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1、(10)申请公布号 CN 103926182 A (43)申请公布日 2014.07.16 CN 103926182 A (21)申请号 201410155448.0 (22)申请日 2014.04.17 G01N 15/08(2006.01) (71)申请人 中铁第四勘察设计院集团有限公司 地址 430063 湖北省武汉市武昌杨园和平大 道 745 号 (72)发明人 詹学启 张占荣 郭建湖 陈世刚 蒋道君 杨松 (74)专利代理机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 代理人 黄行军 (54) 发明名称 法向压力下的渗透系数试验方法及试验装置 (57) 摘要 本发明公开了一种法向压。
2、力下的渗透系数试 验方法和试验装置， 试验装置包括充满水的试验 容器， 用带有透水孔的上盘和下盘分别压紧在测 试材料的上、 下表面， 上盘和下盘均匀分布透水 孔、 其边缘密封， 上盘和下盘上每个透水孔的位置 沿垂直方向相对应， 上盘的上部与带有稳定压力 的水源连通， 下盘的下部与具有测量排水量功能 的排水装置连通， 上盘与法向压力施加系统连接， 法向压力施加系统根据试验参数向上盘施加法向 压力。 本发明试验方法思路新颖， 试验装置结构简 单， 操作流程简单易行， 较为真实地模拟挡墙、 隧 道衬砌等工程背后土体及反滤材料实际工作状态 的渗透特性， 试验原理符合工程实际， 具有良好的 经济技术效益。
3、。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103926182 A CN 103926182 A 1/2 页 2 1. 一种法向压力下的渗透系数试验方法， 其特征在于 ： 包括如下步骤 ： 步骤 1 ： 将测试材料 （3） 水平放置在充满水的试验容器 （1） 中， 用带有透水孔 （7） 的上 盘 （5） 和下盘 （6） 分别压紧在所述测试材料 （3） 的上、 下表面， 并将所述上盘 （5） 和下盘 （6） 的边缘与试验容器 （1） 的内壁。
4、之间密封 ； 步骤 2 ： 向所述上盘 （5） 上方试验容器 （1） 注水并向水中施加稳定的进水压力 p1 （kPa） ； 步骤 3 ： 根据试验参数在所述上盘 （5） 表面朝测试材料 （3） 表面施加稳定的法向力 F （kN） ； 步骤 4 ： 调节所述下盘 （6） 下方试验容器 （1） 的排水量， 使排水量不大于进水量， 以保 证所述下盘 （6） 下方的试验容器 （1） 内充满水， 待排水压力数据稳定， 在一定的测试时间 t 内， 记录下盘 （6） 下方流出的排水量 Q（m3） 和下盘 （6） 下方试验容器 （1） 内的排水压力 p2 （kPa） ； 步骤 5 ： 改变法向力 F（kN） 。
5、， 重复步骤 2， 获取多次的测量数据排水量 Q（m3） 和排水压 力 p2（kPa） ； 步骤 6 ： 根据测量数据计算出所述测试材料 （3） 的等效渗透系数 K（m/s） ， 计算公式如 下 ： 其中 ： Q 为排水量 （m3） ， D 为所述测试材料 （3） 的厚度 （m） ， w为水的重度 （kN/m3） ， A 为 所述上盘 （5） 透水孔 （7） 的面积之和 （） ， p1-p2 为进水压力与排水压力之差 （kPa） ， t 为试 验时间 （s） 。 2. 根据权利要求 1 所述的法向压力下的渗透系数试验方法， 其特征在于 ： 所述进水压 力 p1 为 1 500（kPa） 。 3。
6、. 根据权利要求 1 所述的法向压力下的渗透系数试验方法， 其特征在于 ： 所述排水量 Q（m3） 的测量数据通过与下盘 （6） 下方的试验容器 （1） 连通的排水装置 （8） 获取， 所述下盘 （6） 下方试验容器 （1） 内的排水压力 p2（kPa） 通过设置在下盘 （6） 下方试验容器 （1） 内的 排水压力表 （10） 获取。 4. 一种用于权利要求 1 所述的法向压力下的渗透系数试验方法的试验装置， 其特征在 于 ： 包括充满水的试验容器 （1） ， 中部设有用于压紧测试材料 （3） 的上盘 （5） 和下盘 （6） ， 所 述上盘 （5） 和下盘 （6） 为多孔盘状结构、 其上均匀分。
7、布透水孔 （7） 、 其边缘与试验容器 （1） 的 内壁密封， 所述上盘 （5） 和下盘 （6） 上每个透水孔 （7） 的位置沿垂直方向相对应， 所述上盘 （5） 上方的试验容器 （1） 与带有稳定压力的水源 （4） 连通， 所述下盘 （6） 与试验容器 （1） 相 对固定， 具有测量排水量功能的排水装置 （8） 与所述下盘 （6） 下方的试验容器 （1） 连通， 所 述上盘 （5） 与法向压力施加系统 （2） 连接， 所述法向压力施加系统 （2） 根据试验参数向上盘 （5） 施加法向压力。 5. 根据权利要求 4 所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其特征在于 ： 所述透水孔 （7） 的孔。
8、径为上盘 （5） 直径的1/251/10倍， 所述透水孔 （7） 之间的间距为孔径值的1.2 2 倍。 6. 根据权利要求 5 所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其特征在于 ： 所述试验容 权 利 要 求 书 CN 103926182 A 2 2/2 页 3 器 （1） 包括进水腔 （1.1） 和排水腔 （1.2） 两个腔体， 所述进水腔 （1.1） 的底部为敞口， 所述 排水腔 （1.2） 的顶部为敞口， 所述上盘 （5） 位于进水腔 （1.1） 的底部， 所述进水腔 （1.1） 上 部侧壁设有进水口 （1.3） ， 所述进水口 （1.3） 通过第一开关阀门 （1.9） 与带有稳定压力的。
9、水 源 （4） 连通， 所述下盘 （6） 位于排水腔 （1.2） 的顶部， 所述排水腔 （1.2） 的下部侧壁设有排 水口 （1.4） ， 所述排水口 （1.4） 通过第二开关阀门 （1.10） 与排水装置 （8） 连通。 7. 根据权利要求 6 所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其特征在于 ： 所述法向压 力施加系统 （2） 包括压力施加装置 （2.1） 和施力传动杆 （2.2） ， 所述施力传动杆 （2.2） 的下 端与上盘 （5） 刚性连接、 上端从进水腔 （1.1） 顶部的通孔 （1.8） 伸出与压力施加装置 （2.1） 连接， 所述压力施加装置 （2.1） 施加的法向压力通过施力。
10、传动杆 （2.2） 和上盘 （5） 作用于测 试材料 （3） ， 所述通孔 （1.8） 与施力传动杆 （2.2） 之间设置有用于密封的密封活动套 （1.7） 。 8. 根据权利要求 6 所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其特征在于 ： 所述排水腔 （1.2） 底部设有底座 （1.6） ， 所述下盘 （6） 与底座 （1.6） 之间设置有支撑杆 （2.3） 。 9.根据权利要求6所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其特征在于 ： 所述上盘 （5） 和下盘 （6） 与分别测试材料 （3） 之间设置有透水性缓冲材料 （9） 。 10. 根据权利要求 6 所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其。
11、特征在于 ： 所述进水腔 （1.1） 和排水腔 （1.2） 的内部以及上盘 （5） 和下盘 （6） 的边缘设置有用于透水孔 （7） 对齐的 位置标示。 11. 根据权利要求 6 所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其特征在于 ： 所述进水腔 （1.1） 和排水腔 （1.2） 的敞口处通过密封连接装置 （1.5） 密封。 12. 根据权利要求 4 11 所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其特征在于 ： 所述 带有稳定压力的水源 （4） 通过水泵 （4.2） 实现， 所述进水腔 （1.1） 和排水腔 （1.2） 内分别设 置有用于测量水压的进水压力表 （11） 和排水压力表 （10） ， 所。
12、述排水口 （1.4） 设置有用于测 量排水量的流量计 （8.1） 。 13. 根据权利要求 4 11 所述的法向压力下的渗透系数试验装置， 其特征在于 ： 所述 带有稳定压力的水源 （4） 通过放置在试验容器 （1） 上方的给水容器 （4.1） 实现， 所述排水装 置 （8） 为渗排水量测装置 （8.2） 。 权 利 要 求 书 CN 103926182 A 3 1/7 页 4 法向压力下的渗透系数试验方法及试验装置 技术领域 0001 本发明涉及土工试验领域， 具体地指一种法向压力下的渗透系数试验方法及试验 装置。 背景技术 0002 为保证工程的稳定性与耐久性， 支挡防护结构中需同时设置相。
13、应的渗排水措施， 以避免地下水对工程的不利作用和影响。 因此合理评价岩土体以及与其相关的支挡防护结 构中排水材料的渗透特性， 是进行岩土工程设计的关键参数。 目前， 对于岩土材料和土工材 料的渗透特性评价一般采用渗透系数或通水量进行评价， 均有较为成熟的试验规范可供参 考， 如 铁路工程土工试验规程 （TB10102-2010） 、公路工程土工合成材料塑料排水板 （带） （JT/T521-2004） 、水运工程塑料排水板应用技术规程 （JTS206-1-2009） 等， 前者列出了 土体在不考虑应力状态条件下的渗透特性评价指标， 后两者列出了土工材料的纵向通水量 试验的相关技术标准用于测试土工。
14、材料的侧向压力下的渗透系数， 但是对于法向压力下土 工材料的渗透系数目前尚无相应的试验设备和试验标准。 0003 在法向压力作用下， 由于材料易被挤压密实， 导致材料的孔隙体积减小、 渗流通道 压缩， 渗透特性将大大降低。因此， 对于支挡工程墙背岩土体及其反滤层材料、 隧道衬砌背 后的岩土体及其反滤层材料， 其承受的压力和渗流的方向是一致的。如果采用常规的渗透 试验方法测试其渗透系数， 由于没有考虑法向压力作用的压缩挤密效应导致的渗透特性降 低， 结论较为不合理、 且偏于不安全 ； 如果采用纵向通水量试验方法， 可以测试材料在侧向 压力条件下的渗透系数， 但是由于材料的各向异性特性、 以及侧向。
15、压力与法向压力之间的 差异， 因此用于测试主要受法向压力作用下土工材料的渗透系数并不合理、 不准确。 发明内容 0004 针对现有技术的不足， 本发明的目的在于提供一种用于确定岩土介质或工程土工 材料与应力状态相关渗透特性的法向压力下的渗透系数试验方法及试验装置。 0005 为实现上述目的， 本发明一种法向压力下的渗透系数试验方法， 其特殊之处在于， 包括如下步骤 ： 0006 步骤 1 ： 将测试材料水平放置在充满水的试验容器中， 用带有透水孔的上盘和下 盘分别压紧在所述测试材料的上、 下表面， 并将所述上盘和下盘的边缘与试验容器的内壁 之间密封 ； 0007 步骤 2 ： 向所述上盘上方试。
16、验容器注水并向水中施加稳定的进水压力 p1（kPa） ； 0008 步骤 3 ： 根据试验参数在所述上盘表面朝测试材料表面施加稳定的法向力 F （kN） ， 0009 步骤 4 ： 调节所述下盘下方试验容器的排水量， 使排水量不大于进水量， 以保证所 述下盘下方的试验容器内充满水， 待排水压力数据稳定， 在一定的测试时间 t 内， 记录下盘 下方流出的排水量 Q（m3） 和下盘下方试验容器内的排水压力 p2（kPa） ； 0010 步骤 5 ： 改变法向力 F（kN） ， 重复步骤 2， 获取多次的测量数据排水量 Q（m3） 和排 说 明 书 CN 103926182 A 4 2/7 页 5 。
17、水压力 p2（kPa） ； 0011 步骤 6 ： 根据测量数据计算出所述测试材料的等效渗透系数 K（m/s） ， 计算公式如 下 ： 0012 0013 其中 ： Q 为排水量 （m3） ， D 为所述测试材料 （3） 的厚度 （m） ， w为水的重度 （kN/m3） ， A 为所述上盘 （5） 透水孔 （7） 的面积之和 （） ， p1-p2 为进水压力与排水压力之差 （kPa） ， t 为试验时间 （s） 。 0014 优选地， 所述进水压力 p1 为 1 500 （kPa） 。进水压力 p1 与测试材料所处工程环 境中的水压力一致， 为了较好的模拟和反映材料的实际工作状态， 一般条件下。
18、 p1（kPa） 取 值约为 1 500（kPa） 。 0015 优选地， 所述排水量 Q（m3） 的测量数据通过与下盘下方的试验容器连通的排水装 置获取， 所述下盘下方试验容器内的水压 p2（kPa） 通过设置在下盘下方试验容器内的排水 压力表获取。 0016 一种用于上述法向压力下的渗透系数试验方法的试验装置， 特殊之处在于， 包括 充满水的试验容器， 中部设有用于压紧测试材料的上盘和下盘， 所述上盘和下盘为多孔盘 状结构、 其上均匀分布透水孔、 其边缘与试验容器的内壁密封， 所述上盘和下盘上每个透水 孔的位置沿垂直方向相对应， 所述上盘上方的试验容器与带有稳定压力的水源连通， 所述 下盘。
19、与试验容器相对固定， 具有测量排水量功能的排水装置与所述下盘下方的试验容器连 通， 所述上盘与法向压力施加系统连接， 所述法向压力施加系统根据试验参数向上盘施加 法向压力。 0017 进一步地， 所述透水孔的孔径为上盘直径的1/251/10倍， 所述透水孔之间的间 距为孔径值的 1.2 2 倍。 0018 更进一步地， 所述试验容器包括进水腔和排水腔两个腔体， 所述进水腔的底部为 敞口， 所述排水腔的顶部为敞口， 所述上盘位于进水腔的底部， 所述进水腔上部侧壁设有进 水口， 所述进水口通过第一开关阀门与带有稳定压力的水源连通， 所述下盘位于排水腔的 顶部， 所述排水腔的下部侧壁设有排水口， 所。
20、述排水口通过第二开关阀门与排水装置连通。 将试验容器设置为进水腔和排水腔两个腔体， 通过上盘和下盘将测试材料固定在两个腔体 中间， 方便更换测试材料 ； 第一开关阀门和第二开关阀门分别设置于进水口及排水口处， 用 于控制试验的开始和结束。 0019 更进一步地， 所述法向压力施加系统包括压力施加装置和施力传动杆， 所述施力 传动杆的下端与上盘刚性连接、 上端从进水腔顶部的通孔伸出与压力施加装置连接， 所述 压力施加装置施加的法向压力通过施力传动杆和上盘作用于测试材料， 所述通孔与施力传 动杆之间设置有用于密封的密封活动套。所述的压力施加装置， 可以为千斤顶、 油泵、 杠杆 等形式， 应保证施加。
21、压力的稳定性。 压力施加装置通过施力传动杆将压力传递于上盘， 并最 终施加于测试材料。密封活动套， 可采用橡胶垫圈的形式 ； 可供施力传动杆润滑的滑动， 并 具有足够的密封功能、 保证进水腔内的水体不会从该缝隙渗漏。 0020 更进一步地， 所述排水腔底部设有底座， 所述下盘与底座之间设置有支撑杆。 底座 与排水腔连接在一起， 具有良好的密封性， 其与支撑杆连接在一起， 承受试验过程中施加的 说 明 书 CN 103926182 A 5 3/7 页 6 法向压力， 应具有足够的强度。支撑杆上端与下盘连接、 下端与底座连接 ； 可以在试验容器 的中心位置设置一根支撑杆， 也可以对称设置多根支撑杆。
22、。 0021 更进一步地， 所述上盘和下盘与分别测试材料之间设置有透水性缓冲材料。透水 性缓冲材料可采用无纺布形式， 也可采用无纺布+中粗砂+无纺布形式， 其渗透系数应不小 于试验土体的渗透系数 3 5 倍。 0022 更进一步地， 所述进水腔和排水腔的内部以及上盘和下盘的边缘设置有用于透水 孔对齐的位置标示。 进水腔、 排水腔内部应设置与上盘、 下盘对应的位置标示， 如在上盘、 下 盘的外缘设置凹槽在设置与进水腔、 排水腔内部设置对应的凸棱， 以便于试验过程中上盘、 下盘的透水孔在垂直方向上的位置对应一致。 0023 更进一步地， 所述进水腔和排水腔的敞口处通过密封连接装置密封。密封连接装 。
23、置可以为橡胶圈等材料制成， 将进水腔、 排水腔紧密连接在一起， 应具有良好的密封性， 不 得漏水。 0024 更进一步地， 所述带有稳定压力的水源通过水泵实现， 所述进水腔和排水腔内分 别设置有用于测量水压的进水压力表和排水压力表， 所述排水口设置有用于测量排水量的 流量计。水泵可以在恒定压力下提供稳定的水量， 从而可以用来为试验提供稳定的较高的 水压力。压力表分别设置于试验容器的进水腔和排水腔， 分别用于测量上盘上方和下盘下 方的水压力。流量计用以测量试验过程中的渗流出来的排水量。 0025 更进一步地， 所述带有稳定压力的水源通过放置在试验容器上方的给水容器实 现， 所述排水装置为渗排水量。
24、测装置。给水容器应具有保持恒定的水位高度的功能， 从而 可以用来为试验提供稳定的水压力。 渗排水量测装置用以测量试验过程中的渗流出来的水 量。 0026 该发明的设计原理为 ： 将测试材料放置在具有稳定水压的试验容器中， 设置带有 透水孔的上盘、 下盘实现现场工程中空隙的模拟， 通过压力施加装置向测试材料施加一定 的法向力 F（kN） ， 而测试材料所承受的法向压力 P（kPa） =F/Aq 可计算出， 其中 Aq（m2） 为 上盘的全部面积， 则测试材料的等效渗透系数 K（m/s） 可以通过如下计算公式计算得出 ： 0027 0028 其中， A 为上盘空心位置的面积之和 （m2） 、 D 。
25、为测试材料的厚度 （m） 、 试验时间 t 可 以测得， 进水与排水压力差 p1-p2（kPa） 通过压力表获得， 排水量 Q 通过流量计获得， w为 水的重度是常数值一般取 10（kN/m3） 。 0029 与现有技术相比， 本发明具有以下优点 ： 试验装置结构简单， 试验方法思路新颖， 操作流程简单易行， 用于土体及土工材料在法向压力下的渗透性能的测试， 较为真实地模 拟挡墙、 隧道衬砌等工程背后土体及反滤材料实际工作状态的渗透特性， 试验原理更为符 合工程实际， 因而可以为实际工程设计提供更为合理的试验参数， 优化设计， 具有良好的经 济技术效益。 附图说明 0030 图 1 为本发明第。
26、一种实施方式的结构示意图 ； 0031 图 2 为本发明第二种实施方式的结构示意图 ； 说 明 书 CN 103926182 A 6 4/7 页 7 0032 图 3 为图 1 和图 2 中上盘、 下盘的结构示意图。 0033 图中 ： 1. 试验容器， 1.1. 进水腔， 1.2. 排水腔， 1.3. 进水口， 1.4. 排水口， 1.5. 密 封连接装置， 1.6. 底座， 1.7. 密封活动套， 1.8. 通孔， 1.9. 第一开关阀门， 1.10. 第二开关 阀门， 2. 法向压力施加系统， 2.1. 压力施加装置， 2.2. 施力传动杆， 2.3. 支撑杆， 3. 测试材 料， 4.。
27、 带有稳定压力的水源， 4.1 给水容器， 4.2 水泵， 4.3 水管， 5. 上盘， 6. 下盘， 7. 透水 孔， 8. 排水装置， 8.1. 流量计， 8.2. 渗排水量测装置， 9. 透水性缓冲材料， 10. 排水压力表， 11. 进水压力表。 具体实施方式 0034 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。 0035 本发明一种法向压力下的渗透系数试验方法， 包括如下步骤 ： 0036 步骤 1 ： 将测试材料 3 水平放置在充满水的试验容器 1 中， 用带有透水孔 7 的上盘 5 和下盘 6 分别压紧在测试材料 3 的上、 下表面， 并将上盘 5 和下盘 6 的边缘与。
28、试验容器 1 的内壁之间密封 ； 0037 步骤 2 ： 向上盘 5 上方试验容器 1 注水， 并向水中施加稳定的进水压力 p1（kPa） ； 进水压力 p1（kPa） 可设置为 1 500kPa ； 0038 步骤 3 ： 根据试验参数在上盘 5 表面朝测试材料 3 表面施加稳定的法向力 F （kN） ， 0039 步骤 4 ： 调节下盘 6 下方试验容器 1 的排水口 1.4 的第二开关阀门 10， 使第二开关 阀门 10 的排水量不大于下盘 6 上方试验容器 1 的进水量， 以保证下盘 6 下方的试验容器 1 内充满水， 待排水压力的数据稳定， 在一定的测试时间 t 内， 记录下盘 6 。
29、下方流出排水量 Q （m3） 和下盘 6 下方试验容器 1 内的排水压力 p2（kPa） ； 0040 步骤 5 ： 改变法向力 F（kN） ， 重复步骤 2， 获取多次的测量数据排水量 Q（m3） 和排 水压力 p2（kPa） ； 0041 步骤 6 ： 根据测量数据计算出测试材料 3 的等效渗透系数 K （m/s） ， 计算公式如下 ： 0042 0043 其中 ： Q 为排水量 m3， D 为测试材料 3 的厚度 m， w为水的重度 （kN/m3） ， A 为上盘 5 透水孔 7 的面积之和 （） ， p1-p2 为进水压力与排水压力之差 （kPa） ， t 为试验时间 s。 0044 。
30、如图1图3所示， 一种用于上述试验方法的试验装置， 包括提供试验环境的试验 容器 1、 法向压力施加装置 2、 带有稳定压力的水源 4、 上盘 5、 下盘 6 和具有测量排水量功能 的排水装置 8。 0045 试验容器 1 应选取足以承受试验的压力的材料， 如金属材料、 高强硬质塑料、 高强 玻璃等材料制成， 并有足够的安全系数储备。 试验容器1包括进水腔1.1和排水腔1.2两个 腔体， 进水腔 1.1 的底部为敞口， 上盘 5 位于进水腔 1.1 的底部， 排水腔 1.2 的顶部为敞口， 下盘 6 位于排水腔 1.2 的顶部。进水腔 1.1 和排水腔 1.2 两个腔体一般采用圆形结构， 可 。
31、全部或局部采用透明材料， 以便于试验过程的观测。进水腔 1.1 上部侧壁设有进水口 1.3， 进水口 1.3 一般为圆管形， 通过第一开关阀门 1.9 与水源封闭连接。排水腔 1.2 的下部侧 壁设有排水口1.4， 排水口1.4一般为圆管形， 排水口1.4通过第二开关阀门1.10与排水装 置 8 封闭连接。第一开关阀门 1.9 和第二开关阀门 1.10 应具有调节水量大小的功能。进 说 明 书 CN 103926182 A 7 5/7 页 8 水口 1.3、 排水口 1.4 的材料一般与进水腔 1.1、 排水腔 1.2 保持一致。进水腔 1.1 和排水 腔1.2的敞口处通过密封连接装置1.5密。
32、封。 密封连接装置1.5可以为橡胶圈等材料制成， 将进水腔、 排水腔紧密连接在一起， 应具有良好的密封性， 不得漏水。排水腔 1.2 底部设有 底座 1.6， 底座 1.6 与排水腔 1.2 连接在一起， 并具有良好的密封性。进水腔 1.1 的顶部设 有供施力传动杆2.2通过的通孔1.8， 通孔1.8与施力传动杆2.2之间设置有用于密封的密 封活动套 1.7， 密封活动套， 可采用橡胶垫圈的形式 ； 可供施力传动杆 2.2 润滑的滑动， 并具 有足够的密封功能、 保证进水腔内的水体不会从该缝隙渗漏。进水腔 1.1、 排水腔 1.2 的内 部应设置于上盘 5、 下盘 6 对应的位置标示， 如设置。
33、与图 3 所示的上盘 5、 下盘 6 外缘凹槽对 应的凸棱， 以便于试验过程中上盘 5、 下盘 6 的透水孔 7 的垂直位置对应一致。 0046 法向压力施加系统 2 包括压力施加装置 2.1、 施力传动杆 2.2 和支撑杆 2.3， 施力 传动杆 2.2 的下端与上盘 5 刚性连接、 上端从进水腔 1.1 顶部的通孔 1.8 伸出与压力施加 装置 2.1 连接， 压力施加装置 2.1 根据试验参数施加的法向压力通过施力传动杆 2.2 和上 盘 5 作用于测试材料 3 的表面。压力施加装置 2.1， 可以为千斤顶、 油泵、 杠杆等形式， 应保 证施加压力的稳定性。下盘 6 与底座 1.6 之间。
34、设置有支撑杆 2.3。支撑杆 2.3 上端与下盘 6连接、 下端与底座1.6连接 ； 可以在试验容器1的中心位置设置一根支撑杆2.3， 也可以对 称设置几根支撑杆 2.3。 0047 如图 3 所示， 上盘 5 采用多孔盘状结构， 透水孔 7 均匀分布在上盘 5 上。透水孔 7 的孔径宜为上盘 5 直径的 1/25 1/10 倍， 透水孔 7 之间的间距为孔径值的 1.2 2 倍。上 盘 5 外缘设置凹槽或其它位置标示， 以保证与下盘 6 的垂直位置对应。 0048 下盘 6 与上盘 5 形状、 结构相同， 下盘 6 与试验容器 1 相对固定。透水孔 7 均匀分 布在下盘 6 上。透水孔 7 。
35、的孔径宜为上盘直径的 1/25 1/10 倍， 透水孔 7 之间的间距为 孔径值的 1.2 2 倍。下盘 6 外缘设置凹槽或其它位置标示， 以保证与上盘 5 空心位置的 对应。 0049 在测试材料3周边与进水腔1.1、 排水腔1.2接触的位置， 采用黏性土、 密封胶或其 它不透水性材料封闭严密。测试材料 3 可以为土体， 也可以为土工合成材料。当测试材料 3 为土体时， 测试材料 3 上下底面需设置透水性缓冲材料 9， 再将其一同置于上盘 5、 下盘 6 之间进行试验。当测试材料 3 为土工合成材料时， 可以直接置于上盘 5、 下盘 6 之间进行试 验， 不再设置透水性缓冲材料 9。透水性缓。
36、冲材料 9， 可采用无纺布形式， 也可采用无纺布 + 中粗砂 + 无纺布形式， 其渗透系数应不小于试验土体的渗透系数 3 5 倍。 0050 带有稳定压力的水源 4、 具有测量排水量功能的排水装置 8 可通过模拟较大水压 力和较小水压力两种实施方式实现。 0051 第一种实施方式 ： 如图 1 所示， 模拟较大水压力时， 带有稳定压力的水源通过水泵 4.2 实现， 水泵 4.2 可以在恒定压力下提供稳定的水量， 从而可以用来为试验提供稳定的较 高的水压力。具有测量排水量功能的排水装置 8 通过设置流量计 8.1 实现。试验容器 1 进 水腔 1.1 的进水口 1.3 通过水管 4.3 与第一开。
37、关阀门 1.9 连通， 第一开关阀门 1.9 与水泵 4.2 连通。试验容器 1 排水腔 1.2 的排水口 1.4 通过水管 4.3 与第二开关阀门 1.10 连通， 第二开关阀门 1.10 出口处的水管 4.3 内设有流量计 8.1。上盘 5 上方的试验容器 1 内设有 进水压力表 11， 下盘 6 下方的试验容器 1 内设有排水压力表 10， 分别用于测量进水与排水 的水压力。 说 明 书 CN 103926182 A 8 6/7 页 9 0052 第二种实施方式 ： 如图 2 所示， 模拟较小水压力时， 带有稳定压力的水源 4 通过放 置在试验容器 1 上方的给水容器 4.1 实现。给水。
38、容器 4.1 与第一开关阀门 1.9 连通， 第一 开关阀门 1.9 通过水管 4.3 与进水腔 1.1 连通， 给水容器 4.1 应具有保持恒定的水位高度 的功能， 从而可以用来为试验提供稳定的水压力。具有测量排水量功能的排水装置 8 通过 渗排水量测装置 8.2 实现， 渗排水量测装置 8.2 设置于排水腔 1.2 的排水口 1.4 位置， 渗排 水量测装置 8.2 通过第二开关阀门 1.10 与排水腔 1.2 连通， 渗排水量测装置 8.2 用以测量 试验过程中的渗流出来的水量。 0053 具体试验方法可分为模拟较大水压力和较小水压力两种实施方式实现。 0054 第一种实施方式 ： 模拟。
39、较大水压力时， 试验方法包括如下步骤 ： 0055 1、 试验准备 ： 将测试材料 3 加工成与上盘 5、 下盘 6 相同的尺寸。将透水性缓冲材 料 5 放置在测试材料 3 的上下底面， 关闭与排水口 1.4 相连的第二开关阀门 1.10， 让排水 腔 1.2 内的充满水。将测试材料 3 与透水性缓冲材料 5 的组合放置于上盘 5、 下盘 6 之间， 并将测试材料3与透水性缓冲材料5的组合周边与进水腔1.1、 排水腔1.2接触的位置采用 黏性土、 密封胶或其它不透水性材料封闭严密。将进水腔 1.1、 排水腔 1.2 之间的密封连接 装置 1.5 连接紧密。安装与进水口 1.3 相连的水管 4.。
40、3、 进水压力表 11、 第一开关阀门 1.9 和水泵4.2， 安装压力施加装置2.1。 打开与进水口1.3相连的第一开关阀门1.9， 让水充满 进水腔 1.1， 并保持给水容器 4.1 内的水位恒定不变。通过压力施加装置 2.1 施加法向力 F （kN） ， 并保持恒定不变。 0056 2、 进行试验 ： 待测试材料 3 充分浸泡饱和后， 打开水泵 4.2 开始输送有压力的水 流， 通过第一开关阀门1.9调节水压力的大小， 待水流与排水压力表10的压力保持稳定后， 记录进水压力表 11 和排水压力表 10 的读数 p1、 p2（kPa） ， 并开始记录时间， 同步记录流量 计 8.1 的初始。
41、读数 Q1（m3） ， 至试验时间 T（s） ， 记录流量计 8.1 的最终读数 Q2（m3） ， 然后 关闭水泵 4.2 与第一开关阀门 1.9 和第二开关阀门 1.10， 完成一次试验。 0057 改变法向力 F， 多次重复 1、 2 步骤， 可获取不同法向压力条件下的渗透特性指标。 测试材料所承受的法向压力 P（kPa） =F/Aq， 其中 Aq（m2） 为上盘 5 的全部面积， 上盘 5 与 下盘 6 的面积相同。 0058 3、 数据分析 ： 测试材料 3 的等效渗透系数 K（m/s） 可根据如下公式计算得出 ： 0059 0060 式中 ： W为水的重度 （kN/m3） 。其余符号。
42、同前。其中， A 为上盘空心位置的面积 之和 （m2） 、 D 为测试材料的厚度 （m） 、 试验时间 t 可以测得， 进水压力与排水压力之差 p1-p2 （kPa） 通过进水压力表 11 和排水压力表 10 获得， 排水量 Q 通过流量计 8.1 的读数 Q2-Q1 获 得， w为水的重度是常数值一般取 10（kN/m3） 。 0061 第二种实施方式 ： 模拟较小水压力时， 试验方法包括如下步骤 ： 0062 1、 试验准备 ： 将测试材料 3 加工成与上盘 5、 下盘 6 相同的尺寸。将透水性缓冲材 料5放置在测试材料3的上下底面， 关闭与排水口1.4相连的第二开关阀门1.10， 让排水。
43、腔 1.2 内的充满水。将测试材料 3 与透水性缓冲材料 9 的组合放置于上盘 5、 下盘 6 之间， 并 将测试材料3与透水性缓冲材料9的组合周边与进水腔1.1、 排水腔1.2接触的位置采用黏 性土、 密封胶或其它不透水性材料封闭严密。将进水腔 1.1、 排水腔 1.2 之间的密封连接装 说 明 书 CN 103926182 A 9 7/7 页 10 置 1.5 连接紧密。安装与进水口 1.3 相连的水管 4.3、 第一开关阀门 1.9 和给水容器 4.1， 安装压力施加装置2.1。 打开与进水口1.3相连的第一开关阀门1.9， 让水充满进水腔1.1， 并保持给水容器 4.1 内的水位恒定不。
44、变。通过压力施加装置 2.1 施加法向力 F（kN） ， 并保 持恒定不变。 0063 2、 进行试验 ： 记录给水容器 4.1 与出水口 1.4 的高差 H（m） ， 并在试验过程中保持 给水容器 4.1 内的水位恒定不变。待测试材料 3 充分浸泡饱和后， 首先打开第一开关阀门 1.9， 再打开第二开关阀门 1.10。待水流稳定后， 开始记录时间， 并同步采用渗排水量测装 置 8.2 接收排水口 1.4 流出的水， 至试验时间 T（s） ， 关闭第二开关阀门 1.10， 并记录渗排 水量测装置 8.2 内的水量 Q（m3） ， 完成一次试验。 0064 改变法向力F的大小， 多次重复1、 2。
45、步骤， 可获取不同法向压力条件下的渗透特性 指标。测试材料 3 所承受的法向压力 P（kPa） =F/Aq， 其中 Aq（m2） 为上盘 5 的全部面积， 上盘 5 与下盘 6 的面积相同。 0065 3、 数据分析 ： 测试材料 3 的等效渗透系数 K（m/s） 可根据如下公式计算得出 ： 0066 0067 式中 ： D 为测试材料的厚度 （m） ； A 为上盘空心位置的面积之和 （m2） ， 上盘 5 与下盘 6 上透水孔 7 的垂直位置对应， 且形状、 尺寸、 数量完全一致。其余符号如前所述。其中， A 为上盘空心位置的面积之和 （m2） 、 D 为测试材料的厚度 （m） 、 给水容器。
46、 4.1 与出水口 1.4 的 高差 H（m） 、 试验时间 t 可以测得， 排水量 Q 通过渗排水量测装置 8.2 获得。 0068 在恒定给水容器 4.1 与出水口 1.4 的高差 （水头高差） H=0.2m 条件下， 对三种测试 材料3A型、 B型、 C型进行渗透性能测试， 试验结果如下表所示， 试验表明法向压力导致了测 试材料 3 渗透特性的降低， 对于不同的材料， 渗透特性的降低程度有所不同。 0069 表 1 不同法向压力下反滤层等效渗透系数测试结果表 0070 0071 当法向压力较小， 如 50kPa 时， 可视为等同于试验规范中渗透特性的评价环境， 使 用本试验装置测试出三种测试材料 3A 型、 B 型、 C 型的等效渗透系数 K 分别为 14410-5m/ s、 19810-5m/s、 24110-5m/s， 与试验规范中 A 型、 B 型、 C 型的等效渗透系数 K 的标准值基 本一致， 说明本试验装置所测得的等效渗透系数 K 可靠有效。 说 明 书 CN 103926182 A 10 1/2 页 11 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103926182 A 11 2/2 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 103926182 A 12 。