干湿循环下温度-应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法与流程

1.本发明涉及岩土工程土工试验领域，尤其涉及一种干湿循环下温度-应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法。


背景技术：

2.进入21世纪，我国不断推进工程项目建设，促进经济社会平稳发展，但在施工过程中往往遇到一些工程地质问题。其中，渗透系数是代表土的渗透性强弱的一个定量指标，也是工程应用中必须测量的一个基本参数。同时在现实条件下，湿度变化引起的干湿循环、温度变化、应力变化等外界因素，均会对岩土体的渗透性造成不同的影响，因此，获取土体在干湿循环、温度和应力变化下的渗透系数，真实模拟现场环境，是深入了解土体裂隙发育对渗流作用影响机理的关键问题，也是服务于工程项目建设的重要工作。
3.为了在渗透试验中考虑外界影响，题为“干湿/冻融作用下改良隔离墙的渗透性及孔隙结构”，刘科，刘霖，张永鹏，《建筑材料学报》的文章指出一种测试方法，通过采用tst-55型刚性壁土壤渗透仪进行渗透试验，该方法可以简便的测量渗透系数，但所提试验方法并未考虑由于试样干湿变形，安装不到位等因素造成无法与侧壁紧密接触，发生侧漏的现象，会造成无法准确测量土体的渗透系数，同时也未考虑实际环境中的温度，应力条件和渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时对材料渗透性的影响，且测量过程需要人工操作，过程繁琐。
4.题为“effect of pore fluid and wet-dry cycles on structure and hydraulic conductivity of clay”，thyagaraj t，julina m.《geotechnique letters》，2019，9(4)：348-354.(“孔隙流体和干湿循环对粘土结构和导水率的影响”，《岩土技术快报》，2019年第9卷第4期348-354页)的文章提出一种测试方法，通过采用固结刚性壁渗透方法，对实际情况下应力影响可以进行模拟，但所提试验方法并未考虑由于试样干湿变形，安装不到位等因素造成无法与侧壁紧密接触，发生侧漏的现象，会造成无法准确测量土体的渗透系数，同时也未考虑实际环境中的温度和渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时对材料渗透性的影响，且测量过程需要人工操作，过程繁琐。
5.题为“cracking and water seepage of xiashu loess used as landfill cover under wetting-drying cycles”，lu h，li j，wang w，wang c.《environmental earth sciences》，2015，74(11)：1-10.(“下蜀黄土在干湿循环下用作垃圾填埋场覆盖层的开裂和渗水”，《环境地球科学》，2015年第74卷第11期173-179页)的文章提出一种测试方法，通过采用pn3230m环境土壤柔性壁渗透仪测量材料渗透系数，该方法可以有效避免液体侧壁渗漏现象，对渗透系数进行精准测量，但前提是将材料整体安装入仪器中，该方法并未考虑在经历更多次干湿循环后土体结构完全破坏后，材料在仪器中的安装与测量准确性问题，同时也未考虑实际环境中的温度，应力条件和渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时对材料渗透性的影响，且测量过程需要人工操作，过程繁琐。
6.综上所述，现有的技术主要存在如下的不足：
7.1.现有方法采用刚性壁渗透方法进行干湿循环后材料的渗透系数测量，但未考虑由于试样干湿变形而发生侧漏的现象，在外界环境作用下的试样干湿循环、温度、应力联合作用，以及当渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时，渗透液对仪器因腐蚀导致渗透系数的测量误差；
8.2.现有方法采用固结刚性壁渗透方法进行干湿循环后材料在应力作用下的渗透系数测量，但未考虑由于试样干湿变形而发生侧漏的现象，在外界环境作用下的试样干湿循环、温度、应力联合作用，以及当渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时，渗透液对仪器因腐蚀导致渗透系数的测量误差；
9.3.现有方法采用柔性壁渗透方法进行干湿循环后材料的渗透系数测量，但并未考虑在外界环境作用下的试样干湿循环、温度、应力联合作用，以及当渗透液为重金属液、有机污染液、强酸和强碱时，渗透液对仪器因腐蚀导致渗透系数的测量误差，该控制方法未实现自动化监测，实现过程复杂。


技术实现要素：

10.本发明的目的是为了解决上述问题，具体的，提高试验的可靠性，且能够进行多次干湿循环条件下的试验。
11.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现，本发明提供了一种干湿循环下温度-应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法，包括以下步骤：
12.步骤1，设置一个柔性壁渗透仪，该柔性壁渗透仪包括试验装置、加压装置、渗透系统、围压系统；所述渗透系统中包括一个稳压机和一个注入室a，所述围压系统中包括注入室b和注入室c；三个注入室形状相同，均由上半室、下半室和柔性橡胶膜组成，所述柔性橡胶膜将每个注入室分成上下封闭的二个空间，在下半室靠近柔性橡胶膜的侧壁上开有注液孔，在上半室开有排气孔；三个注入室分别通过气管与稳压机相通，且在每个注入室与稳压机之间均串联了一个空气调节阀和一个数值压力表；
13.所述试验装置由顶盖、主体、底座装配而成；所述主体包括空心圆柱体和橡皮膜，所述橡皮膜卷成圆柱形后套装在空心圆柱体之中，橡皮膜的外表面与空心圆柱体内壁之间的缝隙在顶盖和底座之间形成了一个封闭的围压室，在围压室上开有上贯通通道和下贯通通道，在顶盖上开有顶部排气通道、渗透液输出通道和排水通道，在底座上开有排水通道、底部排气通道和渗透液输入通道；在顶盖顶部中心位置开有一半球形坑，并配有与之对应的钢制小球；
14.所述加压装置包括顶部加压装置、底部加压装置和加压测量装置；所述顶部加压装置包括反压顶杆、反压螺栓，反压螺栓从上至下穿过反压顶板中心的通孔向下，且与钢制小球的顶部相接触，所述底部加压装置包括压力室和加压环，加压环装在压力室内，加压环的底面底面与压力室的内壁之间形成密闭的气压腔室，所述加压测量装置包括稳定杆和l型测量杆，所述l型测量杆的下部与加压环相接、上部与稳定杆的一端相连接；
15.所述渗透系统由气瓶、气体释压阀、气体稳压机、注入室a和渗出液自动化监测与收集装置组成；气瓶通过气体释压阀与气体稳压机相通；在气体稳压机和注入室a之间还装有三通球阀a和反压开关，在三通球阀a上接有一根回压管，回压管的另一端与注入室a下半室的接通；注入室a的下半室通过三通球阀c与渗透液输入通道相通；气体稳压机通过一个
第四空气调节阀、轴压气体三通阀与气压腔室相通；所述渗出液自动化监测与收集装置包括渗透液收集装置、锥形瓶、数据记录仪、两个防腐蚀流量计和三通球阀d；
16.所述围压系统包括注入室b和注入室c，注入室c的外部设置有可控温加热带；注入室b的下半室通过三通球阀b、流入液体三通阀与下贯通通道相通，三通球阀b的另一端通过液体单向阀与注入室c的下半室相通；注入室c的下半室通过另一个液体单向阀、流出液体三通阀与上贯通通道相通；
17.步骤2，试验的总体设定
18.设定j个干湿度循环次数，并将其中任意一个记为设定干湿度循环次数xj，j＝1，2...j；设定i个试验温度，并将其中任意一个记为设定试验温度ti，i＝1，2
…
i；设定a组固结压力，并将其中任意一组记为设定固结压力pa，所述设定固结压力pa包括设定固结轴压p1a和设定固结围压p2a，a＝1，2
…
a，即本发明渗透试验方法包括j
×i×
a种组合；
19.然后对j
×i×
a中的每一种组合进行一次渗透试验，并同步监测和记录试样在达到干湿循环次数后温度、应力变化的状态；
20.具体的，任一种组合的试验步骤见步骤3-步骤11；
21.步骤3，试验参数的设定和试验数据的记录
22.给定设定干湿度循环温度t
x
、设定干燥含水率w1、设定饱和含水率w2，且w2≥w1；
23.给定设定液体围压pm，m＝1，2
…
m、设定注入压力为pn，n＝1，2
…
n，且在渗透试验中，对每一种设定液体围压pm、每一种设定注入压力pn均进行一次渗透试验；
24.在渗透试验过程中，在柔性壁渗透仪中安装了四个传感器，分别为位移传感器、ph传感器、电导率传感器和质量传感器，其中，位移传感器装在稳定杆上，ph传感器和电导率传感器放置在渗透液收集装置中，质量传感器放置在气压腔室的底部；
25.在渗透试验过程中，设置了一个温度调节器，用于对可控温加热带的温度进行监控；
26.在渗透试验进行的过程中，数据记录仪与二个防腐蚀流量计、四个传感器、温度调节器分别连接，获取实时数据，且每隔1分钟自动记录一次；
27.步骤4，设置试验装置初始状态
28.首先将所有的阀调整到关闭状态、所有的通道关闭，排气孔和注液孔关闭，三个注入室内的柔性橡胶膜初始状态均为与上半室顶部接触；
29.称量试样的质量并记为初始质量m0，计算试样的含水率并记为初始含水率w0；
30.然后打开注液孔，向三个注入室中注入去离子水，注满后关闭注液孔，转动三通球阀b使注入室b通过流入液体三通阀、下贯通通道与围压室连通；
31.步骤5，安装试样
32.取下试验装置中的顶盖，在卷成圆柱形的橡皮膜内自下而上依次安装透水石、滤纸、试样、滤纸、透水石，然后将顶盖与主体、底座锁紧，形成内部封闭的渗透室；
33.将试验装置放置于加压环上，钢制小球对准反压螺丝底端中心；
34.步骤6，向围压室注水
35.调节流入液体三通阀使下贯通通道和一个注水泵连通，调节流出液体三通阀使上贯通通道与一个水桶连接，启动注水泵将去离子水注入围压室，当水位达到围压室顶部、水流入水桶时，调节流出液体三通阀使围压室通过输液管与注入室c接通；
36.步骤7，进行干湿度循环
37.步骤7.1，打开气瓶，调节气体释压阀使压缩气体流入气体稳压机，可控温加热带开始加热，温度调节器对其温度进行监控；
38.步骤7.2，调节注入室c上端的空气调节阀对注入室c施加微压，转动三通球阀b使注入室c的下半室与流入液体三通阀连通，使注入室c内的去离子水进入围压室，并通过流出液体三通阀回流至注入室c，实现不断循环；
39.步骤7.3，待可控温加热带的温度到达设定干湿度循环温度t
x
时，记录此时试样的质量，并记为整体质量m1；
40.打开所有的排水通道，使试样进入蒸发状态；
41.步骤7.4，待试样含水率达到设定干燥含水率w1时，停止加热，调节注入室a上端的空气调节阀对注入室a施加一个恒定的饱和压力p
t
，使去离子水通过渗透液输入通道进入渗透室对试样进行湿润，调节注入室b上端的空气调节阀对注入室b施加相同的饱和压力p
t
；
42.步骤7.5，待试样含水率达到设定饱和含水率w2时，一次干湿度循环完成；
43.步骤7.6，检查是否达到设定干湿度循环次数xj，达到，进入步骤8，否则，返回步骤7.1，继续进行干湿度循环；
44.步骤8，施加轴压
45.步骤8.1，调零注入室a的空气调节阀，并使二个防腐蚀流量计分别与渗透液输入通道、渗透液流出通道相通，记录此时试样的质量并记为平衡质量m2；
46.气体稳压机通过轴压气体三通阀对压力室施加一个恒定的轴向压力ph，ph＝4m2g/(πr2)，其中r为压力室的内半径，g＝9.8n/kg；
47.调节反压螺丝使反压螺丝下底面与钢珠接触，并用一个调节螺母固定；调节稳定杆在l型测量杆上的位置，使位移传感器的探头与反压螺丝上表面相接触；
48.步骤8.2，调节轴压气体三通阀，使气压腔室和稳压机连通；将第四空气调节阀先调零，然后重新调节，并对气压腔室施加设定固结轴压p1a；调节注入室b的空气调节阀，通过注入室b对围压室施加设定固结围压p2a，p2a＞p1a；通过数据记录仪记录试样的竖向变形，当竖向变形在1小时内小于0.01mm时，固结过程结束；
49.步骤9，排除气泡
50.步骤9.1，通过温度调节器将可控温加热带的温度调整为设定试验温度ti，调节注入室c上端的空气调节阀、通过注入室c对围压室施加设定固结围压p
a2
；
51.步骤9.2，待温度稳定后，调节注入室a上端的空气调节阀，通过注入室a对渗透室施加一个初始注入压力pd，pd＜p2a；
52.步骤9.3，打开试验装置顶部排气通道和底部排气通道，排除试样与橡皮膜中的可见气泡；
53.排除气泡后，关闭顶部排气通道和底部排气通道；
54.步骤10，注入渗透液并展开渗透试验
55.步骤10.1，关闭渗透液流入通道，打开注液孔，调节注入室a的空气调节阀，对柔性橡胶膜上部施加压力，将去离子水由注液孔排出，下半室排空后，乳胶膜与注入室a的下半室底部接触，关闭注液孔；
56.步骤10.2，打开排气孔，打开侧壁回压开关，关闭反压开关，转动三通球阀a使气体进入下半室，对柔性橡胶膜下部施加压力，柔性橡胶模回弹至与上半室顶部接触，关闭排气孔；
57.步骤10.3，关闭侧壁回压开关，调零三通球阀a，打开注液孔，向注入室a中注入渗透液，注满后关闭注液孔，打开反压开关，转动三通球阀a使气体稳压机与注入室a上半室相通；
58.步骤10.4，调零注入室c的空气调节阀，然后重新调节，使围压室中的围压稳定至设定液体围压pm；调节注入室a的空气调节阀，使注入压力稳定至设定注入压力pn，渗透液由注入室a经一个防腐蚀输入流量计、渗透室输入通道流入渗透室，再经渗透液输出通道、另一个防腐蚀输出流量计流入渗透液收集装置；
59.在试验过程中，当注入室a的渗透液耗尽时，关闭渗透液输入通道，返回步骤10.2，重新注入渗透液，继续进行试验；
60.步骤10.5，满足渗透试验终止条件时，终止渗透液注入，自动存储此时的实时渗透液输出流量q，并进入步骤11；否则，返回步骤10.4，继续进行试验；
61.步骤11，检查n个设定注入压力pn中是否还有未进行以上渗透试验，若有，返回步骤10.1，进行下一种设定注入压力pn的渗透试验；否则，进入步骤12；
62.步骤11，检查m个设定液体围压pm中是否还有未进行以上渗透试验，若有，返回步骤10.1，进行下一个设定液体围压pm的渗透试验；否则，进入步骤12；
63.步骤12，计算渗透系数k
64.拆除试样，测量并记录试样的最终直径d与最终高度l；
65.调取数据记录仪中的试验数据，计算渗透系数k，计算式如下：
[0066][0067]
其中，δh为水头差，hw为标准大气压下水柱的高度，p
standard
为1标准大气压。
[0068]
2、根据权利要求1所述的干湿循环下温度-应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法，其特征在于，所述渗透试验终止条件按照以下方式确定：
[0069]
设每间隔1小时进行一次数据比对，并将数据比对时得到的实时数据记为比对瞬间数据；
[0070]
当渗透液为水时，渗透试验终止条件为同时满足以下条件：
[0071]
(1)连续4次数据比对时测得的比对瞬间渗透液输入流量与比对瞬间渗透液输出流量的比值位于0.75-1.25之间；
[0072]
(2)最后连续4次数据比对时测得的比对瞬间渗透液输出流量位于平均流量值的0.75-1.25倍之间，所述的平均流量值为两次数据比对间隔中所记录的60个实时渗透液输出流量的平均数；
[0073]
当渗透液为重金属溶液或有机污染液时，所述渗透试验终止条件除满足上述规定外，还需同时满足以下条件：
[0074]
(3)比对瞬间渗透液输出流量与比对瞬间渗透液输入流量之差大于或者等于试样
孔隙体积的2倍；
[0075]
(4)比对瞬间渗透液输出的电导率位于初始电导率的
±
10％之内；
[0076]
(5)比对瞬间渗透液输出的ph值位于初始ph值的
±
10％之内。
[0077]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0078]
1、本发明的试验方法可以在干湿循环下对温度-应力同时作用的试样测量重金属、有机物等污染液等多种渗透液的渗透系数；
[0079]
2、实现方法简单，只需控制数据记录仪即可实现渗透系数和其他指标的变化规律进行自动化实时监测。
[0080]
3、本发明的渗透仪可以进行多种渗透液的入渗和收集，例如：重金属、有机物等污染液，整个渗透过程中不会对仪器造成污染与腐蚀，有效延长渗透仪的使用寿命；
[0081]
4、将柔性壁渗透仪和反压装置结合，实现轴向力的施加与控制，可以对试样的变形进行监测；
[0082]
5、满足施加围压的同时，大大减少围压液体的注入，更精细的保持恒温，通过控制温度和循环注水，实现试样的湿度变化；
[0083]
6、在试验过程中，通过数据记录仪对渗透试验过程中的渗入液与渗出液流量进行实时监测，可以对渗出液的化学状态进行实时监测。
附图说明
[0084]
图1为本发明实施例中试验方法的流程图；
[0085]
图2为本发明实施例中柔性壁渗透仪总体结构示意图；
[0086]
图3为本发明实施例中试验装置结构示意图；
[0087]
图4为本发明实施例中围压室结构示意图；
[0088]
图5为本发明实施例中加压装置结构示意图；
[0089]
图6为本发明实施例中注入腔室a结构示意图；
[0090]
图7为本发明实施例中注入腔室b结构示意图；
[0091]
图8为本发明实施例中注入腔室c结构示意图；
[0092]
图9为本发明实施例中渗出液自动化监测与收集装置结构示意图。
[0093]
附图标记：1-气瓶，2-气体释压阀，3-气体稳压机，4-空气调节阀，5-第四空气调节阀，6-滤纸，8-数值压力表，9-可控温加热带，10-上贯通通道，11-下贯通通道，12-三通球阀a，13-反压开关，14-排气孔，15-柔性橡胶膜，16-注液孔，17-侧壁回压开关，18-液体单向阀，19-三通球阀b，20-开关，21-试样；22-钢制小球，23-滑动柱，24-回压管，25-顶盖，26-顶部排气通道，27-排水通道，28-渗透液输出通道，29-透水石，30-密封圈，31-流出液体三通阀，32-流入液体三通阀，33-渗透室，34-主体，35-围压室，36-橡皮膜，38-底部排气通道，39-渗透液输入通道，40-温度调节器，41-底座，43-固定杆，44-调节螺母，45-反压螺丝，46-反压顶杆，47-位移传感器，48-稳定杆，49-l型测量杆，50-加压环，51-压力室，52-轴压气体三通阀，53-反压底座，54-质量传感器，55-气压腔室，56-防腐蚀流量计，57-电导率传感器，58-ph传感器，59-渗透液收集装置，60-锥形瓶，61-数据记录仪，63-三通球阀d，64-三通球阀c。
具体实施方式
[0094]
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
[0095]
本发明干湿循环下温度-应力一体化控制的柔性壁渗透试验方法，包括以下步骤：
[0096]
步骤1，设置一个柔性壁渗透仪，该柔性壁渗透仪包括试验装置、加压装置、渗透系统、围压系统。
[0097]
所述渗透系统中包括一个稳压机3和一个注入室a，所述围压系统中包括注入室b和注入室c；三个注入室形状相同，均由上半室、下半室和柔性橡胶膜15组成，所述柔性橡胶膜15将每个注入室分成上下封闭的二个空间，在下半室靠近柔性橡胶膜15的侧壁上开有注液孔16，在上半室开有排气孔14；三个注入室分别通过气管与稳压机3相通，且在每个注入室与稳压机3之间均串联了一个空气调节阀4和一个数值压力表8。
[0098]
所述试验装置由顶盖25、主体34、底座41装配而成；所述主体34包括空心圆柱体和橡皮膜36，所述橡皮膜36卷成圆柱形后套装在空心圆柱体之中，橡皮膜36的外表面与空心圆柱体内壁之间的缝隙在顶盖25和底座41之间形成了一个封闭的围压室35，在围压室35上开有上贯通通道10和下贯通通道11，在顶盖25上开有顶部排气通道26、渗透液输出通道28和排水通道27，在底座41上开有排水通道27、底部排气通道38和渗透液输入通道39；在顶盖25顶部中心位置开有一半球形坑，并配有与之对应的钢制小球22。
[0099]
所述加压装置包括顶部加压装置、底部加压装置和加压测量装置；所述顶部加压装置包括反压顶杆46、反压螺栓45，反压螺栓45从上至下穿过反压顶板46中心的通孔向下，且与钢制小球22的顶部相接触，所述底部加压装置包括压力室51和加压环50，加压环50装在压力室51内，加压环50的底面底面与压力室51的内壁之间形成密闭的气压腔室55，所述加压测量装置包括稳定杆48和l型测量杆49，所述l型测量杆49的下部与加压环50相接、上部与稳定杆48的一端相连接。
[0100]
所述渗透系统由气瓶1、气体释压阀2、气体稳压机3、注入室a和渗出液自动化监测与收集装置组成；气瓶1通过气体释压阀2与气体稳压机3相通；在气体稳压机3和注入室a之间还装有三通球阀a12和反压开关13，在三通球阀a12上接有一根回压管24，回压管24的另一端与注入室a下半室的接通；注入室a的下半室通过三通球阀c64与渗透液输入通道39相通；气体稳压机3通过一个第四空气调节阀5、轴压气体三通阀52与气压腔室55相通；所述渗出液自动化监测与收集装置包括渗透液收集装置59、锥形瓶60、数据记录仪61、两个防腐蚀流量计56和三通球阀d63。
[0101]
所述围压系统包括注入室b和注入室c，注入室c的外部设置有可控温加热带9。注入室b的下半室通过三通球阀b19、流入液体三通阀32与下贯通通道11相通，三通球阀b19的另一端通过液体单向阀18与注入室c的下半室相通；注入室c的下半室通过另一个液体单向阀18、流出液体三通阀31与上贯通通道10相通。
[0102]
步骤2，试验的总体设定
[0103]
设定j个干湿度循环次数，并将其中任意一个记为设定干湿度循环次数xj，j＝1，2...j；设定i个试验温度，并将其中任意一个记为设定试验温度ti，i＝1，2
…
i；设定a组固结压力，并将其中任意一组记为设定固结压力pa，所述设定固结压力pa包括设定固结轴压p1a和设定固结围压p2a，a＝1，2
…
a，即本发明渗透试验方法包括j
×i×
a种组合；
[0104]
然后对j
×i×
a中的每一种组合进行一次渗透试验，并同步监测和记录试样在达
到干湿循环次数后温度、应力变化的状态。
[0105]
具体的，任一种组合的试验步骤见步骤3-步骤11。
[0106]
步骤3，试验参数的设定和试验数据的记录
[0107]
给定设定干湿度循环温度t
x
、设定干燥含水率w1、设定饱和含水率w2，且w2≥w1；
[0108]
给定设定液体围压pm，m＝1，2
…
m、设定注入压力为pn，n＝1，2
…
n，且在渗透试验中，对每一种设定液体围压pm、每一种设定注入压力pn均进行一次渗透试验；
[0109]
在渗透试验过程中，在柔性壁渗透仪中安装了四个传感器，分别为位移传感器47、ph传感器58、电导率传感器57和质量传感器54，其中，位移传感器47装在稳定杆48上，ph传感器58和电导率传感器57放置在渗透液收集装置59中，质量传感器54放置在气压腔室55的底部；
[0110]
在渗透试验过程中，设置了一个温度调节器40，用于对可控温加热带9的温度进行监控；
[0111]
在渗透试验进行的过程中，数据记录仪61与二个防腐蚀流量计56、四个传感器、温度调节器40分别连接，获取实时数据，且每隔1分钟自动记录一次。
[0112]
步骤4，设置试验装置初始状态
[0113]
首先将所有的阀调整到关闭状态、所有的通道关闭，排气孔14和注液孔16关闭，三个注入室内的柔性橡胶膜15初始状态均为与上半室顶部接触；
[0114]
称量试样的质量并记为初始质量m0，计算试样的含水率并记为初始含水率w0；
[0115]
然后打开注液孔16，向三个注入室中注入去离子水，注满后关闭注液孔16，转动三通球阀b19使注入室b通过流入液体三通阀32、下贯通通道11与围压室35连通。
[0116]
步骤5，安装试样21
[0117]
取下试验装置中的顶盖25，在卷成圆柱形的橡皮膜36内自下而上依次安装透水石29、滤纸6、试样21、滤纸6、透水石29，然后将顶盖25与主体34、底座41锁紧，形成内部封闭的渗透室33；
[0118]
将试验装置放置于加压环50上，钢制小球22对准反压螺丝45底端中心。
[0119]
步骤6，向围压室35注水
[0120]
调节流入液体三通阀32使下贯通通道11和一个注水泵连通，调节流出液体三通阀31使上贯通通道10与一个水桶连接，启动注水泵将去离子水注入围压室35，当水位达到围压室35顶部、水流入水桶时，调节流出液体三通阀31使围压室35通过输液管与注入室c接通。
[0121]
步骤7，进行干湿度循环
[0122]
步骤7.1，打开气瓶1，调节气体释压阀2使压缩气体流入气体稳压机3，可控温加热带9开始加热，温度调节器40对其温度进行监控；
[0123]
步骤7.2，调节注入室c上端的空气调节阀4对注入室c施加微压，转动三通球阀b19使注入室c的下半室与流入液体三通阀32连通，使注入室c内的去离子水进入围压室35，并通过流出液体三通阀31回流至注入室c，实现不断循环；
[0124]
步骤7.3，待可控温加热带9的温度到达设定干湿度循环温度t
x
时，记录此时试样21的质量，并记为整体质量m1；
[0125]
打开所有的排水通道27，使试样21进入蒸发状态；
[0126]
步骤7.4，待试样含水率达到设定干燥含水率w1时，停止加热，调节注入室a上端的空气调节阀4对注入室a施加一个恒定的饱和压力p
t
，使去离子水通过渗透液输入通道39进入渗透室33对试样21进行湿润，调节注入室b上端的空气调节阀4对注入室b施加相同的饱和压力p
t
；
[0127]
步骤7.5，待试样含水率达到饱和含水率w2时，一次干湿度循环完成；
[0128]
步骤7.6，检查是否达到设定干湿度循环次数xj，达到，进入步骤8，否则，返回步骤7.1，继续进行干湿度循环。
[0129]
步骤8，施加轴压
[0130]
步骤8.1，调零注入室a的空气调节阀4，并使二个防腐蚀流量计56分别与渗透液输入通道39、渗透液流出通道28相通，记录此时试样21的质量并记为平衡质量m2；
[0131]
气体稳压机3通过轴压气体三通阀52对压力室51施加一个恒定的轴向压力ph，ph＝4m2g/(πr2)，其中r为压力室51的内半径，g＝9.8n/kg；
[0132]
调节反压螺丝45使反压螺丝45下底面与钢珠22接触，并用一个调节螺母44固定；调节稳定杆48在l型测量杆49上的位置，使位移传感器47的探头与反压螺丝45上表面相接触；
[0133]
步骤8.2，调节轴压气体三通阀52，使气压腔室55和稳压机3连通；将第四空气调节阀5先调零，然后重新调节，并对气压腔室55施加设定固结轴压p1a；调节注入室b的空气调节阀4，通过注入室b对围压室35施加设定固结围压p2a，p2a＞p1a；通过数据记录仪61记录试样的竖向变形，当竖向变形在1小时内小于0.01mm时，固结过程结束。
[0134]
步骤9，排除气泡
[0135]
步骤9.1，通过温度调节器40将可控温加热带9的温度调整为设定试验温度ti，调节注入室c上端的空气调节阀4、通过注入室c对围压室35施加设定固结围压p
a2
；
[0136]
步骤9.2，待温度稳定后，调节注入室a上端的空气调节阀4，通过注入室a对渗透室33施加一个初始注入压力pd，pd＜p2a；
[0137]
步骤9.3，打开试验装置顶部排气通道26和底部排气通道38，排除试样21与橡皮膜36中的可见气泡；
[0138]
排除气泡后，关闭顶部排气通道26和底部排气通道38。
[0139]
步骤10，注入渗透液并展开渗透试验
[0140]
步骤10.1，关闭渗透液流入通道39，打开注液孔16，调节注入室a的空气调节阀4，对柔性橡胶膜15上部施加压力，将去离子水由注液孔16排出，下半室排空后，乳胶膜与注入室a的下半室底部接触，关闭注液孔16；
[0141]
步骤10.2，打开排气孔14，打开侧壁回压开关17，关闭反压开关13，转动三通球阀a12使气体进入下半室，对柔性橡胶膜15下部施加压力，柔性橡胶模15回弹至与上半室顶部接触，关闭排气孔14；
[0142]
步骤10.3，关闭侧壁回压开关17，调零三通球阀a12，打开注液孔16，向注入室a中注入渗透液，注满后关闭注液孔16，打开反压开关13，转动三通球阀a12使气体稳压机3与注入室a上半室相通；
[0143]
步骤10.4，调零注入室c的空气调节阀4，然后重新调节，使围压室35中的围压稳定至设定液体围压pm；调节注入室a的空气调节阀4，使注入压力稳定至设定注入压力pn，渗透
液由注入室a经一个防腐蚀输入流量计62、渗透室输入通道39流入渗透室33，再经渗透液输出通道28、另一个防腐蚀输出流量计56流入渗透液收集装置59；
[0144]
在试验过程中，当注入室a的渗透液耗尽时，关闭渗透液输入通道39，返回步骤10.2，重新注入渗透液，继续进行试验；
[0145]
步骤10.5，满足渗透试验终止条件时，终止渗透液注入，自动存储此时的实时渗透液输出流量q，并进入步骤11；否则，返回步骤10.4，继续进行试验。
[0146]
所述渗透试验终止条件按照以下方式确定：
[0147]
设每间隔1小时进行一次数据比对，并将数据比对时得到的实时数据记为比对瞬间数据；
[0148]
当渗透液为水时，渗透试验终止条件为同时满足以下条件：
[0149]
(1)连续4次数据比对时测得的比对瞬间渗透液输入流量与比对瞬间渗透液输出流量的比值位于0.75-1.25之间；
[0150]
(2)最后连续4次数据比对时测得的比对瞬间渗透液输出流量位于平均流量值的0.75-1.25倍之间，所述的平均流量值为两次数据比对间隔中所记录的60个实时渗透液输出流量的平均数。
[0151]
当渗透液为重金属溶液或有机污染液时，所述渗透试验终止条件除满足上述规定外，还需同时满足以下条件：
[0152]
(3)比对瞬间渗透液输出流量与比对瞬间渗透液输入流量之差大于或者等于试样孔隙体积的2倍；
[0153]
(4)比对瞬间渗透液输出的电导率位于初始电导率的
±
10％之内；
[0154]
(5)比对瞬间渗透液输出的ph值位于初始ph值的
±
10％之内。
[0155]
步骤11，检查n个设定注入压力pn中是否还有未进行以上渗透试验，若有，返回步骤10.1，进行下一种设定注入压力pn的渗透试验；否则，进入步骤12。
[0156]
步骤11，检查m个设定液体围压pm中是否还有未进行以上渗透试验，若有，返回步骤10.1，进行下一个设定液体围压pm的渗透试验；否则，进入步骤12。
[0157]
步骤12，计算渗透系数k
[0158]
拆除试样，测量并记录试样的最终直径d与最终高度l；
[0159]
调取数据记录仪中的试验数据，计算渗透系数k，计算式如下：
[0160][0161]
其中，δh为水头差，hw为标准大气压下水柱的高度，p
standard
为1标准大气压。
[0162]
图1给出了上述步骤中的步骤4-步骤11。
[0163]
在本实施例中，设定干湿循环次数xj设置为：0，1，3，5次；设定干湿度循环温度t
x
为60℃，设定试验温度ti设置为30，40，50℃，设定固结轴压p1a设置为：70，80，90kpa，对应的设定固结围压p2a为：70，80，90kpa，设定液体围压pm设置为：70，90，110kpa，设定注入压力pn设置为：50，70，90kpa。
[0164]
在本实施例中，所述设定干燥含水率w1和设定饱和含水率w2的取值范围均为2wj，
其中，wj为黏性土从0至处于可塑状态与流动状态之间的界限含水率，且w2＞w1。
[0165]
从以上试验过程可见，在本发明试验过程中，可以通过对不同试样进行不同干湿循环次数、不同试验温度、不同固结压力、不同注入气压和不同注入围压等一系列的渗透测试，并得到大量关于土体压力-变形-渗透的数据，通过数据记录仪61将数据传入外部计算机系统进行整理，可以全面了解经历干湿循环后液体在土体内部发生的渗透作用机制。
[0166]
在本实施例中，步骤1所述的柔性壁渗透仪的具体结构见图2-图9。其中，图2为本发明实施例中柔性壁渗透仪总体结构示意图，图3为本发明实施例中试验装置结构示意图，图4为本发明实施例中围压室结构示意图，图5为本发明实施例中加压装置结构示意图，图6为本发明实施例中注入腔室a结构示意图，图7为本发明实施例中注入腔室b结构示意图，图8为本发明实施例中注入腔室c结构示意图，图9为本发明实施例中渗出液自动化监测与收集装置结构示意图。由以上附图可见，本发明步骤1所述的柔性壁渗透仪包括试验装置、加压装置、渗透系统、围压系统和传感器组。
[0167]
所述传感器组包括位移传感器47、ph传感器58、电导率传感器57和质量传感器54。所述渗透系统中包括注入室a，所述围压系统中包括注入室b和注入室c，三个注入室形状相同，均由上半室、下半室和柔性橡胶膜15组成，所述柔性橡胶膜15放置在上半室、下半室之间，其边缘利用上半室和下半室对接夹住，即将注入室分成上下封闭的二个空间，在下半室靠近柔性橡胶膜15的侧壁上开有注液孔16。
[0168]
所述试验装置包括一个顶盖25、一个主体34、一个底座42和两个透水石29。
[0169]
所述顶盖25由一个大同轴空心圆柱体a和一个嵌套在大同轴空心圆柱体a中的滑动柱23组成，滑动柱23的的底面高出大同轴空心圆柱体a的底面。所述滑动柱23上开有4个自上而下贯通的通道，分别为顶部排气通道26、渗透液输出通道28和2个排水通道27。所述滑动柱23顶部中心位置开有一半球形坑，并配有与之对应的钢制小球22，所述滑动柱23的底部镶有一个透水石29。
[0170]
所述底座41自上而下由一个小同轴圆柱体和一个大同轴圆柱体固接组成，在小同轴圆柱体顶部镶有一个透水石29；从底座41的顶部到底部开有3个贯通的排水通道27，从小同轴圆柱体的顶部到大同轴圆柱体的侧壁开有2个l型通道，其中一个为底部排气通道38，一个为渗透液输入通道39。
[0171]
所述主体34由一个大同轴空心圆柱体b和橡皮膜36组成，将所述大同轴空心圆柱体b上距离两个端面为h高度的部分记为h段，其他部分记为h段，h≤5cm。设h段的内直径为r1，h段的内直径为r2，r2≥r1，将橡皮膜36卷成圆筒形并固定在h部分的内壁上，橡皮膜36的外表面与h段的内壁之间形成了一个封闭的圆柱形的空间，将该空间记为围压室35。所述h段的上端和下端分别开有从外壁到围压室35的贯通通道，并分别记为上贯通通道10和下贯通通道11。围压室形成的具体结构可见附图4，其中ε为橡皮膜36与h端内壁形成的缝隙，ε≤5mm。
[0172]
滑动柱23、小同轴圆柱体的外直径与大同轴空心圆柱体b上的h段的内直径相同，将滑动柱23从主体34的上端、小同轴圆柱体从主体34的下端分别插入大同轴空心圆柱体b并用锁紧工具进行锁紧，形成了一个完整的试验装置，且在橡皮膜36内部形成了一个封闭的渗透室33。
[0173]
在本实施例中，所述锁紧工具包括螺栓和螺帽，具体的，在顶盖25、主体34、底座41
上均匀布设贯通的通孔，然后插入螺栓，并在两头用螺帽锁紧。
[0174]
所述加压装置包括顶部加压装置、底部加压装置和加压测量装置；所述顶部加压装置由反压顶杆46、反压螺栓45和调节螺母44组成，反压螺栓45从上至下穿过反压顶板46中心的通孔向下，且与钢制小球22的顶部相接触，调节螺母44套在反压螺栓45上，用于调节反压螺栓45的运动。所述底部加压装置由反压底座53、压力室51和加压环50组成。所述压力室51安装在反压底座53上，压力室51的下端与一个轴压气体三通阀52相通。所述加压环50装在压力室51内，且外表面与压力室51的接触面上装有密封圈30，当轴压气体三通阀52打开时，加压环50的底面与压力室51的内壁之间形成一个密闭的气压腔室55。质量传感器54装在气压腔室55的底板上。
[0175]
所述反压底座53上对称开有两个内螺孔，所述反压顶杆46上对称开有两个通孔，两根固定杆43穿过反压顶杆46的两个通孔插入反压底座53的两个内螺孔中，并用螺帽锁紧。所述加压测量装置包括位移传感器47、稳定杆48和l型测量杆49，所述稳定杆49的一端与位移传感器47相接，另一端上开有通孔。所述l型测量杆49的下部与加压环50相接、上部的外壁开有螺纹，且穿过稳定杆48一端的通孔并用螺帽锁紧。
[0176]
所述渗透系统由一个气瓶1、气体释压阀2、气体稳压机3、注入室a和渗出液自动化监测与收集装置组成；其中，气瓶1、气体释压阀2、气体稳压机3和注入室a的上半室通过气管依次相通，在气体稳压机3和注入室a之间顺序安装有空气调节阀4、数值压力表8、三通球阀a12和反压开关13，在三通球阀a12上接有一根回压管24，回压管24的另一端与注入室a下半室的接通。注入室a的下半室通过输液管依次与三通球阀c64、渗透液输入通道39相通。气体稳压机3通过气管与轴压气体三通阀52相通，且在两者之间装有第四空气调节阀5和一个数值压力表8。
[0177]
所述渗出液自动化监测与收集装置包括渗透液收集装置59、锥形瓶60、数据记录仪61、两个防腐蚀流量计56和三通球阀d63，所述渗透液收集装置59的一端与锥形瓶60相通，另一端通过三通球阀d63与渗透液输出通道28相通，三通球阀d63的第三端接三通球阀c64。ph传感器58和电导率传感器57放置在渗透液收集装置59中，一个防腐蚀流量计56装在渗透液收集装置59和三通球阀d63之间，另一个防腐蚀流量计56装在三通球阀c64和注入腔室a5之间，数据记录仪61通过导线分别与四个传感器、二个防腐蚀流量计56、三通球阀c64、三通球阀d63相连。
[0178]
所述围压系统包括注入室b和注入室c，注入室c的外部设置有可控温加热带9。注入腔室b和注入腔室c的上半室均通过气管与气体稳压机3相通，且在之间均装有空气调节阀4和数值压力表8。所述注入腔室b的下半室通过输液管依次与一个三通球阀b19、一个流入液体三通阀32、下贯通通道11相通，三通球阀b19的另一端通过一个液体单向阀18与注入腔室c的下半室相通。所述注入腔室c的下半室通过输液管与另一个液体单向阀18、流出液体三通阀31、上贯通通道10相通。
[0179]
另外，从以上附图可见，所述滑动柱23、小同轴圆柱体上均装有密封圈30。滑动柱23上装了两条密封圈，小同轴圆柱体上装了一条密封圈。所述注入室a、注入室b和注入室c的上半室顶部均开有排气孔14，且在排气孔14处装有一个可关闭/打开的堵头，在注液孔16处装有一个可关闭/打开的孔塞。所述可控温加热带9接有温度调节器40。
[0180]
在本实施例中，所述排水通道27上均装有堵头。所述渗透液输出通道28、渗透液输
入通道39均与输液管相通，且在输液管上均装有开关20。所述顶部排气通道26和底部排气通道38均与外部气管相通，且在气管上均装有开关20。