一種相似模擬材料滲透系數(shù)的測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)人山東科技大學(xué)向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的申請(qǐng)日為2013年7月29 日、申請(qǐng)?zhí)枮?01310320740. 9、發(fā)明名稱為一種相似模擬材料滲透系數(shù)的測(cè)量裝置及其測(cè) 量方法的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種相似模擬材料滲透系數(shù)的測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 相似材料模擬是一種建立在相似理論基礎(chǔ)上，用擴(kuò)大或縮小的模型，去研宄對(duì)應(yīng) 原型的力學(xué)運(yùn)動(dòng)以及其它相關(guān)特性的一種實(shí)驗(yàn)方法。該方法在礦山、地質(zhì)、水利以及建筑等 領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在采礦領(lǐng)域，該方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸如測(cè)定礦山來壓，巖層破壞運(yùn)移，地 下水滲透以及無流動(dòng)水的邊坡穩(wěn)定等問題的研宄。
[0004] 滲透系數(shù)K是綜合反映土體滲透能力的一個(gè)指標(biāo)，其數(shù)值的正確確定對(duì)滲透計(jì)算 有著非常重要的意義。在固液耦合相似材料的制作過程中，材料親水后的抗壓強(qiáng)度和滲透 系數(shù)必須滿足一定的條件，現(xiàn)有的相似材料滲透系數(shù)的測(cè)量工具不能對(duì)材料是否被破壞以 及水是否滲透過相似材料這些問題進(jìn)行驗(yàn)證，最終會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)失真。常用的MTS實(shí)驗(yàn) 機(jī)器等施加圍壓的測(cè)量設(shè)備，在材料強(qiáng)度低的情況下，施加圍壓，材料試件會(huì)出現(xiàn)破裂導(dǎo)致 再次被壓實(shí)，這種情況下所測(cè)量的數(shù)據(jù)是極不準(zhǔn)確的。此外，現(xiàn)有的測(cè)量工具一次僅能進(jìn)行 一個(gè)試件的測(cè)量，工作效率低。
[0005] 由此可見，現(xiàn)有技術(shù)有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供了一種相似模擬材料滲透系數(shù) 的測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0008] 一種相似模擬材料滲透系數(shù)的測(cè)量裝置，包括實(shí)驗(yàn)架，所述實(shí)驗(yàn)架包括玻璃管安 裝架及模具安置架，所述玻璃管安裝架位于模具安置架的上方且與之固連；所述玻璃管安 裝架上設(shè)置有多根玻璃管，所述玻璃管軸向設(shè)置有刻度標(biāo)記，所述玻璃管的上端與漏斗相 連通，下端與導(dǎo)水管相連通，所述導(dǎo)水管用于與安放在上述模具安置架上的模具相連通；所 述模具包括兩對(duì)置的外殼，所述外殼呈半圓柱狀且中間開有通槽，兩外殼配合后呈圓柱狀 且中間形成一可供試件放入的第一通孔，所述兩外殼的配合端面上設(shè)置有密封橡膠圈，所 述外殼的頂端開有導(dǎo)水槽，下部開有放氣孔；兩外殼配合后，其外側(cè)設(shè)置有用于加圍壓的套 箍；所述模具還包括與配合后的兩外殼相適配的墩栓、第一托盤以及第二托盤，所述第一托 盤的底端封閉，第二托盤的底端設(shè)置有可供來自上述導(dǎo)水管內(nèi)的水流通過的閥門。
[0009] 所述通槽的下部設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述第二托盤包括與上述兩配合后的外殼相適配 的連接柱，所述連接柱上開設(shè)有第二通孔且所述連接柱的外側(cè)設(shè)置有外螺紋，所述連接柱 的直徑略小于上述第一通孔的直徑，所述連接柱的底端固連有第二托盤，所述第二托盤的 直徑大于上述第一通孔的直徑，所述第二托盤上開設(shè)有與上述第二通孔相連通的第三通 孔，上述閥門安裝在所述第二托盤的底端且與所述第三通孔相對(duì)應(yīng)；所述第一托盤包括與 上述兩配合后的外殼相卡接的卡接柱，所述卡接柱呈圓柱狀且其直徑略小于上述第一通孔 的直徑，所述卡接柱的底端固連有第一底盤，所述第一底盤的直徑大于上述第一通孔的直 徑；所述墩栓為一圓柱體且其直徑略小于上述第一通孔的直徑。
[0010] 所述套箍包括兩結(jié)構(gòu)相同的第一套箍和第二套箍，所述第一、第二套箍均包括呈 半環(huán)狀的卡接部和分別與所述卡接部的兩端一體固連的定位部，所述卡接部的直徑略大于 上述兩外殼配合后的外徑，所述定位部上開設(shè)有定位孔，所述第一、第二套箍通過螺柱相連 接；所述套箍有兩個(gè)，其分別設(shè)置在兩外殼配合后的上部和下部。
[0011] 所述玻璃管安裝架包括一立桿及分別設(shè)置在所述立桿的上部和下部的兩相互平 行的橫桿，所述橫桿上均布有多個(gè)定位通孔，所述定位通孔的數(shù)量與上述玻璃管的數(shù)量相 同；所述模具安置架包括頂部支撐架及與所述頂部支撐架的四個(gè)頂角固連的底部支撐腿， 所述頂部支撐架包括呈矩形的圍框及設(shè)置在所述圍框內(nèi)部的多條相互平行的橫梁，所述各 橫梁間的間距不一，其中，各間距中的最小間距小于上述兩外殼配合后的外徑。
[0012] 一種相似模擬材料滲透系數(shù)的測(cè)量方法，其步驟包括：
[0013] (1)、選取帶有刻度標(biāo)記的玻璃管并對(duì)該玻璃管進(jìn)行管徑測(cè)量，從而得出所述玻璃 管的斷面積a，將所述玻璃管安裝在玻璃管安裝架上并使玻璃管的上端連通漏斗，下端連通 導(dǎo)水管；
[0014] (2)、模具的組裝及材料試件的導(dǎo)入，選取兩個(gè)呈半圓柱狀、中間開有通槽且其上 端設(shè)置有導(dǎo)水槽、下端設(shè)置有放氣孔的外殼，所述通槽的下部設(shè)置有內(nèi)螺紋，將所述兩外殼 配合后在其外側(cè)套上套箍，兩外殼配合后其中間形成一第一通孔，從該第一通孔的底部旋 入第一托盤，然后將攪拌好的相似模擬材料從所述第一通孔的頂端倒入該第一通孔內(nèi)，塞 上墩栓并用橡皮錘錘實(shí)，冷卻后記錄墩栓進(jìn)入所述第一通孔的距離，并通過該距離間接計(jì) 算得出材料的長(zhǎng)度L;
[0015] (3)、模具的重組及材料試件的浸泡，將上述第一托盤和墩栓從所述第一通孔內(nèi)取 下，所述兩外殼及套箍均保持步驟（2)中的狀態(tài)，從所述第一通孔的底部旋入第二托盤，所 述第二托盤與第一通孔是相連通的，把重組后的模具置放在模具安置架上，并將上述導(dǎo)水 管插入所述第二托盤中并固定，通過所述漏斗將水倒入玻璃管中并經(jīng)導(dǎo)水管后自下而上導(dǎo) 入所述第一通孔內(nèi)，將模具平臥并打開放氣孔直至放完模具內(nèi)的空氣后將模具豎立；將模 具靜置一段時(shí)間，