膜式高压柔壁渗透仪

技术领域

本发明属于土工试验仪器设备领域，具体涉及一种用于极低渗透性试样的膜式高压柔壁渗透仪。

背景技术

近年来，经常有项目需要进行极低渗透性试样的渗透试验，比如重粘土、混凝土防渗墙、岩石等，试验需要超高压水头进行，实现可测量的渗透流量，以完成渗透试验。常规试验仪器水头压力一般不超过0.1MPa，这么低的压力水头试验，无法形成可测量的流量，很难完成试验任务。另外，混凝土防渗墙、岩石试样一般采用钻心制成的圆柱样，试件较小，在渗透仪内安装密封试件，一般浇灌不透水胶凝材料，密封起来非常麻烦，稍有疏忽就会漏水，导致无法试验，或试验结果错误。试验结束后样品的拆卸也很麻烦，有一些胶凝材料粘附在仪器上，很难拆除干净，影响渗透仪器的下一步使用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种膜式柔壁高压渗透仪。

根据本发明实施例的膜式高压柔壁渗透仪，包括：底盖，所述底盖中设有进水口；筒身，所述筒身的下端与所述底盖连接，所述筒身具有液压进口和液压出口；硅胶膜，所述硅胶膜内套于所述筒身中；封环，所述封环的底部与所述筒身的上端连接；和上盖，所述上盖与所述封环的上部连接，所述上盖中设有出水口。

根据本发明实施例的膜式柔壁高压渗透仪，采用围压密封试样边壁，无需不透水胶凝材料封样，化繁为简，方便快捷；仪器底盖、筒身、封盖连接后，试样可由封环孔内插入，密封上盖即可，装样十分方便，提高了工作效率；仪器各部件之间采用简单螺纹连接，拆卸方便，止水性能好，承受高压能力强，实现了低渗透性试样的可测量流量。同时还能快速对较小试样进行渗透试验。

可选地，所述底盖的内壁设有内螺纹，所述底盖的底面中心设有凹槽，所述凹槽中内嵌下透水板，所述下透水板的下方设有下导水槽，所述下导水槽与所述进水口连接。

可选地，所述下导水槽包括沿径向十字交叉设置的两条，其中一条所述下导水槽的两端与所述底盖的内壁相抵，另一条所述下导水槽的一端与所述进水口连接，另一端与排气口连接，所述排气口通过管道与测压口连接。

可选地，所述筒身的两端外壁上设有外螺纹，所述筒身的下端与所述底盖相配合，所述筒身为中空圆筒，所述筒身的中部沿径向贯穿所述筒身开设两个壁孔，其中一个所述壁孔为液压进口，另一个所述壁孔为液压出口。

可选地，所述筒身的内壁沿轴向均匀开设四条竖向导液槽，所述竖向导液槽的两端分别设有一条沿筒身周向设置的环向导液槽，所述环向导液槽与每个所述竖向导液槽相连通。

可选地，所述硅胶膜包括本体和凸缘盘，所述凸缘盘位于所述本体的两端，所述本体的外径与所述筒身的内径一致，所述凸缘盘的外径小于所述筒身的外径。

可选地，所述封环的上部设有外螺纹，下部设有内螺纹，所述封环的下部与所述筒身的上端相配合，所述封环的顶部设有止水圈槽，所述止水圈槽内部嵌设止水圈。

可选地，所述封环的上部内嵌上透水板，所述上透水板的直径等于所述硅胶模的内径。

可选地，所述上盖的内壁设有内螺纹，与所述封环的上部外螺纹相配合，所述上盖的内顶面十字交叉设有上导水槽，所述上导水槽的长度等于所述上透水板的直径。

可选地，所述上导水槽的交叉处设有汇水槽，所述汇水槽与出水通道相连，所述出水通道的外端形成所述出水口。

附图说明

图1是本发明实施例的膜式高压柔壁渗透仪的结构示意图。

图2是本发明实施例的膜式高压柔壁渗透仪的内部结构示意图。

图3是本发明实施例的底盖的结构示意图。

图4是本发明实施例的筒身的结构示意图。

图5是本发明实施例的硅胶膜的结构示意图。

图6是本发明实施例的封环的结构示意图。

图7是本发明实施例的上盖的结构示意图。

附图标记：

膜式高压柔壁渗透仪600；

底盖1；凹槽101；下透水板102；下导水槽103；进水口104；排气口105；

筒身2；竖向导液槽201；环向导液槽202；液压进口203；液压出口204；

硅胶膜3；本体301；凸缘盘302；

封环4；止水圈槽401；止水圈402；上透水板403；通孔404；

上盖5；上导水槽501；汇水槽502；出水通道503；出水口504。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图7所示，根据本发明实施例的膜式高压柔壁渗透仪600包括底盖1、筒身2、硅胶膜3、封环4和上盖5，筒身2的下端与底盖1连接；硅胶膜3内套于所述筒身2中；封环4的底部与筒身2的上端连接；上盖5与封环4的上部连接。也就是说，筒身2的两端分别与底盖1和封环4连接，封环4还与上盖5连接，底盖1、筒身2、硅胶膜3、封环4和上盖5组装后形成膜式柔壁高压渗透仪600。

硅胶膜3置于筒身2内部，且与筒身2相配合，筒身2具有液压进口203和液压出口204，当通过液压进口203向筒身2中加水时，水进入硅胶膜3与筒身2之间的位置，并对硅胶膜3施加压力，进而对硅胶膜3中的试验样品施加压力。底盖1中设有进水口104；上盖5中设有出水口504。渗透压力试验的水从底盖1中的进水口104进入膜式高压柔壁渗透仪600，并从上盖5中的出水口504流出。

下面参考图1-图7简要地描述本发明实施例的膜式高压柔壁渗透仪600的试验操作过程：先将试验样品制作成与硅胶膜内径、高度均相同的圆柱体；将硅胶膜3内衬于筒身2，并将筒身2、封环4和底盖1组装连接起来，通过封环4插入制作好的试验样品，然后将上盖5与封环4连接起来。在进水口104、出水口504、排气口105、液压进口203和液压出口204处连接好管路，并对管路内和仪器内进行排气。最后进行加压试验：根据预设渗透压力，首先通过液压进口203施加周围压力，待周围压力稳定后，通过进水口104施加渗透压力，测试稳定渗透流量。逐级施加周围压力和渗透压力，测试稳定渗透流量，直至完成渗透试验。完成试验样品的渗透试验后，关闭渗透压力及周围压力，打开上盖5，取出试验样品。

根据本发明实施例的膜式柔壁高压渗透仪600，采用围压密封试样边壁，无需不透水胶凝材料封样，化繁为简，方便快捷；仪器底盖、筒身、封盖连接后，试样可由封环孔内插入，密封上盖即可，装样十分方便，提高了工作效率。

如图1-图7所示，根据本发明实施例的膜式高压柔壁渗透仪600包括底盖1、筒身2、硅胶膜3、封环4和上盖5，底盖1的内壁设有内螺纹，筒身2的两端外壁上设有外螺纹，筒身2的下端与底盖1相配合，即筒身2与底盖1之间通过螺纹连接。封环4的下部设有内螺纹，封环4的下部与筒身2的上端相配合，即封环4与筒身2之间通过螺纹连接。封环4的上部设有外螺纹，上盖5的内壁设有内螺纹，封环4与上盖5相配合，即封环4与上盖5之间通过螺纹连接。本发明实施例的膜式柔壁高压渗透仪600各部件之间采用简单螺纹连接，安装方便，且拆卸方便，止水性能好，承受高压能力强，实现了低渗透性试样的可测量流量。

硅胶膜3包括本体301和凸缘盘302，本体301和凸缘盘302一体成型，硅胶模本体301为圆筒状，本体301的两端沿周向向外延伸形成凸缘盘302，即凸缘盘302位于本体301的两端，本体301的外径与筒身2的内径一致，硅胶膜3的本体301内套于筒身2中，硅胶膜3两端的凸缘盘302的外径小于筒身2的外径。底盖1和封环4与筒身2螺纹连接时，会将硅胶膜3两端的凸缘盘紧紧压封在筒身2的两端。

筒身2为中空圆筒，筒身2的中部沿径向贯穿筒身2开设两个壁孔，两个壁孔相对设置，其中一个壁孔为液压进口203，另一个壁孔为液压出口204。

筒身2的内壁沿轴向均匀开设四条竖向导液槽201，四条竖向导液槽201沿着筒身2的周向间隔开地设置，相邻两个竖向导液槽201之间的距离相等。竖向导液槽201的两端分别设有一条沿筒身2周向设置的环向导液槽202，环向导液槽202与每个竖向导液槽201相连通。环向导液槽202与竖向导液槽201均位于筒身2的内壁上。其中两个竖向导液槽201分别与两个壁孔即液压进口203、液压出口204连通。水从液压进口203进入到一个竖向导液槽201中，然后经过环向导液槽202，并从与另外一个竖向导液槽201相连通的液压出口204流出。位于筒身2内壁和硅胶膜3之间的竖向导液槽201和环向导液槽202，可以将周围压力均匀地传导到硅胶膜3上。试验时，试样无需凝胶材料密封，靠围压使硅胶膜3紧贴试样，样品边壁不渗水。

底盖1的底面中心设有凹槽101，凹槽101沿轴向设置在底盖1上，凹槽101的横截面为圆形，凹槽101中内嵌下透水板102，下透水板102的表面与底盖1内底面平齐，下透水板102的厚度等于凹槽101的深度，下透水板102的直径等于硅胶膜3的本体301的内径，凹槽101内径等于硅胶膜3的本体301的外径。

下透水板102的下方即凹槽101的底部设有下导水槽103，下导水槽103有两条，两条下导水槽103沿径向十字交叉设置在底盖1中，其中一条下导水槽103的两端与底盖1的内壁相抵，另一条下导水槽103的一端与进水口104连接，另一端与排气口105连接，排气口105通过管道与测压口连接。当下透水板102放置在凹槽101中时，下导水槽103还与下透水板102连通，从进水口104进入到下导水槽103中的水可以通过下透水板102进入筒身2。

封环4的上部设置通孔404，通孔404中内嵌上透水板403，上透水板403的直径等于硅胶膜3的内径。筒身2中的渗透水会通过上透水板403进入上盖5中。

封环4的顶部设有止水圈槽401，止水圈槽401内嵌设止水圈402。止水圈槽401位于通孔404的顶部圆周。上盖5与封环4螺纹连接后，上盖5内顶面可以向下压紧封环4顶部的止水圈402，及承接上透水板403压力，阻止试样及上透水板403在高压力下上移。

上盖5的内顶面中心位置沿径向十字交叉设置两条上导水槽501，上导水槽501的长度等于上透水板403的直径。两条上导水槽501的交叉处设有汇水槽502，汇水槽502的顶部与出水通道503相连，出水通道503的外端出口处形成出水口504。出水通道503沿径向与上导水槽501成45°设置。通过上透水板403的水进入上盖5中的上导水槽501中，然后进入汇水槽502，最后通过出水通道503从出水口504流出。

如图1-图5所示，本发明实施例的膜式高压柔壁渗透仪600的试验操作过程如下：

1）制样。试验样品制成与硅胶膜3的内径、高度相同的圆柱体。对于内径、高度较小的已有圆柱体试样，直径方向，用相对不透水材料等壁厚包裹密封，加粗圆柱体的直径至与硅胶膜3内径一致，高度方向，在进水端，用相对透水的材料填充补长圆柱体至与硅胶膜3高度一致。对于较小圆柱体试样，其计算按实际尺寸进行。

2）装样。将下透水板102放入底盖1的凹槽101内，将硅胶膜3内衬于筒身2，并将两端的凸缘盘302展平到筒身2两端面。将底盖1、筒身2、封环4通过螺纹连接起来拧紧，保证硅胶膜3两端压封严实。通过封环4的通孔插入制好的圆柱体试样，然后将上透水板403放在试样上面的封环4的通孔404内，将止水圈402放入封环4上部的止水圈槽401内。

3）封上盖5。将上盖5与封环4通过螺纹连接并拧紧。

4）水路连接与排气。连接好渗透压力系统的进水、出水、测压、排气管件。连接好围压系统的进液、出液管件。对管路内、仪器内进行排气。

5）加压测试。根据预设渗透压力，首先施加周围压力，待周围压力稳定，施加渗透压力，测试稳定渗透流量。逐级施加围压和渗透压力，测试稳定渗透流量，直至完成渗透试验。

6）拆卸试样。完成一个试样的渗透试验，关闭渗透压力及围压，打开上盖5，取出上透水板403，然后取出试样。必要时对仪器进行清洗，检查密封性能。

7）重复下一个试验。装入新的试样，按以上步骤进行试验。

8）保养与维护。不使用仪器时，拆掉硅胶膜3晾干，晾干的硅胶膜3均撒滑石粉干燥存放。仪器其余部件晾干防锈防蚀。

本发明实施例的膜式高压柔壁渗透仪采用厚壁合金材料制作底盖、筒身、封环、止水圈、上盖、上透水板和下透水板，可以承受高达30MPa的围压和渗透压力，解决了高压渗透的难题。

对于内径、高度较小的已有圆柱体试样在制作过程中，相对于被密封的试样，相对不透水材料的渗透系数比其小100倍以上。相对透水材料的渗透系数比其大于100倍以上，可以忽略其对试样渗透的影响。比如做土的渗透试验时用均匀的砂砾石作为垫层。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。