CN106442267A

CN106442267A - 一种已成型试件渗透系数的测量装置及其使用方法

Info

Publication number: CN106442267A
Application number: CN201610914544.8A
Authority: CN
Inventors: 李振华; 杜锋; 韩学锋; 周甲富
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2016-10-20
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2036-10-20
Also published as: CN106442267B

Abstract

本发明属于地质渗透研究领域，涉及一种渗透系数的测量装置及其使用方法。一种已成型试件渗透系数的测量装置，包括渗透仪、储水罐、压力变速器、信号采集仪、计算机、高压气罐;所述渗透仪，包括试件盛装筒，底座套筒与压紧装置。本发明提供了一种已成型试件渗透系数的测量装置及其使用方法，其中包括一种可在实验室内测定已成型试件渗透系数的渗透仪，渗透仪使用过程中可防止侧壁渗漏、侧表面的溢流的发生，使得本发明具有缩短试验周期，提高试验效率，密封性好，易于操作、试验数据准确的优点。

Description

一种已成型试件渗透系数的测量装置及其使用方法

技术领域

本发明属于地质渗透研究领域，涉及一种渗透系数的测量装置及其使用方法。

背景技术

渗透系数是表示岩土透水性能的数量指标，亦称水力传导度，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。常规渗透仪仅适用于粒状土渗透系数的测定,土样先松散装入渗透仪，而后锤击到一定位置,没有考虑侧壁渗漏问题，对于已成型试件不适用，并且水流总是沿最大流量的方向流动，所有影响渗透系数的因素中，试件与套筒侧壁之间的渗漏是最大的问题，再者试件边缘空隙率大于其内部空隙率,还需解决试件侧表面的溢流。此外常规渗透仪靠抬高供水容器的高度来提高渗透压力，可提供的渗透压力较小，测试时间长。

发明内容

本发明所解决的技术问题是渗透仪使用过程中侧壁渗漏、侧表面的溢流的问题，以及现有渗透仪渗透压力较小，测试时间长并且对于已成型试件不适用的问题。

为解决所述问题，本发明所采用的技术方案为:

一种已成型试件渗透系数的测量装置，包括渗透仪1、储水罐3、压力变速器4、信号采集仪6、计算机8、高压气罐10，所述渗透仪1通过通水管路2与储水罐3相连通，所述通水管路2上设置有压力变速器4，所述压力变送器4通过导线5与信号采集仪6连接；所述信号采集仪6通过数据线7与计算机8相连接，所述储水罐3通过液压管9与高压气罐10相连通，所述高压气罐10的出口位置配置有减压阀11；所述渗透仪1，包括试件盛装筒12，底座套筒13与压紧装置14。

进一步，所述试件盛装筒12，包括盛装筒15，上螺纹盖16，下螺纹盖17，密封螺栓18，注胶装置19；所述盛装筒15，其内径大于已成型试件的直径，其上部设置有3个均匀分布的螺纹孔20，下部设置有一个螺纹孔21，且盛装筒15上下均设置有内螺纹，用于配合上螺纹盖16和下螺纹盖17；所述上螺纹盖16和下螺纹盖17的中间均设置有通孔，所述密封螺栓18共3支，围绕盛装筒15的上部均匀分布.

进一步，所述注胶装置19，由止回开关22与盛胶管23通过螺纹连接而成；所述止回开关22一端用于连接高压气体源，一端与盛胶管23通过螺纹连接；所述盛胶管23的另一端配合于盛装筒15下部设置螺纹孔21处。

进一步，所述底座套筒13，由上下两部分通过螺纹连接而成；上半部分由第一圆柱筒25、第二圆柱筒26与带有孔的圆形片27焊接而成；所述第一圆柱筒25的侧面开设有方形槽29，并焊接有3个均匀分布的旋转支座30；所述第二圆柱筒26的下部设置有内螺纹，侧面设置有一螺纹孔并配合有进水开关31；下半部分是底盖28，底盖28设置有外螺纹，能与所述圆柱筒26下部设置的内螺纹配合；所述圆形片27、第二圆柱筒26与底盖28构成储水腔。

进一步，所述压紧装置14包括压紧手柄32与压紧臂33，其中压紧手柄32通过螺栓34连接到底座套筒13上部设置的旋转支座30上，压紧臂33通过螺栓35连接到压紧手柄32上。

一种已成型试件渗透系数的测量装置的使用方法，利用如权利要求1-5任意一项所述的一种已成型试件渗透系数的测量装置，按如下步骤进行：

（S1）试件盛装筒的组装及密封：已成型试件37侧边面涂有密封胶，放入盛装筒15，已成型试件37上下放置密封圈，旋紧上螺纹盖16和下螺纹盖17，使得已成型试件37固定且密封良好；先将密封胶装入注胶装置19，然后向注胶装置19充入高压气体，直至盛装筒15上部的螺纹孔20有胶体溢出，把缠绕有生胶带的密封螺栓18旋进螺纹孔20内进行密封；

（S2）渗透仪的组装及注水密封：试件盛装筒12与底座套筒13连接,通过进水开关31向储水腔44内注水灌满，依次将密封圈与试件盛装筒12放入底座套筒13中，并用压紧装置14压紧；

（S3）已成型试件渗透系数的测量装置的安装及测试：将渗透仪1与储水罐3、压力变速器4、信号采集仪6、计算机8、高压气罐10连接，打开电源，打开进水开关31，调节减压阀11，及时观察压力变送器4上的读数，保证读数维持在0.2MPa左右，将压力变送器4上的读数调整，关闭减压阀11，调节信号采集仪6，设定合适的采集时间间隔△t；在此过程中还要用温度计测记通水管路2的水温T，试验完成后重新打开减压阀11，改变压力变送器4上的读数，再次采集水压变化值，重复试验4-5次；

（S4）已成型试件渗透系数的测量装置的数据收集：信号采集仪6采集时间间隔为△t,压力变送器4上前读数为P₁，压力变送器4后读数为P₂，通水管路2的断面积为a,已成型试件37高度为L,已成型试件37的断面积为A ；可通过达西定律推导出计算试件的渗透系数的计算公式：

，式中为水温为T℃时试件37的渗透系数；

（S5）数据分析与处理。

本发明提供了一种已成型试件渗透系数的测量装置及其使用方法，其中包括一种可在实验室内测定已成型试件渗透系数的渗透仪，渗透仪使用过程中可防止侧壁渗漏、侧表面的溢流的发生，使得本发明具有缩短试验周期，提高试验效率，密封性好，易于操作、试验数据准确的优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中渗透仪的结构示意图。

图3为本发明中试件盛装筒的组装示意图。

图4为本发明中注胶装置的组装示意图。

图5为本发明中底座套筒的组装示意图。

图6为本发明中压紧装置的结构示意图。

图7为本发明中压紧装置的功能演示图。

图8为本发明中试件盛装筒组装示意图。

图9为本发明中注胶装置组装示意图。

图10为本发明中试件盛装筒的剖面图。

图11为本发明的使用方法操作演示图。

图12为本发明的使用方法操作演示图。

图13为本发明中试件盛装筒的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，一种已成型试件渗透系数的测量装置，包括渗透仪1，所述渗透仪1通过通水管路2与储水罐3相连通，其中，所述通水管路2上设置有压力变速器4；所述压力变送器4为数显式压力变送器且通过导线5与信号采集仪6连接；所述信号采集仪6通过数据线7与计算机8相连接，用于及时采集、储存信息；所述储水罐3通过液压管9与高压气罐10相连通，其中，所述高压气罐10的出口位置配置有减压阀11，以对气压的输出值进行控制，高压气罐10输出的高压气体能增加通水管路2输出的水压力值。

所述渗透仪1，如图2所示，包括试件盛装筒12，底座套筒13与压紧装置14；

所述试件盛装筒12用来盛装已成型试件，如图3所示，包括盛装筒15，上螺纹盖16，下螺纹盖17，密封螺栓18，注胶装置19；所述盛装筒15，其内径略大于已成型试件的直径，其上部设置有3个均匀分布的螺纹孔20，下部设置有一个螺纹孔21，且盛装筒15上下均设置有内螺纹，用于配合上下螺纹盖16、17；所述上下螺纹盖16、17中间均设置有通孔；所述密封螺栓18共3支，围绕盛装筒15的上部均匀分布。

所述注胶装置19，如图4所示，,由止回开关22与盛胶管23通过螺纹连接而成，可拆卸以便于清理；所述止回开关22一端用于连接高压气体源，一端与盛胶管23通过螺纹连接；所述盛胶管23用来盛装胶体，如密封胶、玻璃胶等，其一端配合于盛装筒15下部设置螺纹孔21处。

所述底座套筒13，如图5所示，由上下两部分通过螺纹连接而成；上半部分由圆柱筒25、26与带有孔的圆形片27焊接而成；所述圆柱筒25，其侧面开设有方形槽29，并焊接有3个均匀分布的旋转支座30；所述圆柱筒26的下部设置有内螺纹，侧面设置有一螺纹孔并配合有进水开关31；下半部分是底盖28；所述底盖28设置有外螺纹，能与所述圆柱筒26下部设置的内螺纹配合；所述圆形片27、圆柱筒26与底盖28构成储水腔。

所述压紧装置14，如图6所示，包括压紧手柄32与压紧臂33，其中压紧手柄32通过螺栓34连接到底座套筒13上部设置的旋转支座30上，压紧臂33通过螺栓35连接到压紧手柄32上；所述压紧手柄32与压紧臂33组成的压紧装置14，其可通过螺栓34，35与旋转支座30之间的配合实现张开与闭合；如图7所示，所述螺栓34、35在竖直方向上不共线，具有一定角度的偏差，以实现自动扣紧的功能，压紧装置14能将试件盛装筒12牢牢固定在底座套筒13上。

一种已成型试件渗透系数的测量装置的使用方法，其包括：

(1)如图8所示，将下螺纹盖17旋进盛装筒15的下部并将下密封圈36放置在下螺纹盖17上，然后依次放入已成型试件37与上密封圈38，最后将上螺纹盖16旋进盛装筒15的上部，其中，所述已成型试件37侧边面涂有密封胶；所述密封圈36、38均具有一定厚度且有较好的弹性，其外缘半径与通孔尺寸均与上下螺纹盖16、17的外螺纹半径与通孔尺寸相同。通过旋紧上下螺纹盖16、17，在密封圈36、38的形变下能将试件37牢牢固定于盛装筒15内，并具有良好的密封。如图3、4、9、10所示，将密封胶装入注胶装置19的盛胶管23内，拧上止回开关22，并将其带外螺纹的一端旋进盛装筒15下部设置的螺纹孔21内，然后将注胶装置19带有止回开关22的一端与外部的高压气源接通，向注胶装置19充入高压气体。注胶装置19内的密封胶41在高压气体的带动下会填充已成型试样37与盛装筒15内壁39之间的缝隙40，其中，所述缝隙40内已在步骤（1）中带有少许密封胶；继续向注胶装置19内充入高压气体，直至盛装筒15上部的螺纹孔20有胶体41溢出，如图11所示，然后依次将密封螺栓18旋进螺纹孔20内，其中密封螺栓18上缠绕有生胶带，以更好的密封螺纹孔20。待盛装筒15上部的3个螺纹孔20均旋进密封螺栓18并密封后，继续向注胶装置19内充入高压气体，直至密封胶41完全充实缝隙40。此做法是为了解决了已成型试件37与盛装筒15内壁之间的渗漏问题；更进一步的，胶体41在高压气体的作用下会填充已成型试件37的边缘空隙，解决了已成型试件37侧表面的溢流问题。

（2）如图1、12、13所示，将步骤（1）中装配好的试件盛装筒12放置一段时间，将底座套筒13按图1所示连接好，然后打开进水开关31，向所述由圆形片27、圆柱筒26与底盖28构成储水腔44充水至方形槽29的下缘，关闭进水开关31，然后依次将密封圈42与试件盛装筒12放入底座套筒13中，并用压紧装置14压紧，此时试件盛装筒12底部的空腔43在试件盛装筒12放入到底座套筒13中的过程中逐渐充满水，空腔43中的空气也将被逐渐排出，储水腔44中的水与试件37的底部直接接触。值得注意的是，所述密封圈42，其同样的具有一定厚度，有较好的弹性，并设有通孔，在压紧装置14的作用下，通过密封圈42的形变，试件盛装筒12的底部与底座套筒13紧密接触，实现良好的密封。

（3）打开电源，参照图1所示，打开进水开关31，调节减压阀11，及时观察压力变送器4上的读数，保证读数维持在0.2MPa左右。根据试件37的密实程度，将压力变送器4上的读数调整到比较高的示数，如0.5MPa，关闭减压阀11，调节信号采集仪6，设定合适的采集时间间隔△t。在此过程中还要用温度计测记通水管路2的水温T。试验完成后重新打开减压阀11，改变压力变送器4上的读数，再次采集水压变化值，重复试验4-5次。本发明通过提高输入渗透仪1的水压来加速试验过程，提高试验效率，节省试验时间。

（4）设信号采集仪6采集时间间隔为△t（s）,压力变送器4上前读数为P1(MPa)，压力变送器4后读数为P2(MPa)，通水管路2的断面积为a(cm2),已成型试件37高度为L（cm）,已成型试件37的断面积为A (cm2)；可通过达西定律推导出计算试件的渗透系数的计算公式，

式中为水温为T℃时试件37的渗透系数（）。

（5）数据分析与处理

按下式可计算温度为20℃时试件37的渗透系数：

式中为水温为20℃时试件37的渗透系数（），为水温为T℃时试件37的渗透系数（），为水温为T℃时水的动力粘滞系数（），为水温为20℃时水的动力粘滞系数（），和可以通过规范中的相关表格查到；将测得的几个渗透系数中较接近的几个，求其算术平均值，此平均值即为试件37的渗透系数。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种已成型试件渗透系数的测量装置，其特征在于，包括渗透仪（1）、储水罐（3）、压力变速器（4）、信号采集仪（6）、计算机（8）、高压气罐（10），所述渗透仪（1）通过通水管路（2）与储水罐（3）相连通，所述通水管路（2）上设置有压力变速器（4），所述压力变送器（4）通过导线（5）与信号采集仪（6）连接，所述信号采集仪（6）通过数据线（7）与计算机（8）相连接，所述储水罐（3）通过液压管（9）与高压气罐（10）相连通，所述高压气罐（10）的出口位置配置有减压阀（11）；所述渗透仪（1），包括试件盛装筒（12），底座套筒（13）与压紧装置（14）。

2.如权利要求1所述的一种已成型试件渗透系数的测量装置，其特征在于，所述试件盛装筒（12），包括盛装筒（15），上螺纹盖（16），下螺纹盖（17），密封螺栓（18），注胶装置（19）；所述盛装筒（15）用于盛装已成型试件，其上部设置有3个均匀分布的螺纹孔（20），下部设置有一个螺纹孔（21），且盛装筒（15）上下均设置有内螺纹，用于配合上螺纹盖（16）和下螺纹盖（17）；所述上螺纹盖（16）和下螺纹盖（17）的中间均设置有通孔，所述密封螺栓（18）共3支，与螺纹孔（20）配合，围绕盛装筒（15）的上部均匀分布。

3.如权利要求2所述的一种已成型试件渗透系数的测量装置，其特征在于，所述注胶装置（19），由止回开关（22）与盛胶管（23）通过螺纹连接而成；所述止回开关（22）一端用于连接高压气体源，一端与盛胶管（23）通过螺纹连接；所述盛胶管（23）的另一端配合于盛装筒（15）下部设置螺纹孔（21）处。

4.如权利要求1所述的一种已成型试件渗透系数的测量装置，其特征在于，所述底座套筒（13），由上下两部分通过螺纹连接而成；上半部分由第一圆柱筒（25）、第二圆柱筒（26）与带有孔的圆形片（27）焊接而成；所述第一圆柱筒（25）的侧面开设有方形槽（29），并焊接有3个均匀分布的旋转支座（30）；所述第二圆柱筒（26）的下部设置有内螺纹，侧面设置有一螺纹孔并配合有进水开关（31）；下半部分是底盖（28），底盖（28）设置有外螺纹，能与所述圆柱筒（26）下部设置的内螺纹配合；所述圆形片（27）、第二圆柱筒（26）与底盖（28）构成储水腔。

5.如权利要求1所述的一种已成型试件渗透系数的测量装置，其特征在于，所述压紧装置（14）包括压紧手柄（32）与压紧臂（33），其中压紧手柄（32）通过螺栓（34）连接到底座套筒（13）上部设置的旋转支座（30）上，压紧臂（33）通过螺栓（35）连接到压紧手柄（32）上。

6.一种已成型试件渗透系数的测量装置的使用方法，其特征在于，利用如权利要求1-5任意一项所述的一种已成型试件渗透系数的测量装置，按如下步骤进行：

（S1）试件盛装筒的组装及密封：已成型试件（37）侧边面涂有密封胶，放入盛装筒（15），已成型试件（37）上下放置密封圈，旋紧上螺纹盖（16）和下螺纹盖（17），使得已成型试件（37）固定且密封良好；先将密封胶装入注胶装置（19），然后向注胶装置（19）充入高压气体，直至盛装筒（15）上部的螺纹孔（20）有胶体溢出，把缠绕有生胶带的密封螺栓（18）旋进螺纹孔（20）内进行密封；

（S2）渗透仪的组装及注水密封：试件盛装筒(12)与底座套筒(13)连接,通过进水开关（31）向储水腔（44）内注水灌满，依次将密封圈与试件盛装筒（12）放入底座套筒（13）中，并用压紧装置（14）压紧；

（S3）已成型试件渗透系数的测量装置的组装及测试：将渗透仪（1）与储水罐（3）、压力变速器（4）、信号采集仪（6）、计算机（8）、高压气罐（10）连接，打开电源，打开进水开关（31），调节减压阀（11），及时观察压力变送器（4）上的读数，保证读数维持在0.2MPa左右，将压力变送器（4）上的读数调整，关闭减压阀（11），调节信号采集仪（6），设定合适的采集时间间隔△t；在此过程中用温度计测记通水管路（2）的水温T，试验完成后重新打开减压阀（11），改变压力变送器（4）上的读数，再次采集水压变化值，重复试验4-5次；

（S4）已成型试件渗透系数的测量装置的数据收集：信号采集仪（6）采集时间间隔为△t，压力变送器（4）上前读数为P₁，压力变送器（4）后读数为P₂，通水管路（2）的断面积为a，已成型试件（37）高度为L，已成型试件（37）的断面积为A；可通过达西定律推导出计算试件的渗透系数的计算公式：

，式中为水温为T℃时已成型试件（37）的渗透系数；

（S5）数据分析与处理。