CN107121369A - 一种全自动达西定律实验系统 - Google Patents

一种全自动达西定律实验系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107121369A
CN107121369A CN201710174256.8A CN201710174256A CN107121369A CN 107121369 A CN107121369 A CN 107121369A CN 201710174256 A CN201710174256 A CN 201710174256A CN 107121369 A CN107121369 A CN 107121369A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
darcy
permeability apparatus
pipe
overflow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710174256.8A
Other languages
English (en)
Inventor
赵玉红
张建丰
耿小江
张志昌
李鸿雁
孙晓庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201710174256.8A priority Critical patent/CN107121369A/zh
Publication of CN107121369A publication Critical patent/CN107121369A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

本发明涉及一种全自动达西定律实验系统,其特征在于:包括供水系统、渗透系统和数据采集处理系统;通过初始数值测量、水泵供水、水流渗透、数据采集和数据计算等步骤来实现该全自动达西定律实验系统的工作;通过该自动化的全程控制达西定律实验系统,极大的提高了数值测量的准确性和精度,提高了达西定律实验系统的实验效率。

Description

一种全自动达西定律实验系统
技术领域
本发明涉及土壤实验领域,尤其涉及一种全自动达西定律实验系统。
背景技术
达西定律又称渗透定律,公式为:
Q=KFI或
是指通过试样的渗透流量与试样横截面积及试样两端测压管水头差成正比,与试样的渗透途经成反比,比例系数为K(渗透系数)。达西定律是分析堤坝渗流计算和地下水渗流计算的理论基础。达西定律实验仪是专门用于验证达西定律、测定渗透系数的实验仪器。目前国内外普遍采用的一种达西定律实验仪,其方式为:实验仪为一整体构造,实验时外接水源,水体自上而下渗过试样,由测压管测出水压差。这种仪器的缺点是对渗流模型的数据采集和处理效率低下,测量的误差较大,试样的渗流效果的体现不出来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种全自动达西定律实验系统,能够解决一般的达西定律实验系统采用人工读数,自动化程度低,测量精度低的问题。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案为:一种全自动达西定律实验系统,其创新点在于:包括供水系统、渗透系统和数据采集处理系统;
所述供水系统包括供水槽、水泵、水箱、供水管a和溢流管a;所述水箱位于供水槽的上方,水箱内设置有一隔板在水箱内形成溢流槽a;水泵设置在供水槽内,水泵通过供水管a将供水槽内的水源泵送到位于供水槽上方的水箱内;所述溢流管a设置在溢流槽a的底端,溢流槽a内的水流通过溢流管a流向供水槽;
所述渗透系统包括渗透装置、供水管b、测压管、溢流槽b和溢流管b;所述渗透装置为透明圆柱有机玻璃;渗透装置的侧边的底端通过供水管b与水箱的底端相连;渗透装置的内壁底端设置有透水板,透水板的上方装有试样;渗透装置的顶端外壁上设置有溢流槽b和溢流管b,所述渗透装置与水箱之间具有高度差;所述测压管具有若干个且相隔等距设置在渗透装置的侧壁上与试样导通;
所述数据采集处理系统包括计算机、变频器、水位传感器、压力传感器和数据采集器;所述的变频器与计算机连接控制水泵抽水量;所述压力传感器设置在溢流管b出口的下方,压力传感可测得流出水分重量随时间的变化,可换算出渗透流量;所述水位传感器具有若干个分别安装在渗透装置与各测压管平行的测孔内;水位传感器与压力传感器通过数据线与数据采集器相连;数据采集器与计算机相连。
进一步的,所述水箱在竖直方向上高度可调;
进一步的,所述压力传感器上面设置有烧杯,收集溢出管b流出的水量;
进一步的,所述的水流方向自下而上渗透试样,便于排气,提高渗透效率;
进一步的,该全自动达西定律实验系统的工作方法具体如下:
S1:将渗透装置的过滤板上放置一层铜纱网,铜纱网粒径小于试样粒径,然后将试样装入渗透装置内,并将压力传感器安装在渗透装置与测压管平行的的测孔内,并将水箱调节到渗透装置上的一定高度。
S2:初始数值测量:测量出渗透装置各测压管之间的距离记做L,渗透装置的截面积记做F;
S3:水泵供水:通过计算机控制变频器来控制水泵抽水量,将供水槽内的水流由经过供水管a供给到水箱中,并将水箱灌满水保证水位稳定且溢出的水流经过溢流槽a与溢流管a流向供水槽;
S4:水流渗透:在水泵的不间断工作下,保证水箱水位的稳定,水箱中水流经过供水管b流向渗透装置且通过渗透装置底端的透水板渗入试样,直至渗透装置顶部溢水,溢水槽b内的溢水管b溢水;
S5:数据采集:在达西定律软件上设定渗透时间,计算机记录下水位传感器数据H1、H2、H3、H4和压力传感器数据W,可测出时段T内流出水量,可计算出流量
S6:数据计算:根据达西定律公式用数据采集器采集的水位数据H1、H2、H3、H4、流出水量W和渗透时间T,以及已知的初值L和F值,可计算出单位时间内的渗透流量Q;计算水位差H2-H1、H3-H2、H4-H3;计算渗透系数K值;并计算相对应的渗透速度V值和水力坡度I值;
S7:调节三次水箱高度,进行渗透实验,计算三次实验所得渗透系数K1、K2和K3,取平均值为K;用三次实验所得的V1、V2、V3和I1、I2、I3,作V-I关系线,看是否为直线,验证达西线性定律。
本发明的优点在于:
1)取代了传统仪器直接连接水源,从而解决了实验场地对水源的要求,占地面积小,水源可以重复使用,极大的节省了水资源。
2)通过自动化的全程控制达西定律实验系统,极大的提高了数值测量的准确性和精度,提高了达西定律实验系统的实验效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的全自动达西定律实验系统的示意图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示的一种全自动达西定律实验系统,包括供水系统1、渗透系统2和数据采集处理系统3。
供水系统1包括供水槽11、水泵12、水箱13、供水管a14和溢流管a16;所述水箱13位于供水槽11的上方,水箱内设置有一隔板在水箱13内形成溢流槽a15;水泵12设置在供水槽11内;水泵12通过供水管a14将供水槽11内的水源泵送到位于供水槽11上方的水箱13内;所述溢流管a16设置在溢流槽a15的底端,溢流槽a15内的水流通过溢流管a16流向供水槽11。
渗透系统2包括渗透装置21、供水管b22、测压管23、溢流槽b24和溢流管b25;所述渗透装置21为透明圆柱有机玻璃;渗透装置21的侧边的底端通过供水管b22与水箱13的底端相连;渗透装置21的内壁底端设置有透水板26,透水板26的上方设置有试样27;渗透装置21的顶端外壁上设置有溢流槽b24和溢流管b25,所述渗透装置21与水箱13的之间具有高度差;所述测压管23具有若干个且相隔等间距设置在渗透装置21的侧壁上与土样27导通。
数据采集处理系统3包括计算机31、变频器32、水位传感器35、压力传感器33和数据采集器34;所述变频器32与计算机31相连控制水泵12抽水量;所述压力传感器33设置在溢流管b25的出口处,压力传感器33通过特定频率读数可测得流出水分重量随时间的变化,可换算出渗透流量;所述水位传感器35具有若干个分别安装在渗透装置与各测压管平行的测孔内;水位传感器35与压力传感器33通过数据线与数据采集器34相连;数据采集器34与计算机相连31。
水箱13在竖直方向上高度可调。
压力传感器33上面设置有烧杯,收集溢出管b25流出的水量。
水流方向自下而上渗透试样,便于排气,提高渗透效率。
该全自动达西定律实验系统的工作方法具体如下:
S1:将渗透装置21的过滤板26上放置一层铜纱网,铜纱网粒径小于试样粒径,然后将试样装入渗透装置21内,并将水位传感器35安装在渗透装置21与测压管平行的的测孔内。
S2:初始数值测量:测量出渗透装置21距与测压管之间的距离记做L,渗透装置21的截面积记做F;
S3:水泵供水:通过计算机31控制变频器32来控制水泵12抽水量,将供水槽11内的水流由经过供水管a14供给到水箱13中,并将水箱13灌满水保证水位稳定且溢出的水流经过溢流槽a15与溢流管a16流向供水槽11。
S4:水流渗透:在水泵12的不间断工作下,保证水箱13水位的稳定,水箱13中水流经过供水管b22流向渗透装置21且通过渗透装置21底端的透水板26渗向试样27,便于排气,确保水流在试样中的渗透直至渗透装置21顶部溢水,溢水槽b24内的溢水管b25溢水;
S5:数据采集:在达西定律软件上设定渗透时间,计算机记录下水位传感器35数据H1、H2、H3、H4和压力传感器33数据W,可测出时段T内流出水量,可计算出流量
S6:数据计算:根据达西定律公式用数据采集器34采集的水位数据H1、H2、H3、H4、流出水量W和渗透时间T,以及已知的初值L和F值,可计算出单位时间内的渗透流量Q;计算水位差:H2-H1、H3-H2、H4-H3,计算渗透系数K值;并计算相对应的渗透速度V值和水力坡度I值;
S7:调节三次水箱13高度,进行渗透实验,计算三次实验所得渗透系数K1、K2和K3,取平均值为K;用三次实验所得的V1、V2、V3和I1、I2、I3,作V-I关系线,看是否为直线,验证达西线性定律。
本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种全自动达西定律实验系统,其特征在于:包括供水系统、渗透系统和数据采集处理系统;
所述供水系统包括供水槽、水泵、水箱、供水管a和溢流管a;所述水箱位于供水槽的上方,水箱内设置有一隔板在水箱内形成溢流槽a;水泵设置在供水槽内,水泵通过供水管a将供水槽内的水源泵送到位于供水槽上方的水箱内;所述溢流管a设置在溢流槽a的底端,溢流槽a内的水流通过溢流管a流向供水槽;
所述渗透系统包括渗透装置、供水管b、测压管、溢流槽b和溢流管b;所述渗透装置为透明圆柱有机玻璃;渗透装置的侧边的底端通过供水管b与水箱的底端相连;渗透装置的内壁底端设置有透水板,透水板的上方装有试样;渗透装置的顶端外壁上设置有溢流槽b和溢流管b,所述渗透装置与水箱之间具有高度差;所述测压管具有若干个且相隔等距设置在渗透装置的侧壁上与试样导通;
所述数据采集处理系统包括计算机、变频器、水位传感器、压力传感器和数据采集器;所述的变频器与计算机连接控制水泵抽水量;所述压力传感器设置在溢流管b出口的下方,压力传感器可测得流出水分重量随时间的变化,可换算出渗透流量;所述水位传感器具有若干个分别安装在渗透装置与各测压管平行的测孔内;水位传感器与压力传感器通过数据线与数据采集器相连;数据采集器与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的一种全自动达西定律实验系统,其特征在于:所述水箱在竖直方向上高度可调。
3.根据权利要求1所述的一种全自动达西定律实验系统,其特征在于:所述压力传感器上面设置有烧杯,收集溢出管b流出的水量。
4.根据权利要求1所述的一种全自动达西定律实验系统,其特征在于:所述的水流方向自下而上渗透试样,便于排气,提高渗透效率。
5.根据权利要求1所述的一种全自动达西定律实验系统,其特征在于:该全自动达西定律实验系统的工作方法具体如下:
S1:将渗透装置的过滤板上放置一层铜纱网,铜纱网粒径小于试样粒径,然后将试样装入渗透装置内,并将压力传感器安装在渗透装置与测压管平行的的测孔内,并将水箱调节到渗透装置上的一定高度。
S2:初始数值测量:测量出渗透装置各测压管之间的距离记做L,测量出渗透装置的横截面积记做F;
S3:水泵供水:通过计算机控制变频器来控制水泵抽水量,将供水槽内的水流由经过供水管a供给到水箱中,并将水箱灌满水保证水位稳定且溢出的水流经过溢流槽a与溢流管a流向供水槽;
S4:水流渗透:在水泵的不间断工作下,保证水箱水位的稳定,水箱中水流经过供水管b流向渗透装置且通过渗透装置底端的透水板渗入试样,直至渗透装置顶部溢水,从溢水槽b上的溢水管b溢水;
S5:数据采集:在达西定律软件上设定渗透时间T,计算机记录下水位传感器数据H1、H2、H3、H4和渗透时段T内流出水量W;
S6:数据计算:根据达西定律公式用数据采集器采集的水位数据H1、H2、H3、H4、流量水量W和渗透时间T,以及已知的初值L和F值,可计算出单位时间内的渗透流量Q;计算水位差H2-H1、H3-H2、H4-H3;计算渗透系数K值;并计算相对应的渗透速度V值和水力坡度I值;
S7:调节三次水箱高度,进行渗透实验,计算三次实验所得渗透系数K1、K2和K3,取平均值为K;用三次实验所得的V1、V2、V3和I1、I2、I3,作V-I关系线,看是否为直线,验证达西线性定律。
CN201710174256.8A 2017-03-22 2017-03-22 一种全自动达西定律实验系统 Pending CN107121369A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710174256.8A CN107121369A (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种全自动达西定律实验系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710174256.8A CN107121369A (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种全自动达西定律实验系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107121369A true CN107121369A (zh) 2017-09-01

Family

ID=59718121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710174256.8A Pending CN107121369A (zh) 2017-03-22 2017-03-22 一种全自动达西定律实验系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107121369A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108267563A (zh) * 2018-02-06 2018-07-10 山东交通学院 一种大型三维地质模型试验的供水装置及使用方法
CN108489558A (zh) * 2018-03-06 2018-09-04 河海大学 一种岸坡带渗流收集计量装置及计量方法
CN108593502A (zh) * 2018-05-07 2018-09-28 吉林建筑大学 一种地下水渗流模拟装置及监测方法
CN108593518A (zh) * 2018-04-23 2018-09-28 长安大学 透水铺装结构透水及衰变性能的测试装置及其工作方法
CN109115972A (zh) * 2018-08-01 2019-01-01 陈亚洲 一种获取地下水参数一维岩柱模拟水压自记数据实验装置
CN109269959A (zh) * 2018-11-15 2019-01-25 重庆大学 一种大型水位可控式土壤渗透系数测定装置及测定方法
WO2019153782A1 (zh) * 2018-02-12 2019-08-15 浙江大学 一种快速测定多种砂土渗透系数的装置及方法
CN111157425A (zh) * 2020-01-08 2020-05-15 华东交通大学 一种散粒体道砟渗透系数的测定装置及试验方法
CN112964611A (zh) * 2021-02-01 2021-06-15 攀枝花学院 离子型稀土堆浸渗流效率实时监测方法
CN113203671A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 长安大学 一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法
CN114813508A (zh) * 2022-04-18 2022-07-29 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 逐级加载作用下非连续等效渗透系数测试系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5832409A (en) * 1995-03-02 1998-11-03 Schlumberger Technology Corporation Automated gas permeameter
JP2003013434A (ja) * 2001-06-29 2003-01-15 Nitto Seiko Co Ltd 自動貫入試験機
CN101949818A (zh) * 2010-09-15 2011-01-19 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 岩土渗透特性的自动检测计量装置及方法
CN202583039U (zh) * 2012-03-29 2012-12-05 西安理工大学 达西渗透试验仪
CN203310727U (zh) * 2013-05-07 2013-11-27 长春工程学院 变水头渗透试验自动测试系统
CN105445165A (zh) * 2015-11-30 2016-03-30 中国地质大学(武汉) 一种自循环智能采集达西实验装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5832409A (en) * 1995-03-02 1998-11-03 Schlumberger Technology Corporation Automated gas permeameter
JP2003013434A (ja) * 2001-06-29 2003-01-15 Nitto Seiko Co Ltd 自動貫入試験機
CN101949818A (zh) * 2010-09-15 2011-01-19 上海岩土工程勘察设计研究院有限公司 岩土渗透特性的自动检测计量装置及方法
CN202583039U (zh) * 2012-03-29 2012-12-05 西安理工大学 达西渗透试验仪
CN203310727U (zh) * 2013-05-07 2013-11-27 长春工程学院 变水头渗透试验自动测试系统
CN105445165A (zh) * 2015-11-30 2016-03-30 中国地质大学(武汉) 一种自循环智能采集达西实验装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
叶为民 等: "新型多功能渗透仪与达西定律实验教学", 《实验室研究与探索》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108267563A (zh) * 2018-02-06 2018-07-10 山东交通学院 一种大型三维地质模型试验的供水装置及使用方法
WO2019153782A1 (zh) * 2018-02-12 2019-08-15 浙江大学 一种快速测定多种砂土渗透系数的装置及方法
CN108489558A (zh) * 2018-03-06 2018-09-04 河海大学 一种岸坡带渗流收集计量装置及计量方法
CN108593518A (zh) * 2018-04-23 2018-09-28 长安大学 透水铺装结构透水及衰变性能的测试装置及其工作方法
CN108593518B (zh) * 2018-04-23 2024-01-26 长安大学 透水铺装结构透水及衰变性能的测试装置及其工作方法
CN108593502A (zh) * 2018-05-07 2018-09-28 吉林建筑大学 一种地下水渗流模拟装置及监测方法
CN109115972A (zh) * 2018-08-01 2019-01-01 陈亚洲 一种获取地下水参数一维岩柱模拟水压自记数据实验装置
CN109269959A (zh) * 2018-11-15 2019-01-25 重庆大学 一种大型水位可控式土壤渗透系数测定装置及测定方法
CN111157425A (zh) * 2020-01-08 2020-05-15 华东交通大学 一种散粒体道砟渗透系数的测定装置及试验方法
CN112964611A (zh) * 2021-02-01 2021-06-15 攀枝花学院 离子型稀土堆浸渗流效率实时监测方法
CN112964611B (zh) * 2021-02-01 2024-04-05 攀枝花学院 离子型稀土堆浸渗流效率实时监测方法
CN113203671A (zh) * 2021-04-30 2021-08-03 长安大学 一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法
CN113203671B (zh) * 2021-04-30 2024-03-01 长安大学 一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法
CN114813508A (zh) * 2022-04-18 2022-07-29 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 逐级加载作用下非连续等效渗透系数测试系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107121369A (zh) 一种全自动达西定律实验系统
CN105158141B (zh) 一种可循环粗糙裂隙高速渗流试验装置
EP2725340A2 (en) Permeameter for in-situ measurement of saturated hydraulic conductivity
CN206339470U (zh) 泥石流拦砂坝坝基土横向渗透试验装置
CN103543095B (zh) 一种采矿废石堆体降雨入渗实验装置及方法
CN108318396A (zh) 尾矿坝渗流场相似模拟试验系统的试验方法
CN206223619U (zh) 一种水泥土渗透系数测试仪
CN202748295U (zh) 一种土料渗透特性智能测试系统
CN106644890A (zh) 一种室内土工试验中用于测量土样渗透系数的装置
CN206161492U (zh) 一种可实现变水压力作用的渗透装置
CN102324202A (zh) 自循环轴向、径向渗流达西定律实验仪
CN203821296U (zh) 一种无粘性土管涌破坏发展过程的模型试验装置
CN107421868A (zh) 基于完全非线性流动过程响应的非饱和土壤水分扩散度的测定方法
CN105259088A (zh) 一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的方法及装置
CN208902578U (zh) 一种渗流侵蚀试验系统
CN209069798U (zh) 一种达西渗透实验仪
CN207096048U (zh) 一种自循环式渗透仪改进装置
CN2718706Y (zh) 自循环达西定律实验仪
CN105651963A (zh) 岩心自吸毛管压力曲线测试装置、工作方法及控制器
CN205506572U (zh) 模拟承压水头升降的地基模型试验装置
CN106840990A (zh) 一种可实现变水压力作用的渗透装置
CN110208497A (zh) 一种便携式土壤给水度测试仪及测试方法
CN109060630A (zh) 一种渗流侵蚀试验系统及方法
CN107290260A (zh) 用于承压水渗流模型的水循环沙槽试验装置
CN103471978B (zh) 深厚覆盖层上的面板坝渗漏量监测结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170901