本發明是一種不同水力梯度作用下量測滲流力的裝置及其方法，屬于土的滲流研究領域。
背景技術：
我國是一個地質災害頻發的國家，隨著我國大量世紀工程的建設，面臨大量的工程地質問題；而地下水的作用是工程地質中的一個重要課題，地下水在土中滲流會對土顆粒施加作用力，即滲流力，當滲流力過大時就會引起土顆粒或土體的移動，產生滲透變形，甚至滲透破壞，如邊坡破壞，地面隆起，堤壩失穩等現象。現今對滲流力還停留于理論計算的層面，假想對土樣的土骨架和水分開來取隔離體，采用靜力學的極限平衡思想求解滲流力，缺少量測滲流力的裝置及其方法，因此，對滲流力的準確量測對研究工程中的滲透作用影響具有重要的實際意義。
技術實現要素：
針對現今對滲流力還停留于理論計算的層面，本發明提供了一種不同水力梯度作用下量測滲流力的裝置及其方法，并可用于對比分析研究實際量測值與理論計算值的差距及其原因。
為了解決上述技術問題，本發明提出以下技術方案：一種滲流力的量測裝置及其量測方法，它包括土樣室桶身，所述土樣室桶身上端安裝有水壓力室桶身，所述土樣室桶身內部上端放置與土樣室桶身內壁直徑相同的上透水石，所述土樣室桶身下端與滲出水收集室桶身上端連接，所述土樣室桶身和滲出水收集室桶身之間設置有下透水石，所述水壓力室桶身的頂部中心安裝有導水管，導水管與GDS壓力系統連接，所述滲出水收集室桶身的底部連接有水壓傳感器和導水管，所述滲出水收集室桶身放置在壓力盒上，壓力盒固定在底座上，所述水壓力室桶身的頂部設置有飽和器，所述飽和器和滲出水收集室桶身之間安裝有長螺栓并夾緊。
所述土樣室桶身和水壓力室桶身的結合面設置有兩圈上環形防水橡膠墊。
所述上透水石能夠在土樣室桶身內部上下移動。
所述土樣室桶身和滲出水收集室桶身的結合面設置有下環形防水橡膠墊。
所述水壓力室桶身的頂部加工有排氣孔，所述排氣孔上安裝有螺絲。
所述導水管上安裝有閥門控制水的流量。
采用任意一種滲流力的量測裝置的量測方法，它包括以下步驟：
步驟一，將土樣室桶身置于光滑平整的木板上，在桶底放上與桶身內徑相同的濾紙，將要測試的土骨料分兩次裝入土樣室桶身內，每完成一次裝樣后振搗試樣使之密實，將土樣室冒出的土樣用鋼刀刮平，放上與桶身內徑相同的濾紙，濾紙上面放上透水石；
步驟二，將土樣與透水石連接，一起放入真空飽和缸進行3個小時抽真空，然后進行10個小時的飽和，使土樣與透水石充分飽和；
步驟三，將得到的飽和土樣與裝置組裝好；
步驟四，啟動GDS壓力控制系統開始向水壓力室注水，趕走室內氣體，使得整個壓力充滿水、整個桶內達到飽和狀態；
步驟五，壓力盒讀數清零；
步驟六，啟動GDS壓力控制系統向水壓力室注水，增大水壓力室的壓力，記錄水壓力室內的水壓u1；
步驟七，調節GDS壓力系統增大注水壓力時，由于水在土中滲流的滯后性，滲出水收集室內水壓慢慢增加，當滲出水收集室內水壓穩定后，通過水壓傳感器10記錄滲出水收集室內水壓u2；
步驟八，直接記錄壓力盒的滲流力J*；
步驟九，通過理論公式J＝γW·i·VS計算出滲流力J；
步驟十，對直接量測的滲流力J*與理論計算出的滲流力J進行對比分析。
本發明有如下有益效果：
通過GDS壓力控制系統調節水壓力室內水壓，從而改變土樣頂端入滲水的水頭；通過連接于滲出水收集室底板的水壓傳感器測定土樣底部的剩余水頭。由滲流學知識，水在土體中流動時，由于受到土粒的阻力，而引起水頭損失，從作用力與反作用力的原理可知，水流經過時必定對土顆粒施加一種滲流作用力，滲流力最終傳遞在壓力盒上，可以直接讀出該作用力的數值；從而量測在不同水力梯度作用下滲流對土顆粒施加的作用力，即滲流力。根據試樣上下水壓力差值計算水頭損失，并通過理論公式計算出理論滲流力，進而對比分析量測的滲流力與理論的滲流力。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是本發明的整體結構示意圖。
圖中：水壓力室桶身1、導水管2、螺絲3、上透水石4、上環形防水橡膠墊5、土樣室桶身6、下透水石7、下環形防水橡膠墊8、滲出水收集室桶身9、水壓傳感器10、導水管11、閥門12、壓力盒13、底座14、飽和器15、長螺栓16。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施方式做進一步的說明。
實施例1：
如圖1，一種滲流力的量測裝置及其量測方法，它包括土樣室桶身6，所述土樣室桶身6上端安裝有水壓力室桶身1，所述土樣室桶身6內部上端放置與土樣室桶身內壁直徑相同的上透水石4，所述土樣室桶身6下端與滲出水收集室桶身9上端連接，所述土樣室桶身6和滲出水收集室桶身9之間設置有下透水石7，所述水壓力室桶身1的頂部中心安裝有導水管2，導水管2與GDS壓力系統連接，所述滲出水收集室桶身9的底部連接有水壓傳感器10和導水管11，所述滲出水收集室桶身9放置在壓力盒13上，壓力盒13固定在底座14上，所述水壓力室桶身1的頂部設置有飽和器15，所述飽和器15和滲出水收集室桶身9之間安裝有長螺栓16并夾緊。
進一步的，所述土樣室桶身6和水壓力室桶身1的結合面設置有兩圈上環形防水橡膠墊5。防止增加壓力時漏水，影響實驗結果。
進一步的，所述上透水石4能夠在土樣室桶身6內部上下移動。由于土樣受到滲流力的作用，體積減小；從而要求土樣頂部的透水石隨土樣一起運動。
進一步的，所述土樣室桶身6和滲出水收集室桶身9的結合面設置有下環形防水橡膠墊8。防止增加壓力時漏水，影響實驗結果。
進一步的，所述水壓力室桶身1的頂部加工有排氣孔，所述排氣孔上安裝有螺絲3。便于排出水壓力室內的氣體。要求排放氣螺絲在扭緊時不漏水。
進一步的，GDS壓力控制系統開始注水時，水壓力室內有大量氣體；水壓力室頂蓋直徑的1/4處設有兩個排氣孔，通過扭松螺絲進行排放氣。
進一步的，所述導水管11上安裝有閥門12控制水的流量。
實施例2：
采用任意一種滲流力的量測裝置的量測方法，它包括以下步驟：
步驟一，將土樣室桶身置于光滑平整的木板上，在桶底放上與桶身內徑相同的濾紙，將要測試的土骨料分兩次裝入土樣室桶身內，每完成一次裝樣后振搗試樣使之密實，將土樣室冒出的土樣用鋼刀刮平，放上與桶身內徑相同的濾紙，濾紙上面放上透水石4；
步驟二，將土樣與透水石連接，一起放入真空飽和缸進行3個小時抽真空，然后進行10個小時的飽和，使土樣與透水石充分飽和；
步驟三，將得到的飽和土樣與裝置組裝好；
步驟四，啟動GDS壓力控制系統開始向水壓力室注水，趕走室內氣體，使得整個壓力充滿水、整個桶內達到飽和狀態；
步驟五，壓力盒13讀數清零；
步驟六，啟動GDS壓力控制系統向水壓力室注水，增大水壓力室的壓力，記錄水壓力室內的水壓；
步驟七，調節GDS壓力系統增大注水壓力時，由于水在土中滲流的滯后性，滲出水收集室內水壓慢慢增加，當滲出水收集室內水壓穩定后，通過水壓傳感器10記錄滲出水收集室內水壓；
步驟八，直接記錄壓力盒13的滲流力J*；
步驟九，通過理論公式J＝γW·i·VS計算出滲流力J；
步驟十，對直接量測的滲流力J*與理論計算出的滲流力J進行對比分析。
實施例3：
土樣頂端入滲水的水壓力計算方法為：由理論公式u1＝γw·h1·A；可以通GDS壓力控制系統讀出水壓力室的頂端入滲水的水壓力u1，并換算土樣頂端水頭h1。
土樣底部的剩余水壓力計算方法為：由理論公式u2＝γw·h2·A；通過水壓傳感器測定讀出滲出水收集室的水壓即為土樣底部的水壓力u2，并計算底部剩余水頭h2。
理論的滲流力計算方法為：通過理論計算出頂端入滲水的水頭h1，土樣底部的剩余水頭h2，讀出土樣穩定滲流時的高度l；根據理論公式其中Δh＝h1-h2，Vs為土樣的體積，γW為水的重度。由理論公式J＝γW·i·VS計算土樣整體滲流力。
對比分析實測總滲透力J*與理論值J的差距與原因。
本發明的工作過程和工作原理為：
本發明設計了一種不同水力梯度作用下量測滲流力的方法，該方法包括：通過GDS壓力控制系統調節水壓力室內水壓，從而改變土樣頂端入滲水的水頭；通過連接于滲出水收集室底板的水壓傳感器測定土樣底部的剩余水頭。由滲流學知識，水在土體中流動時，由于受到土粒的阻力，而引起水頭損失，從作用力與反作用力的原理可知，水流經過時必定對土顆粒施加一種滲流作用力，滲流力最終傳遞在壓力盒上，可以直接讀出該作用力的數值；從而量測在不同水力梯度作用下滲流對土顆粒施加的作用力，即滲流力J*。
該方法由于知道水壓力室內水壓，從而計算水壓力室內水頭；通過水壓傳感器測定土樣底部的水壓，從而計算滲出水收集室內水頭；通過理論公式J＝γW·i·VS計算出滲流力，用量測的滲流力與理論的滲流力進行對比分析。
該方法利用了GDS壓力控制系統能夠精確持續的控制水壓力室的水頭h1。
該裝置可以通過GDS壓力控制系統控制水壓力室的水頭h1不變，觀察土體滲流隨時間的變化情況。
該裝置充分考慮了土樣在滲流作用下的變形，讓土樣上部的透水石在桶內上下自由移動，與土樣的變形保持一致，充分的模擬土樣的滲流情況。
該方法使用了靜力學中作用力與反作用力知識，從而量測出滲流力J*。
通過上述的說明內容，本領域技術人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改都在本發明的保護范圍之內。本發明的未盡事宜，屬于本領域技術人員的公知常識。