CN104359818B - 秸秆材料渗透系数测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种秸秆材料渗透系数测试系统，该系统包括水头测量装置、用于装载秸秆材料的胶膜管和秸秆渗透框体，所述水头测量装置包括上、下水头管刻度表和常水头供水装置；所述胶膜管的两端分别设有与胶膜管密封连接的第一盖板、第二盖板，所述第一盖板上设有与常水头供水装置的出水口连通的进水口、与上水头管刻度表连接的上水头连接口，所述第二盖板上设有与下水头管刻度表连接的下水头连接口和第一出水口，所述第一出水口设有流量计；所述胶膜管贯穿所述秸秆渗透框体，所述秸秆渗透框体内设有可沿秸秆渗透框体内壁上下移动的传压板，所述传压板紧贴胶膜管。该系统能测定不同密度的秸秆材料在“常水头”条件下的渗透系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种秸秆材料渗透系数测试系统，属于材料渗透系数测量技术领域。
背景技术
目前在地基处理领域，已有将秸秆材料作为排水体用于软土的排水固结，其排水固结的效果与秸秆材料的渗透系数密切相关，渗透系数又称水力传导系数，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，渗透系数愈大，则透水性愈强。而秸秆材料的渗透系数与其密度直接相关，因此不同密度下秸秆的渗透系数是秸秆材料排水固结法设计的重要参数。
对于渗透系数的测定装置，目前有土工试验中的“常水头法”渗透试验装置。常水头法渗透试验装置在整个试验过程中保持水头为一常数，其水头差也为常数，主要用于测定砂质土或无粘性土在常水头下的渗透系数。但常规的“常水头法”渗透试验装置并不适用于测定较长长度的秸秆材料（比如机械化收割后秸秆，其长度约40cm）的渗透系数，而且测定过程中不能控制秸秆的密度，因此对于测定这种具有较长长度的秸秆在不同密度下的渗透系数仍缺乏合适的测试装置。
发明内容
本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种能测定不同密度的秸秆材料在“常水头”条件下渗透系数的测试系统。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种秸秆材料渗透系数测试系统，包括水头测量装置、用于装载秸秆材料的胶膜管和秸秆渗透框体，所述水头测量装置包括上、下水头管刻度表和常水头供水装置；所述胶膜管的两端分别设有与胶膜管密封连接的第一盖板、第二盖板，所述第一盖板上设有与常水头供水装置的出水口连通的进水口、与上水头管刻度表连接的上水头连接口，所述第二盖板上设有与下水头管刻度表连接的下水头连接口和第一出水口，所述第一出水口设有流量计；所述胶膜管贯穿所述秸秆渗透框体，所述秸秆渗透框体内设有可沿秸秆渗透框体内壁上下移动的传压板，所述传压板紧贴胶膜管。
本发明在测试秸秆材料渗透系数时，首先将一定长度的秸秆材料包裹在胶膜管中，将胶膜管的两端分别与第一盖板与第二盖板紧密连接，形成密封的渗透系统。然后通过传压板给胶膜管加压，调节压力达到所需的秸秆密度并维持传压板不反弹，此时可计算出秸秆渗透断面面积。再通过外接水源向储水槽供水，储水槽的储水量恒定，多余的水通过溢流口流出，形成测试所需的恒定水头，上水头管和下水头管的液面高差通过上、下水头刻度表直接读出。最后，在上水头管和下水头管恒定的水头差条件下，固定时间段内计量所述第一出水口的渗透出水量，按达西渗透定律即可计算秸秆材料在该级密度条件下的渗透系数。
因此，本发明克服了传统“常水头法”渗透试验装置仅能测定砂质土或无粘性土在常水头下渗透系数的缺陷，通过压力加载装置调节秸秆密度，并通过秸秆渗透框体密封秸秆材料并保持秸秆材料一定的体积密度，这样就可以实现秸秆材料在常水头条件和不同密度下渗透系数的测定。
上述技术方案的进一步改进是：还包括压力加载装置，所述传压板由压力加载装置驱动沿秸秆渗透框体内壁上下移动。优选的，所述秸秆渗透框体顶部设有反力架，所述压力加载装置是设置在所述反力架与传压板之间的气压加载装置，所述气压加载装置包括气囊，所述气囊固接有活塞杆，所述气囊的气体入口与气源连接，所述活塞杆紧贴所述传压板，这样在气囊充气后可以依靠反力架提供的反力顶住活塞杆，从而压迫传压板对秸秆材料施加竖向荷载。
优选的，所述秸秆渗透框体是方形框架，所述方形框架的左右两侧与胶膜管之间均设有用于防止秸秆材料在所述传压板压迫下发生侧向变形的限压板。进一步的，所述限压板为有机玻璃板。
优选的，所述常水头供水装置包括储水槽以及用于固定储水槽的立柱，所述储水槽可沿立柱上下移动；所述储水槽上设有溢流口和第二出水口，所述第二出水口即为常水头供水装置的出水口。
优选的，所述第一盖板和第二盖板均为圆形盖板，所述胶膜管的两端分别通过圆形压圈紧箍在所述第一盖板和第二盖板上。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明实施例一的主视示意图。
图2是图1中胶膜管、秸秆渗透框体和压力加载装置的俯视图。
图3是图2的A-A向剖面图。
具体实施方式
实施例
本实施例的秸秆材料渗透系数测试系统，如图1-图3所示，包括水头测量装置、用于装载秸秆材料的胶膜管3、秸秆渗透框体16和压力加载装置1，水头测量装置包括上、下水头管刻度表10-1、10-2和常水头供水装置；胶膜管3的两端分别设有与胶膜管3密封连接的第一盖板17、第二盖板5，第一盖板17上设有与常水头供水装置的出水口连通的进水口7、与上水头管刻度表10-1连接的上水头连接口8，第二盖板5上设有与下水头管刻度表10-2连接的下水头连接口6和第一出水口4，第一出水口4处设有流量计。
本实施例中胶膜管3贯穿秸秆渗透框体16，秸秆渗透框体16内设有可沿秸秆渗透框体16内壁上下移动的传压板2，传压板2由压力加载装置1驱动。本实施例中压力加载装置1采用气压加载装置，秸秆渗透框体16顶部设有反力架1-2，气压加载装置在反力架16与压力板2之间，气压加载装置包括气囊，气囊固接有活塞杆1-1，气囊的气体入口与气源连接，活塞杆1-2紧贴传压板2。在使用时，将压缩空气通过气体入口注入到气囊，气囊内的压缩空气推动活塞杆1-1，活塞杆1-1顶在传压板2上利用反力架1-2提供的反力压迫传压板2施加竖向荷载。
本实施例中秸秆渗透框体是供胶膜管3穿过的方形框架（可采用钢制成），方形框架的左、右两侧与胶膜管3之间均设有用于限制秸秆材料在传压板2压迫下发生侧向变形的限压板15。本实施例中限压板15优选有机玻璃板，当然限压板15也可以采用其他刚性材料制成。
本实施例中常水头供水装置包括储水槽12以及用于固定储水槽12的立柱，本实施例中的立柱同时用于固定上、下水头管刻度表10-1、10-2，储水槽12可沿立柱上下移动；储水槽12上设有溢流口13和第二出水口12-1，其中第二出水口12-1即为常水头供水装置的出水口。本实施例将储水槽12与一个滑动调节块11固定，滑动调节块11沿立柱上下移动，并可在所需位置固定，这样可以通过滑动调节块方便地实现测试所需的不同水头高度。
本实施例可以作进一步改进：第一盖板17和第二盖板5均为圆形盖板，胶膜管3的两端分别通过圆形压圈9紧箍在第一盖板17和第二盖板5上。
本实施例的秸秆材料渗透系数测试系统在进行秸秆材料渗透系数测试时，首先将一定长度L的秸秆材料（秸秆材料的两端与限压板15的边缘对齐）包裹在胶膜管3中，将胶膜管3的两端分别用圆形压圈9箍设于第一盖板17和第二盖板5的圆周面上，形成密封的渗透系统。
其次，传压板2给置于限压板15中的胶膜管3中的秸秆材料加压，调节压力达到所需的秸秆密度并维持传压板2不反弹，此时可计算出秸秆渗透断面面积为A。
再次，通过外接水源向储水槽12供水，储水槽12的储水量恒定，多余的水通过溢流口13流出，通过滑动调节块11在立柱上移动调节储水槽12的高度，形成测试所需的恒定水头。储水槽12底部通过管路与进水口7相连，形成胶膜管3中上游的水力梯度，从上、下水头刻度表10-1、10-2直接读出上水头管和下水头管的液面高差h。
最后，在上水头管和下水头管恒定的水头差h下，固定时间段t内计量测量出口4的渗透出水量q，按达西渗透定律计算秸秆材料在该级密度条件下的渗透系数。
以此类推，继续增加压力加载装置1的出力，通过传压板2继续挤压秸秆材料达到下一级密度值，计算秸秆渗透截面积A，重复测读上水头管和、下水头管的水头差h并计量固定时间段t内测量出口4的出水量q，可以计算秸秆材料在该级压力及密度条件下的渗透系数。因此本实施例可方便地测定不同密度条件下秸秆材料的渗透系数。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种秸秆材料渗透系数测试系统，其特征在于：包括水头测量装置、用于装载秸秆材料的胶膜管和秸秆渗透框体，所述水头测量装置包括上、下水头管刻度表和常水头供水装置；所述胶膜管的两端分别设有与胶膜管密封连接的第一盖板、第二盖板，所述第一盖板上设有与常水头供水装置的出水口连通的进水口、与上水头管刻度表连接的上水头连接口，所述第二盖板上设有与下水头管刻度表连接的下水头连接口和第一出水口，所述第一出水口设有流量计；所述胶膜管贯穿所述秸秆渗透框体，所述秸秆渗透框体内设有可沿秸秆渗透框体内壁上下移动的传压板，所述传压板紧贴胶膜管；还包括压力加载装置，所述传压板由压力加载装置驱动沿秸秆渗透框体内壁上下移动。
2.根据权利要求1所述的秸秆材料渗透系数测试系统，其特征在于：所述秸秆渗透框体顶部设有反力架，所述压力加载装置是设置在所述反力架与传压板之间的气压加载装置，所述气压加载装置包括气囊，所述气囊固接有活塞杆，所述气囊的气体入口与气源连接，所述活塞杆紧贴所述传压板。
3.根据权利要求1所述的秸秆材料渗透系数测试系统，其特征在于：所述秸秆渗透框体是方形框架，所述方形框架的左右两侧与胶膜管之间均设有用于防止秸秆材料在所述传压板压迫下的侧向变形的限压板。
4.根据权利要求1所述的秸秆材料渗透系数测试系统，其特征在于：所述常水头供水装置包括储水槽以及用于固定储水槽的立柱，所述储水槽可沿立柱上下移动；所述储水槽上设有溢流口和第二出水口，所述第二出水口即为常水头供水装置的出水口。
5.根据权利要求3所述的秸秆材料渗透系数测试系统，其特征在于：所述限压板为有机玻璃板。
6.根据权利要求1-5之任一所述的秸秆材料渗透系数测试系统，其特征在于：所述第一盖板和第二盖板均为圆形盖板，所述胶膜管的两端分别通过圆形压圈紧箍在所述第一盖板和第二盖板上。
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