒上设有排水管，所述排水管的末端与水平面垂直；所述排水管末端设有电磁流量计；所述透水混凝土试件上方和下方上均设有压力表预留孔，所述透水性混凝土试件的上下两端各设有铁丝网。
2.如权利要求1所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，其特征是，所述外套筒分为上套筒和下套筒，上套筒与其下方的下套筒可拆卸连接，排水管设置在下套筒上。
3.如权利要求2所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，其特征是，所述下套筒和上套筒的交界处设有凸起，内套筒位于该凸起上。
4.如权利要求1所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，其特征是，所述排水管的末端还与高度可调的塑料管连接。
5.如权利要求1所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，其特征是，所述透水混凝土试件和内套筒之间还设有橡胶套。
6.如权利要求1所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，其特征是，所述管涌土试件和外套筒之间还设有橡胶套。
7.如权利要求1所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验装置，其特征是，所述透水混凝土试件、管涌土试件均为圆柱形。
8.如权利要求1所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验方法，其特征是，包括如下步骤: (1)测定透水性混凝土试件的孔隙率:将透水性混凝土试件两端分别切去一部分，并测得切去后的试件高度，用体积法测出透水性混凝土试件的孔隙率； (2)测定透水性混凝土试件的渗透系数: 1)根据透水性混凝土试件直径，计算出透水性混凝土试件横截面积A； 2)将透水性混凝土试件放入NaCl溶液中浸泡一定时间，保证所有连通的孔隙都能浸透； 3)将透水性混凝土试件取出，擦干表面并在侧面涂抹黄油，然后敷以柔性橡胶垫层，安装在内套筒处； 4)向外套筒开始缓慢注水，水流自上而下灌满整个外套筒，且溢水口开始溢流；使水渗流一段时间，待水流稳定且气泡排净后开始测试； 5)读取在线纪录的排水管上的电磁流量计的流量，取曲线平稳时的Q值；根据在线纪录的透水性混凝土试件上、下表面的压力之差确定水力坡度J ； 6)利用达西定律求渗透系数k。
9.如权利要求1所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验方法，其特征是，包括如下步骤: (1)测定透水性混凝土试件的孔隙率:将透水性混凝土试件两端分别切去一部分，并测得切去后的试件高度，用体积法测出透水性混凝土试件的孔隙率； (2)测定透水性混凝土试件的渗透系数: I)根据透水性混凝土试件直径，计算出透水性混凝土试件横截面积A ；2)将透水性混凝土试件放入NaCl溶液中浸泡一定时间，保证所有连通的孔隙都能浸透； 3)将透水性混凝土试件取出，擦干表面并在侧面涂抹黄油，然后敷以柔性橡胶垫层，安装在内套筒处； 4)在渗透系数测定后，将制作好的管涌土试件侧壁包裹上柔性橡胶垫层后，放入外套筒中； 5)向外套筒开始缓慢注水，水流自上而下灌满整个外套筒，且溢水口开始溢流；使水渗流一段时间，待水流稳定且气泡排净后开始测试； 6)观察在线纪录的排水管的流量，待流量Q1稳定后，利用达西定律，求堵塞后的透水混凝土试件的渗透系数Ic1。
10.如权利要求1所述的管涌土地基中透水性混凝桩堵塞试验方法，其特征是，包括如下步骤: (1)测定透水性混凝土试件的孔隙率:将透水性混凝土试件两端分别切去一部分，并测得切去后的试件高度，用体积法测出透水性混凝土试件的孔隙率； (2)测定透水性混凝土试件的渗透系数: 1)根据透水性混凝土试件直径，计算出透水性混凝土试件横截面积A； 2)将透水性混凝土试件放入NaCl溶液中浸泡一定时间，保证所有连通的孔隙都能浸透； 3)将透水性混凝土试件取出，擦干表面并在侧面涂抹黄油，然后敷以柔性橡胶垫层，安装在内套筒处； 4)在渗透系数测定后，将制作好的管涌土试件侧壁包裹上柔性橡胶垫层后，放入外套筒中； 5)向外套筒开始缓慢注水，水流自上而下灌满整个外套筒，且溢水口开始溢流；使水渗流一段时间，待水流稳定且气泡排净后开始测试； 6)同时给透水混凝土试件上下表面通交流电压U，并通过在线记录的万用表测量通过试件上下表面的电流I，利用R=U/I，得到试件电阻R，计算出相应的电阻率λ。
【文档编号】G01N27/04GK103439237SQ201310391412
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】崔新壮, 张炯, 高智珺, 杨为民, 隋伟, 汤潍泽 申请人:山东大学