專利名稱：一種孔隙水壓力計及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土工和水工模型試驗領(lǐng)域，特別涉及一種孔隙水壓力計及其使用方法。
背景技術(shù)：
土工和水工模型試驗中常需要監(jiān)測孔隙水壓力計，目前常用的孔隙水壓力計分為振弦式
和壓阻式，該兩類孔隙水壓力計主要應(yīng)用于土木和水利工程現(xiàn)場監(jiān)測，量程為0.005MPa 20.000MPa (相當(dāng)于O. 5米 200米水頭)。
將以上兩類孔隙水壓力計用于土工和水工模型試驗存在以下幾點不足
1、 量程太大，靈敏度難以達到模型試驗中cm或mm級水頭變化的測量精度要求；
2、 價格昂貴，模型試驗投入經(jīng)費有限，導(dǎo)致難以實現(xiàn)購買大量孔隙水壓力計進行多點
3、 振弦式和壓阻式都存在容易在測試端進水導(dǎo)致線路短路、儀器損壞的特點，不易進 行長期監(jiān)測和多次重復(fù)使用。
土工和水工模型試驗中所用的孔隙水壓力計需具備以下特點
1、 測量精度達到mm級水頭，量程在10m以內(nèi)；
2、 造價低，可大量設(shè)置；
3、 不易損壞，可長期使用，可多次重復(fù)使用；
4、 易于制作和布置，滿足模型試驗功能和空間布置要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種能夠滿足土工和水工模型試驗 測量精度要求，易于制作和布置，滿足模型試驗功能和空間布置要求的孔隙水壓力計及采用 該孔隙水壓力計測量土工和水工模型試驗中孔隙水壓力的方法。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的一個技術(shù)方案是 一種孔隙水壓力計
，包括水壓力顯示裝置，所述水壓力顯示裝置包括正面設(shè)置有坐標(biāo)紙的立板，垂直固定在所 述立板上的玻璃管，與玻璃管下端連接的膠管，其特征在于，所述膠管的另一端連接有水壓力傳遞管道，所述水壓力傳遞管道的另一端封閉連接有用透水石制成的孔隙水壓力測試端。 所述水壓力傳遞管道是由銅管制成的。
所述孔隙水壓力測試端的中央設(shè)置有圓柱形凹坑，所述圓柱形凹坑內(nèi)嵌裝有所述水壓力 傳遞管道的一端，所述水壓力傳遞管道的外壁與所述圓柱形凹坑內(nèi)壁之間由粘結(jié)劑粘結(jié)封閉
所述圓柱形凹坑的深度為所述孔隙水壓力測試端厚度的一半，所述圓柱形凹坑直徑比所 述水壓力傳遞管道的外徑大l 2mm。
所述孔隙水壓力測試端為圓片形，所述圓片形的直徑為20mm 40mm，厚度為5mm 15mm。
所述水壓力傳遞管道的內(nèi)徑為3 5mm。
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的另一個技術(shù)方案是使用上述孔隙水
壓力計測量土工和水工模型試驗中孔隙水壓力的方法，其特征在于，包括以下步驟
a、 將用透水石制成的孔隙水壓力測試端與水壓力傳遞管道封閉連接；
b、 在模型池內(nèi)預(yù)定位置埋設(shè)所述水壓力測試端和所述水壓力傳遞管道，將所述水壓力 傳遞管道引出所述模型池外與所述水壓力顯示裝置連接，所述水壓力顯示裝置包括正面設(shè)置 有坐標(biāo)紙的立板，垂直固定在所述立板上的玻璃管，與玻璃管下端連接的膠管，所述膠管與 所述水壓力傳遞管道連接；
c、 在所述水壓力傳遞管道引出所述模型池的位置做好防水防滲處理；
d、 試驗過程中通過所述水壓力顯示裝置采集水壓力值。
本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是將透水石良好的透水性和水壓力傳遞管道的柔韌性進 行結(jié)合，通過明了的玻璃管顯示水壓力，達到良好的模型試驗孔隙水壓力測量效果，既可用 于粘土試驗還可以用于砂石試驗。本發(fā)明孔隙水壓力計測量精度達到mm級水頭，量程可根據(jù) 試驗需求進行大幅調(diào)整；造價低，可進行多點設(shè)置；孔隙水壓力構(gòu)件材料經(jīng)久耐用，不易損 壞，可長期使用，可多次重復(fù)使用；易于制作和布置，滿足模型試驗功能和空間布置要求。 在顯示板玻璃管內(nèi)設(shè)置水壓力微型監(jiān)測儀還可以實現(xiàn)水壓力自動采集。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于 土工和水工模型試驗中。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、孔隙水壓力測試端，2、水壓力傳遞管道，3、膠管，4、玻璃管，5、立板。
具體實施例方式
為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細 說明如下
本發(fā)明一種孔隙水壓力計，包括水壓力顯示裝置，水壓力顯示裝置采用現(xiàn)有技術(shù)中常用 的結(jié)構(gòu)，包括正面設(shè)置有坐標(biāo)紙的立板5，垂直固定在立板5上的玻璃管4，與玻璃管4下端連 接的膠管3，膠管3的另一端連接有水壓力傳遞管道2，水壓力傳遞管道2的另一端封閉連接有 用透水石制成的孔隙水壓力測試端l 。
水壓力傳遞管道2與孔隙水壓力測試端1的封閉連接結(jié)構(gòu)較佳的方案為上述孔隙水壓力 測試端l的中央設(shè)置有圓柱形凹坑，圓柱形凹坑的深度為孔隙水壓力測試端厚度的一半，圓 柱形凹坑半徑比所述水壓力傳遞管道的外徑大l 2mm，圓柱形凹坑內(nèi)嵌裝水壓力傳遞管道2 的一端，水壓力傳遞管道2的外壁與圓柱形凹坑內(nèi)壁之間由粘結(jié)劑粘結(jié)封閉。
上述孔隙水壓力測試端最好采用圓片形結(jié)構(gòu)，根據(jù)模型試驗規(guī)模，圓片形的直徑可以為 :20mm 40mm， 厚度可以為5mm 15mm。
根據(jù)模型試驗規(guī)模，上述水壓力傳遞管道的內(nèi)徑可以為3 5mm，外徑可以為6 8mm
采用上述孔隙水壓力計測量土工和水工模型試驗中孔隙水壓力的方法 a、根據(jù)模型試驗規(guī)模，用透水石制成相應(yīng)的孔隙水壓力測試端l，制作水壓力傳遞管 道2和水壓力顯示裝置，將孔隙水壓力計測試端1與水壓力傳遞管道2封閉連接，水壓力顯示 裝置包括正面設(shè)置有坐標(biāo)紙的立板5，垂直固定在立板5上的玻璃管4，與玻璃管4下端連接的 膠管3; b、在模型池內(nèi)預(yù)定位置埋設(shè)水壓力計測試端1和水壓力傳遞管道2，將水壓力傳遞管 道2引出模型池外與水壓力顯示裝置的玻璃管4連接；c、在水壓力傳遞管道2引出模型池的位 置做好防水防滲處理；d、試驗過程中目測并記錄所述玻璃管中的水壓力值，或者在所述玻 璃管內(nèi)放置水壓力監(jiān)測計進行自動采集。
基于土工和水工模型試驗中所用的孔隙水壓力計功能要求和特點，本發(fā)明將現(xiàn)有三項技 術(shù)進行整合，開發(fā)了土工和水工模型試驗中的孔隙水壓力計，主要包括孔隙水壓力測試端、 水壓力傳遞管道和水壓力顯示裝置三項內(nèi)容。
孔隙水壓力計測試端采用透水石。透水石廣泛應(yīng)用于室內(nèi)試驗，包括固結(jié)試驗、滲透試 驗和三軸儀試驗，具有良好的滲透和壓力傳遞性能，適用于砂石和粘土。
水壓力傳遞管最好采用細銅管。細銅管具有柔韌性好、內(nèi)徑狹細的特點，柔韌性好可滿 足土工和水工試驗中傳力管道可改變路徑空間任意布置的要求，內(nèi)徑狹細而不纖細即可避免毛細作用影響、又可靈敏反映水壓力變化。也可采用鋁管、不銹鋼管、合金管等具有上述特 點的金屬管。
水壓力顯示裝置采用常規(guī)的靜水壓力顯示裝置。具有顯示明了、準(zhǔn)確的特點，玻璃管內(nèi) 設(shè)置水壓力自動檢測儀器還可進行水壓力自動采集。
通過對以上三項技術(shù)進行科學(xué)整合，使本發(fā)明的模型試驗用孔隙水壓力計達到準(zhǔn)確反應(yīng) 、傳遞和顯示模型試驗中孔隙水壓力的目的，具有適用性廣、造價低、制作簡單、耐用的特點。
實施例l:
粘土基坑突涌模型試驗，模型池設(shè)有內(nèi)池和外池，內(nèi)、外模型池都為矩形。外池長寬高 分別為2. 3mX1.6mX1.0m，外池壁厚260cm，內(nèi)壁和池底進行防滲處理避免滲水和卸壓。外 池內(nèi)修砌小砂池，小砂池外壁與大模型池內(nèi)壁間距離為30cm，小砂池壁厚140cm，小砂池內(nèi) 壁也作防水處理。大模型池池壁四角預(yù)埋4根鋼管，鋼管底部通過接頭水平鋪設(shè)進入小砂池 內(nèi)池底，該四根鋼管作注水加壓用。
小砂池內(nèi)置放42 45 cm厚的砂土，在砂土中部布設(shè)7個孔隙水壓力測試端和與其一一對 應(yīng)的水壓力傳遞管道，水壓力傳遞管道水平鋪設(shè)并穿出內(nèi)外模型池連接到水壓力顯示板上。
孔隙水壓力測試端透水石直徑20mm，厚度5mm;水壓力傳遞管道細銅管內(nèi)徑為為3mm，外 徑為6mm。在砂槽內(nèi)布設(shè)好透水石測試端和細銅傳力管后，將細銅管從試驗?zāi)Ｐ统乇谏洗┛?引出，在穿孔處做細致的防水堵滲處理，包括充填水泥砂漿和涂抹堵漏劑。傳力管引出后由 軟膠管連接到木質(zhì)顯示板上的玻璃管，玻璃管高1.4m。
模型外池與小砂池之間填30cm厚的粘土層，小砂池頂面以上分層鋪墊粘土并灑水飽和， 粘土層總厚度為40cm。
試驗過程中，從模型外池四角的四根鋼管向小砂池內(nèi)注水加壓，同時監(jiān)測從7個孔隙水 壓力測試端傳遞到水壓力顯示板上玻璃管內(nèi)的水柱高度，從而得到小砂池內(nèi)7個不同點位的 水壓力值。監(jiān)測水壓力的同時監(jiān)測小砂池上面粘土層表面的位移和變形。
監(jiān)測結(jié)果表明水壓顯示非常明顯，壓力讀數(shù)可精確到mm級，測量水頭值位于0 90cm范 圍內(nèi)。水壓力和土層變形符合很好，驗證了該孔隙水壓力計的可行性。
上述的試驗介質(zhì)砂土和粘土可以根據(jù)實際地質(zhì)條件由其它類型土替代進行基坑突涌模型 試驗，如由碎石和粉土替代做基坑突涌模型試驗，也可以由粉土和粉土替代做基坑突涌模型 試驗。
實施例2:試驗，模型池為矩形，長寬高分別為2.3mX1.6mX1.0m，池壁厚 260cm，內(nèi)壁和池底進行防滲處理避免滲水和卸壓。模型池內(nèi)修砌高0.8米、上底和下底分別 為O. 2m和0. 5m的梯形壩體，壩體兩端與模型池相接，壩體外表面為混凝土，內(nèi)部為砂石堆砌 。在壩體內(nèi)的砂石中自上而下每隔O. lm布設(shè)一個透水石孔隙水壓力測試端，水壓力傳遞管道 水平鋪設(shè)并穿出模型池連接到水壓力顯示板上。
孔隙水壓力測試端透水石直徑30mm，厚度10mm;水壓力傳遞管道細銅管內(nèi)徑為5mm，外 徑為8mm。在壩體砂石內(nèi)布設(shè)好透水石測試端和細銅傳力管后，將細銅管從試驗?zāi)Ｐ统乇谏?穿孔引出，在穿孔處做細致的防水堵滲處理，包括充填水泥砂漿和涂抹堵漏劑。傳力管引出 后由軟膠管連接到木質(zhì)顯示板上的玻璃管，玻璃管高l. 4m。
試驗過程中，從模型池內(nèi)壩體迎水面一側(cè)注水，使壩體迎水面一側(cè)水面高度從O. 2m逐級 增加到O. 7m，每級增加O. lm。監(jiān)測各級水位高度下從8個孔隙水壓力測試端傳遞到水壓力顯 示板上玻璃管內(nèi)的水柱高度，從而得到壩體砂石內(nèi)8個不同高度的水壓力值。
監(jiān)測結(jié)果表明水壓顯示非常明顯，壓力讀數(shù)可精確到mm級，測量水頭值位于0 90cm范 圍內(nèi)，驗證了該孔隙水壓力計的可行性。
本發(fā)明的基本原理是:將透水石良好的透水性和細銅管柔韌性進行結(jié)合，對模型試驗的 多孔介質(zhì)中水壓力準(zhǔn)確反應(yīng)和傳遞，通過明了的玻璃管顯示水壓力，達到良好的模型試驗孔 隙水壓力測量效果，既可用于粘土試驗還可以用于砂石試驗。
盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具 體實施方式，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很 多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種孔隙水壓力計，包括水壓力顯示裝置，所述水壓力顯示裝置包括正面設(shè)置有坐標(biāo)紙的立板，垂直固定在所述立板上的玻璃管，與玻璃管下端連接的膠管，其特征在于，所述膠管的另一端連接有水壓力傳遞管道，所述水壓力傳遞管道的另一端封閉連接有用透水石制成的孔隙水壓力測試端。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的孔隙水壓力計，其特征在于，所述水壓力傳 遞管道是由銅管制成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的孔隙水壓力計，其特征在于，所述孔隙水壓 力測試端的中央設(shè)置有圓柱形凹坑，所述圓柱形凹坑內(nèi)嵌裝有所述水壓力傳遞管道的一端， 所述水壓力傳遞管道的外壁與所述圓柱形凹坑內(nèi)壁之間由粘結(jié)劑粘結(jié)封閉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的孔隙水壓力計，其特征在于，所述圓柱形凹 坑的深度為所述孔隙水壓力測試端厚度的一半，所述圓柱形凹坑直徑比所述水壓力傳遞管道 的外徑大l 2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的孔隙水壓力計，其特征在于，所述孔隙水壓 力測試端為圓片形，所述圓片形的直徑為20mm 40mm，厚度為5mm 15mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的孔隙水壓力計，其特征在于，所述水壓力傳 遞管道的內(nèi)徑為3 5mm。
7.使用權(quán)利要求l所述的孔隙水壓力計測量土工和水工模型試驗中孔 隙水壓力的方法，其特征在于，包括以下步驟a、 將用透水石制成的孔隙水壓力測試端與水壓力傳遞管道封閉連接；b、 在模型池內(nèi)預(yù)定位置埋設(shè)所述水壓力測試端和所述水壓力傳遞管道，將所述水壓力 傳遞管道引出所述模型池外與所述水壓力顯示裝置連接，所述水壓力顯示裝置包括正面設(shè)置 有坐標(biāo)紙的立板，垂直固定在所述立板上的玻璃管，與玻璃管下端連接的膠管，所述膠管與 所述水壓力傳遞管道連接；c、 在所述水壓力傳遞管道引出所述模型池的位置做好防水防滲處理；d、試驗過程中通過所述水壓力顯示裝置采集水壓力值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種孔隙水壓力計，包括水壓力顯示裝置，所述水壓力顯示裝置包括正面設(shè)置有坐標(biāo)紙的立板，垂直固定在所述立板上的玻璃管，與玻璃管下端連接的膠管，所述膠管的另一端連接有水壓力傳遞管道，所述水壓力傳遞管道的另一端封閉連接有用透水石制成的孔隙水壓力測試端。本發(fā)明還公開了上述孔隙水壓力計的使用方法。本發(fā)明將透水石良好的透水性和水壓力傳遞管道的柔韌性進行結(jié)合，通過明了的玻璃管顯示水壓力，達到良好的模型試驗孔隙水壓力測量效果，既可用于粘土試驗還可以用于砂石試驗。
文檔編號G01L19/00GK101655405SQ20091030738
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者楊建民, 剛 鄭 申請人:天津大學(xué)