光控加压快速渗透试验仪

 刘银宝1，魏建平2，夏晓莉1

 (1上海市城市建设设计研究总院，上海200125;2上海申元岩土工程有限公司，上海200040)

摘要：目前用于渗透试验的土样埋置于不同深度，土样取出时，其原有应力被释放，渗透试验的结果常常与客观实际存在着差异。常规渗透试验仪是在没有同结压力作用下进行的，这与土样在地层中所受荷载的实际情况不相符合，试验结果存在较大误差。加压-快速渗透试验仪采用施加固结压力进行试验，根据取土的不同深度施加相应的同结压力，更加逼真地模拟现场实际情况。

关键词：加载固结；渗透试验；变水头渗透；光控加压；快速渗透

中图分类号：TU415文章编号：1004-4655( 2016) 02-0076-02

 随着国民经济的不断发展，我国地下空间的开发与利用越来越被人们所重视，因此土木建筑与岩土工程的应用技术和土工试验各项参数的测试要求越来越高。特别是量测的进度和可靠性特别受到关注。渗透系数主要用于分析计算地基固结沉降时间、天然地基、土坝、高填土等渗流量和渗流稳定性以及施工选料、人工降水及地基加同设计等。对于目前的渗透试验来说，从仪器的结构和试验方法常停留在上世纪50年代的传统技术，无法摆脱落后的现状。针对现有技术的不足，采用土壤加载法，不仅大大缩短试验时间，减少试验误差，还使土样恢复到原来的应力状态下，研究土在不同应力条件下（不同的空隙比）的渗透系数。

1光控加压快速渗透试验仪

 光控加压渗透试验与传统的渗透试验原理和步骤完全相同，区别在于前者更加真实模拟土层的实际应力，在进行渗透试验前，按照土样的自重应力预先给予加压，让土样处于原始的应力状态。在试验过程中根据不同土样施加相应渗透压力，通过光电信号传感器感应水位管中的水位，自动读数、自动采集数据，减少人工读数试验误差，提高数据传输效率，为工程设计提供更为准确的试验数据。

1.1光控加压快速渗透试验仪的组成

光控加压快速渗透试验仪的主要组成见图1。

 1)供水箱、渗透容器、压力源、光电信号传感器。

 (1)供水箱：主要用于试验中水的供给。

 (2)渗透容器：包括带有进气口的土样加载同结气缸、带有进水口的容器底座、土样环刀及上盖帽。该组件与供水箱、水位管、压力源相连。

 (3)压力源：该组件包括空气压缩机、减压阀、气水过滤器、精密调压阀、精密压力表。主要用于在试验中提供压力。

 (4)光电信号传感器：用于感应水位管中的水位并采集传输数据。

 2)无线信号发送器。

 3)无线信号接收器。

 4)对无线信号进行处理的计算机。

1.2光控加压快速渗透试验仪工作原理及方法

 该仪器设备将信号放大器、A/D转换器、数字滤波器、传感器电源以及无线信号发送器集成设置为一个数据采集器，试验时先通过供水箱向水位管中注水至预定高度，然后通过压力源给渗透容器内的试样施加相应固结压力，随即开始试验，光电信号传感器实时动态记录渗压容器内渗透水量的信息。通过有线或无线的方式将其传输到数据采集器中，数据采集器通过无线信号发送器传输到无线信号接收器中，将相关信息输入到计算机接收处理系统，生成数据及报告（见图2）。

1.3传统渗透与光控加压快速渗透的对比

 传统渗透采用南SS型渗透仪，均在无渗透压力的情况下进行试验。光控加压快速渗透分别在渗透压力30 k P和50 k P的情况下进行试验。土样取白上海某地区地下12m的灰色淤泥质黏土，均是在保证原始状态样的情况下，将该土样在2种渗透仪上进行变水头渗透试验，结果见表1和表2。

 通过试验数据对比可知，土样编号001中，当渗透压力为0 k P时，4组变水头试验需要的时间是41 h 58 min 1 s；渗透压力为30 k P时，试验需要的时间为1 7 h 28 min 26 s；渗透压力为50 k P时，试验所需的时间只有10 h 24 min 44 s。土样编号002中，当渗透压力为0 k P时，4组变水头试验需要的时间是36 h 13 min 43 s；渗透压力为30 k P时，试验需要的时间为15 h 43 min 29 s；渗透压力为50 k P时，试验所需的时间只有9 h 3 min 11 s。在两个土样编号数据中，当渗透压力为30 k P时，相对0压力时试验时间可缩短56.6%以上。而当渗透压力50 k P时，相对0压力时试验时间可缩短75.0%以上。每一级渗透压力下的试验数据都符合规范及实际经验。在实际的工作中，工期一般较紧张，特别在浅层黏性土较多时，常规的渗透仪常常存在周转问题，使用光控加压渗透仪可节约试验时间，最大化节约人力和成本。该仪器还可控制固结压力，更加逼真模拟土体的原始受力状态，使数据更接近于实际。

2光控加压快速渗透试验装置特点

 1)在试验过程中通过压力源提高渗透水压力和土样压力，根据渗透试验原理（达西定律），水头梯度与渗透时间呈反比关系，利用提高渗透水压力手段，大大缩短试验时间周期。

 2)光控加压快速渗透试验根据土样取土深度不同，通过土样加载团结气缸施加相应的固结压力，更加逼真地模拟现场实际情况，减少试验误差。

 3)光控加压快速渗透试验引入无线通信技术，实现各仪器之间无需电缆连接，各仪器和计算机即便在不同房间也能正常传输数据，降低通信技术成本，减少硬件设置的工作量，排除通信网络的干扰和出错，提高数据传输效率的目的。

3结语

 光控加压快速渗透试验装置通过控制渗透压力进行试验，克服黏性土试验周期长的缺陷，大大提高工作效率。通过采用传感器进行数据的采集，减少人丁读数试验误差、提高数据的准确性。该装置还可施加固结压力进行试验，根据取土深度不同施加相应的同结压力，更加符合现场实际情况，提高试验数据的准确性。