CN104819920A - 一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置，它包含渗透装置，该渗透装置包括定位支架(1)，供水瓶(2)和变水装置(3)，所述的定位支架(1)包含分别通过低温水槽单独控制并调节温度的上冷浴盘(11)和下冷浴盘(12)，所述的下冷浴盘(12)固定在底座(13)上，其上面固定有筒状的渗透容器(18)。本发明设计结构巧妙、简单新颖，性能可靠，操作方便。一方面可以正常进行室内冻融过程中温度水分，冻胀融沉量试验，另一方面，冻融试验结束后，在土样渗透系数的测定过程中，可最大程度地避免对土样产生扰动，确保试验结果的准确性。

Description

一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置
技术领域
本发明涉及的是土壤相关的试验设备加工制造领域，具体涉及一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置。
背景技术
土是一种由矿物颗粒构成的骨架被水和气体填充而形成的多相介质。当土体处于负温环境时，土中的水分就会凝固成冰，即发生冻结。冻结的过程也就是冰晶的析出过程，会使土颗粒发生位移产生冻胀。溶解时，冰融化成水，而留下的大空隙不能恢复成冻结前的细小空隙，导致土壤容重发生变化，渗透系数增大。对于冻融作用后土渗透系数定量的分析主要变水头渗透实验得到数据进行分析，所以，试验的结果的准确性对分析有很大的影响。随着试验的发展，对于正冻土或者正融土渗透系数的研究也变得十分需要，但目前还没有一种方法可以进行测量。
现有的技术方案：对经过冻融作用后土样进行取样，然后进行渗透实验；直接利用小体积土样进行冻融试验，然后再转移至渗透设备中进行渗透实验。这两者都在一定程度上对土样形成了扰动，并且土样再经过数次冻融试验后，会变得极为松软不便于取样和转移，同时这两种方法也不能很好的兼顾其他相关实验，比如：对于小体积土样，不能做冻融过程水分迁移和温度分布试验。
发明内容
本发明目的是提供一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。
为了解决背景技术中所存在的问题，它包含渗透装置，该渗透装置包括定位支架1，供水瓶2和变水装置3，所述的定位支架1包含分别通过低温水槽单独控制并调节温度的上冷浴盘11和下冷浴盘12，所述的下冷浴盘12固定在底座13上，其上面固定有筒状的渗透容器18，所述的渗透容器18内设有贴合其内壁并与之滑动配合的上冷浴盘11，该上冷浴盘11的上面安装有与之相连的压紧装置，该压紧装置通过安装在其四周的第一连杆14固定在底座13上，所述的上冷浴盘11上开设有出水口15，上排气口19和上冷却液输入口23以及上冷却液排出口24，所述的下冷浴盘12上开设有进水口16，下排气口17和下冷却液排出口25以及下冷却液排出口26，所述的进水口16上安装有第一导管4，所述第一导管4的另一端经过总阀7通过第二导管5和第三导管6分别与供水瓶2和变水装置3相连，所述的第二导管5上安装有第一阀门10，所述的第三导管6上安装有第二阀门8，所述渗透容器18的侧壁预留有数个间隙排列的孔181，该孔181内设有与之密封插接配合的各个传感器插头。
所述的变水装置3的一侧设有一根与之滑动调节并固定的支架31。
由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：设计结构巧妙、简单新颖，性能可靠，操作方便。一方面可以正常进行室内冻融过程中温度水分，冻胀融沉量试验，另一方面，冻融试验结束后，在土样渗透系数的测定过程中，可最大程度地避免对土样产生扰动，确保试验结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中渗透容器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
        实施例1
参看图1-2，一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置它包含渗透装置，该渗透装置包括定位支架1，供水瓶2和变水装置3，所述的定位支架1包含分别通过低温水槽单独控制并调节温度的上冷浴盘11和下冷浴盘12，所述的下冷浴盘12固定在底座13上，其上面固定有筒状的渗透容器18，所述的渗透容器18内设有贴合其内壁并与之滑动配合的上冷浴盘11，该上冷浴盘11的上面安装有与之相连的压紧装置，该压紧装置通过安装在其四周的第一连杆14固定在底座13上，所述的上冷浴盘11上开设有出水口15，上排气口19和上冷却液输入口23以及上冷却液排出口24，所述的下冷浴盘12上开设有进水口16，下排气口17和下冷却液排出口25以及下冷却液排出口26，所述的进水口16上安装有第一导管4，所述第一导管4的另一端经过总阀7通过第二导管5和第三导管6分别与供水瓶2和变水装置3相连，所述的第二导管5上安装有第一阀门10，所述的第三导管6上安装有第二阀门8，所述渗透容器18的侧壁预留有数个间隙排列的孔181，该孔181内设有与之密封插接配合的各个传感器插头，使其也可以进行常规的冻融试验，包括观测冻结过程中土样内部水分迁移，温度变化等，而这些数据的监测需要温度传感器和水分传感器插入到土体中获得，所以预留孔181是为了将相关的传感器插探头入到土体中。
所述的压紧装置包含位于上冷浴盘11上方的定位板9和固定板20，所述的定位板9和固定板20之间通过第二连杆21连接固定成一体，所述定位板9的底部两侧通过第一连杆14固定在底座13上，其中部设有与之间隙滑动配合的导向杆91，该导向杆91的底部穿过固定板20与上冷浴盘11的中部固定连接，所述定位板9与导向杆91之间通过扣件22连接固定，该扣件22用于冻融试验结束后固定上冷浴盘11，防止渗透实验过程中由于水的压力造成上冷浴盘11移动的现象，从而影响实验准确性。
所述的变水装置3的一侧设有一根与之滑动调节并固定的支架31。
        实施例2
将实施例1中所述的一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置它包含渗透装置进行变水头渗透实验操作，其具体的操作步骤如下：
1.冻融试验结束后，待土样融沉结束，用扣件22固定上冷浴盘，保证渗透实验过程上冷浴盘11不会因为水流压力产生移动；
2. 调整变水头装置3的高度使水头满足试验要求，然后关闭总阀7，打开第一阀门10和第二阀门8，通过变水装置3对供水水位进行测试，待水位达到后，关闭第二阀门8打开总阀7，由供水瓶2对土样a进行供水饱和，在饱和的过程中同时打开出水口15和下排气口17，水在进入土样a的过程中逐步排除渗透容器底部的空气，直至从出水口15溢出的水中无气泡，然后逐步关闭出水口15和下排气口17，继续供水12小时，使土样达到完全饱和状态；
3.在土样达到完全饱和状态后，关闭第一阀门10，打开第二阀门8通过变水装置3进行渗透系数的测定；
4.向变水头装置3内注入纯水，使水头升至预定高度，水头高度根据土样a结构的疏松程度，一般不应大于2m，待水位稳定后切断水源，打开第二阀门8和总阀7，使水通过土样a，同时打开出水口15但有水溢出出水口15并且水流稳定时开始测记变水头装置3的起始水头高度和起始时间，按预定时间间隔测记水头和时间的变化，并测记出水口15的水温；
5.将变水头装置3中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时间变化，重复试验5-6次,当不同开始水头下测定的渗透系数在允许差值范围内时，结束试验；变水头渗透实验的计算按以下公式：                                               
其中：
     a—变水头管的截面积 cm2
       l----水流途径（土样的高度）cm
       A----土样截面积  cm2
       H1----初始水头高度 cm
   H2-----终了水头高度  cm
6.变水头渗透实验结束后一次拆卸各个装置，可再次进行冻融试验，确保冻融试验的连续性和土样的完整性。
本实施例中因各种渗水问题导致实验数据偏差的解决方案：
1.由于本实施例中的变水头渗透实验所使用的一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置中的渗透容器18还需要考虑常规的冻融试验，因此其侧壁上预留有数个间隙排列的孔181，而这些孔181在操作的过程中易出现渗水的问题（即使各个传感探头不拔出，也会出现小量的渗水），不管出水量的大小都会严重的影响整个试验数据的准确性，针对于此，在保持各个传感探头不拔出的同时，渗透容器18的外面通过密封带和密封胶进行阻水，从而有效的保证了试验过程中，土样内部的水分没有流失；
2. 上冷浴盘11的圆周附近在渗透试验过程和冻结过程也会出现漏水，其解决方案是在上冷浴盘11外圆面的上下两侧分别嵌入安装4道圈密封圈，固定后的密封圈与渗透容器18的内壁为过盈配合，最后在密封圈上涂覆一层凡士林（减小摩擦，同时也可以起到一点的隔水作用）；
3.渗透实验过程中，上部还是会出现漏水，但是通过试验发现，当水位上升到一定高度后便不再发生变化，这时候再进行渗透试验，试验的数据才是准确的。同时，土样体积较大，所以在进行变水头渗透试验过程中，特别是前期为了使土样达到饱和，通过试验发现要进行大约12个小时的供水饱和，其实就是通过变水头装置持续对土样进行供水，大约12小时后才能进行渗透实验。
        对比例3
下面结合常规变水头渗透设备和实施例1中所述的渗透实验装置进行变水头渗透实验对比，本次对比测试所采用的土样为粉质粘土，其渗透系数范围为10-5~10-6 其具体的渗透系数参见表一；
表一.常规变水头渗透设备与一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置具体的渗透系数系数对比表
        
常规变水头渗透设备 一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置
2*10-5 3*10-5
2.6*10-5 3.6*10-5
由上表可以看出实施例1中的一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置与常规变水头渗透设备测试的渗透系数较为接近,从而证明了本渗透实验装置的可靠性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置，其特征在于它包含渗透装置，该渗透装置包括定位支架(1)，供水瓶(2)和变水装置(3)，所述的定位支架(1)包含分别通过低温水槽单独控制并调节温度的上冷浴盘(11)和下冷浴盘(12)，所述的下冷浴盘(12)固定在底座(13)上，其上面固定有筒状的渗透容器(18)，所述的渗透容器(18)内设有贴合其内壁并与之滑动配合的上冷浴盘(11)，该上冷浴盘(11)的上面安装有与之相连的压紧装置，该压紧装置通过安装在其四周的第一连杆(14)固定在底座(13)上，所述的上冷浴盘(11)上开设有出水口(15)，上排气口(19)和上冷却液输入口(23)以及上冷却液排出口(24)，所述的下冷浴盘(12)上开设有进水口(16)，下排气口(17)和下冷却液排出口(25)以及下冷却液排出口(26)，所述的进水口(16)上安装有第一导管(4)，所述第一导管(4)的另一端经过总阀(7)通过第二导管(5)和第三导管(6)分别与供水瓶(2)和变水装置(3)相连，所述的第二导管(5)上安装有第一阀门(10)，所述的第三导管(6)上安装有第二阀门(8)，所述渗透容器(18)的侧壁预留有数个间隙排列的孔(181)，该孔(181)内设有与之密封插接配合的各个传感器插头。
2.根据权利要求1所述的一种室内冻融设备的变水头渗透实验装置，其特征在于所述的变水装置(3)的一侧设有一根与之滑动调节并固定的支架(31)。
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