CN103344542A

CN103344542A - 变水头法测量渗透系数装置

Info

Publication number: CN103344542A
Application number: CN2013102914281A
Authority: CN
Inventors: 陈立宏
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2013-10-09

Abstract

本发明公开了一种变水头法测量渗透系数装置，包括第一筒体、第二筒体和溢水槽；所述第一筒体底面上设有一开孔，所述第二筒体的上端口与所述开孔匹配的连接在一起；所述第二筒体的底端设置在所述溢水槽内，且该第二筒体的底面上设有溢水孔；所述第二筒体的上端部与所述溢水槽之间通过一导水管连通，该导水管上设置有压差传感器。采用此结构，由于第一筒体的直径大于第二筒体的直径，因此流经砂土试样的水将大为增加，延长了试验时间，其次在试验开始和结束时，试验人员是读取压差传感器的数值，可以减少人肉眼观察读取水头高度数值的误差，因此能够实现用变水头法准确测量砂土的渗透系数。

Description

变水头法测量渗透系数装置

技术领域

本发明涉及一种土工试验装置，特别涉及一种变水头法测量渗透系数装置。

背景技术

渗透系数是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素有很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数、和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法，包括实验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定其数值。

根据国家标准《土工试验方法标准GB/T 50123-1999》目前在实验室中测定渗透系数的方法可分为常水头法和变水头法两种。常水头试验法就是在整个试验过程中保持水头为一常数，从而水头差也为常数。试验时在透明塑料筒中装填土壤试样，打开水阀使水自上而下流经试样，并自出水口处排出，待水头差和渗出流量稳定后，量测经过一定时间内流经试样的水量，则根据达西定律可以计算出渗透系数。

变水头试验法就是试验过程中水头差一直随时间而变化，试验时在透明塑料筒中装填土壤试样，水从一根直立的带有刻度的玻璃管和U形管自下而上流经土样。试验时，将玻璃管充水至需要高度后，开动秒表，测记起始水头差，经一定时间后，再测记终了水头差，通过建立瞬时达西定律，即可计算出渗透系数。

常水头试验适用于测定透水性大的砂土的渗透参数，粘性土由于渗透系数很小，渗透水量很少，须用变水头试验。用常水头法测定砂土的渗透系数时，现有的试验装置在试验过程中保持上水头不变十分困难，且因试样较高，制样困难，装填困难。而用变水头法测定砂土的渗透系数时，因砂土的渗透流量很大导致试验时间很短，从而计算出的渗透系数很不准确。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种使用变水头法能够准确测定砂土的渗透系数的实验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种变水头法测量渗透系数装置，包括第一筒体、第二筒体和溢水槽；所述第一筒体底面上设有一开孔，所述第二筒体的上端口与所述开孔匹配的连接在一起；所述第二筒体的底端设置在所述溢水槽内，且该第二筒体的底面上设有溢水孔；所述第二筒体的上端部与所述溢水槽之间通过一导水管连通，该导水管上设置有压差传感器。

在上述技术方案中，由于第一筒体的直径大于第二筒体的直径，从而第一筒体的体积也较第二筒体的体积大，因此第一筒体内所能盛的水比第二筒体内的水多，这样流经砂土试样的水将大为增加，延长了试验时间，其次在试验开始和结束时，试验人员是读取压差传感器的数值，计算出水头高度数值，最后算出渗透系数，可以减少人肉眼观察读取水头高度数值的误差，因此能够实现用变水头法准确测量砂土的渗透系数。

进一步的，第一筒体的直径大于第二筒体的直径；这样设置的目的在于，渗流水量能大大的增加，从而延长试验的时间，使用变水头法测量砂土的渗透系数成为可能。

进一步的，所述开孔与第二筒体上端口之间通过橡皮管密封连接，这样可以先将第二筒体卸下装入砂土试样后再装回，这样操作起来既简便又方便快捷。

进一步的，导水管两端分别连接在所述第二筒体上端部侧壁上设置的出水孔和所述溢水槽侧壁上设置的出水孔。

进一步的，第二筒体的底端位于所述溢水槽内的中部位置。

进一步的，变水头法测量渗透系数装置还包括支架，所述支架设置在第一筒体的底部。

进一步的，变水头法测量渗透系数装置还包括排水容器，所述排水容器为一筒状体，该筒状体的底面设有一排水口，所述第一筒体、第二筒体、溢水槽和支架均位于所述排水容器内，这样可以方便观察流经砂土试样的水的流出，从而使试验数据准确。

附图说明

图1是本发明的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，第一筒体2、第二筒体7、支架5和溢水槽8设置在排水容器1内，试验开始时，首先将支架5放置在排水容器1内，将第一筒体2放置在支架5上，在第二筒体7底端放入与其相匹配的滤板4，然后将待测试样装入第二筒体7内，试样上方再放入另一滤板4，然后将第二筒体7的上端口通过弹性橡皮管3和第一筒体2的底面开孔密封连接起来，接着通过导水管10将第二筒体7上端侧壁上的出水孔连接到压差传感器9的一端，压差传感器9的另一端通过导水管10连接到溢流槽8侧壁上的出水孔。接着向溢水槽8中注满水，向第一筒体2中也灌注水，直到观察到溢水槽8中不再有气泡冒出，预排水过程结束。继续向第一筒体2中注水，使水头升至预定高度，当排水口6有水流出时试验开始，记录试验开始时压差传感器9采集的数据包括水压差p₀和时间t₀，经过一定时间渗流后，第一筒体内的水头下降后，记录压差传感器9采集的数据包括水压差p和时间t₁，根据压强公式p＝ρgh得出t₀、t₁时刻的H₀、H，变换起始水位高度，重复试验5-6次，当开始水头不同高度下测定的渗透系数在允许差值范围内时结束试验。

第一筒体直径为第二筒体直径的n倍，若第二筒体的截面积为a，则第一筒体的截面积为n²a，L为试样的长度，则经过dt时段后，第一筒体内水位下降dh，那么dt时间内流入试样的水量为：

dQ＝-n²adh

根据达西定律dt时间内流出试样的渗流量为

dQ = kiadt = k \frac{h}{L} adt

根据流入量和流出量相等则：

- n^{2} adh = k \frac{h}{L} adt

dt = - \frac{n^{2} aLdh}{kah}

t_{1} - t_{0} = \frac{n^{2} aL}{ka} 1 n \frac{H_{0}}{H}

则渗透系数计算公式：

k = \frac{n^{2} aL}{a (t_{1} - t_{0})} \ln \frac{H_{0}}{H}

需要说明的是，上述实施方式中因不需肉眼观察水头高度，所以第一筒体和第二筒体的材料可以是透明的也可以是不透明的。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims

1.一种变水头法测量渗透系数装置，其特征在于：包括第一筒体、第二筒体和溢水槽；所述第一筒体底面上设有一开孔，所述第二筒体的上端口与所述开孔匹配的连接在一起；所述第二筒体的底端设置在所述溢水槽内，且该第二筒体的底面上设有溢水孔；所述第二筒体的上端部与所述溢水槽之间通过一导水管连通，该导水管上设置有压差传感器。

2.根据权利要求1所述的变水头法测量渗透系数装置，其特征在于：第一筒体的直径大于第二筒体的直径。

3.根据权利要求1所述的变水头法测量渗透系数装置，其特征在于：所述开孔与第二筒体上端口之间通过橡皮管密封连接。

4.根据权利要求1所述的变水头法测量渗透系数装置，其特征在于：所述导水管的两端分别与第二筒体上端部侧壁上设置的出水孔和溢水槽侧壁上设置的出水孔连接。

5.根据权利要求1所述的变水头法测量渗透系数装置，其特征在于：第二筒体的底端设置在所述溢水槽内的中部位置。

6.根据权利要求1所述的变水头法测量渗透系数装置，其特征在于：变水头法测量渗透系数装置还包括支架，所述支架设置在第一筒体的底部。

7.根据权利要求6所述的变水头法测量渗透系数装置，其特征在于：变水头法测量渗透系数装置还包括排水容器，所述排水容器为一筒状体，该筒状体的底面设有一排水口，所述第一筒体、第二筒体、溢水槽和支架均设置在所述排水容器内。