CN108344677A - 可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测试孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，该装置主要由砂土容器、滤网、测压板、稳压供水箱、水箱、水泵、升降支架、若干进水管、若干出水管以及若干开关阀门等组成。本发明使用方便，可同时测定孔隙度、给水度以及渗透系数等水文地质参数。可以进行定水头、不定水头情况下的达西渗流实验，并能在实验中做到水资源的循环利用，如能应用于水文地质研究中，作为教学仪器有助于学生更好理解孔隙度、给水度与各种水头变化下渗透性的测定原理；如能应用到生产实际中，可以很好地为土地利用、工程建设提供最佳的实施方案。
Description
技术领域
本发明涉及室内水文地质参数测定领域，具体是一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置。
背景技术
给水度、孔隙度及渗透系数是水文地质调查中不可或缺的参数，不仅能直观反应出该地区的水文地质情况，也是划分含隔水层不可忽略的重要因素。了解原位土壤的孔隙度、给水度以及渗透性可以为该地区的土壤利用提供最有力的方案，这对于现有的工程施工、基础建设以及农业用地等方面都有着不可忽视的作用。因此利用该装置在室内模拟不同水头差，不同流量作用下水流通过原位土壤的各种参数的测定情况，不仅有助于更加精确的测定其水文地质参数，让学生更加清楚的了解其测定原理，也更有利于全面的对含隔水层进行划分，为后期的用地方向提供最有力的方案。
目前，实验室中多利用达西仪测定渗透系数，用给水度仪测定孔隙度、给水度，或者一种仪器定水头测量渗透系数、给水度与孔隙度，无法满足水头的改变与给水度、孔隙度的同步测定，测量耗时，多次购买仪器价格昂贵且多占用实验用地，并且实验后的废水多直接由出水管排泄出下水管，无法做到实验用水的二次甚至多次利用，不利于环保。在此基础上，有必要研发出减少各项损耗，节约资源的实验仪器来满足实验要求的循环实验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置。
本发明提供一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于包括带有刻度标志的砂土容器，流量计、第一、第二、第三道、第四道阀门开关、水箱、供水箱、水泵、复数个测压连接管、带有刻度的测压管、测压管、复数个测压管接嘴刻度尺、滤网、计时器、升降支架、进水管、出水管以及连接管；
砂土容器底部有一出水孔连接一出水管，并接第一道阀门，阀门处连接第一个流量计，砂土容器下部滤网的左下方有一带刻度的测压管，砂土容器右侧自上而下通过复数测压连接管接嘴，每个测压管接嘴分别通过一测压连接管与测压板上的一个测压管连接，砂土容器上方滤网的上部通过连接管连接一进水管，并在进水管上设第二道阀门，阀门开关处连接第二个流量计，进水管左侧与一稳压供水箱相连；供水箱置于一升降支架中，支架上方设有平行于砂土容器的横梁，横梁中间套有定滑轮，滑轮左侧通过钢丝绳连接升降装置控制把手，滑轮右侧通过钢丝绳与供水箱中间的挡板上方圆孔相连(图中未显示)，挡板的右侧为稳压供水箱的主缸，其下部有一进水圆孔，进水圆孔通过连接管连接一进水管，并在连接管上设第三道阀门，进水管与水箱中的水泵相连，挡板左侧为溢流缸，其下有一出水圆孔，出水圆孔连接一出水管，并在出水管上设第四道阀门，所述溢流缸的出水管以及砂土容器的出水管均通过连接管接入水箱中，连接管与水箱中的过滤器相连，实验的时间通过测压板上的计时器进行记录。
所述滤网为缠有致密钢丝的圆形孔状板。
所述测压管嘴内侧、出水管与进水管接口处均有纱网包裹。
所述计时器固定在测压板上。
所述进水管、出水管、连接管、测压管均为橡胶管。
所述砂土容器为透明圆柱体。
所述稳压供水箱、水箱均为透明长方体，水箱体积远大于稳压水箱。
所述供水箱位于升降支架内部，升降支架为钢制长方体，与其连接的升降把手为钢制圆形，通过钢丝绳和钢制圆形小滑轮与供水箱相连。
所述砂土容器出水圆孔，主缸进水圆孔、溢流缸出水圆孔均是由各自容器的底部凿出，大小一致。
本发明的优点在于：使用该发明，在逐渐饱水的的过程中可得出孔隙度，在饱水情况下，逐渐释水的情况下，观测流量与水位的变化，可以计算出给水度
在砂土饱水的情况下，进行定水头与不定水头的测量，分别进行达西实验，观测水头变化与流量，从而计算出渗透系数；
该发明操作简单，观测方便，不仅可以从多角度得出土壤渗透系数，帮助实验者更好的理解孔隙度、给水度以及各种水头变化下渗透性的测定原理，而且在实验过程中水流的进与出形成一个循环系统，节约用水的同时也体现出可持续发展的理论。
附图说明
图1是本发明一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置的结构示意图。
图中：1-砂土容器，2-1、2-2-滤网，3-1、3-2-流量计，4-带刻度的测压管，5-测压管，6-测压板，7-计时器，8-供水箱，9-滑轮，10-钢丝绳，11-升降支架，12-升降把手，13-实验台，14-水箱，15-水泵，16-1、16-2、16-3、16-4-开关， 17-测压连接管，18-1、18-2-出水软管，19-1、19-2-进水软管，20-出水圆孔，21- 过滤器，22-测压管接嘴，23-过滤纱网，24-横梁，25-挡板，26-主缸，27-溢流缸， 28-进水圆孔，29-连接管、30-砂土容器出水圆孔
具体实施方式
为使该发明的结构、使用方法更清晰，以下通过具体实施例对本实用新型做进一步解释说明。
如图1所示，所述测试孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置包括砂土容器1，滤网2-1、2-2，流量计3，带刻度的测压管4，测压管5，测压板6，计时器7，供水箱8，滑轮9，钢丝绳10，升降支架11，升降把手12，抽水泵15，阀门开关16-1、16-2、16-3、16-4，测压连接管17，出水软管18-1、18-2，进水软管19-1、19-2，出水圆孔20，测压管接嘴22，过滤纱网23，横梁24，挡板25，主缸26，溢流缸27，进水圆孔28，连接管29以上这种些均被连接组合放置在实验台13上，过滤器21、水箱14放置于放置于实验台下。
砂土容器1底部有一出水圆孔30连接出水管18-1，出水管18-1上连接第一道阀门16-1，阀门开关16-1处连接流量计3-1，砂土容器1下部滤网2-2的左下方连接一带有刻度的测压管4，砂土容器1的右边自上而下通过复数测压连接管接嘴22，测压管接嘴22处套有过滤纱网23，每个测压管接22分别通过一测压连接管17与测压板6上的一个测压管5连接，砂土容器1上方滤网2-1的上部连接一进水管19-2，并在进水管19-2上设第二道阀门16-2，阀门开关16-2 处连接流量计3-2，进水管19-2左侧与一供水箱8相连；供水箱8置于一升降支架11中，升降支架11上方设有平行于砂土容器的横梁24，横梁24中间套有定滑轮9，定滑轮9左侧通过钢丝绳10连接升降装置11的控制把手12，滑轮9右侧通过钢丝绳10与供水箱8中间的挡板25上方的圆孔(图上未显示)相连，挡板25的右侧为供水箱8的主缸26，其下部有一进水圆孔28，进水圆孔28连接一进水管19-1，并在进水管19-1上设第三道阀门16-3，进水管19-1与下部水箱 14中的水泵15相连，为供水箱中提供稳定水流，挡板25左侧为溢流缸27，其下部有一出水圆孔20，出水圆孔20连接一出水管18-2，并在出水管18-2上设第四道阀门16-4，所述供水箱8的主缸26进水管19-1、溢流缸27的出水管18-2 以及砂土容器1的出水管18-1均通过连接管29接入水箱14中，连接管29在水箱14中与过滤器21连接，实验的时间通过测压板6左上方的计时器7进行记录。
所述砂土容器1为圆柱体，供水箱8与水箱14均为长方体，所述进水管19-1、19-2，出水管18-1、18-2，连接管29均为橡胶管。
试验前，关闭阀门开关16-1、16-2、16-3，打开16-4，并将将所需测量的原位土壤缓慢倒入砂土容器4中，装样过程中需轻拍砂土容器，保证不破坏试样结构且与砂土容器壁耦合，打开阀门开关16-3。
打开水泵15使得水流通过进水管19-1向主缸26中缓慢注水，当主缸 26中的水开始向溢流缸27中流出时，打开阀门16-2，使得水流通过进水管19-2 缓慢流入砂土容器1中，当砂土容器1中的试样饱水后，关闭阀门开关16-2、16-3、 16-4，读取记录流量计3-2的进水量及计时器7所示饱水累计时间，依据以上数据及砂土容器4的体积容量数据，根据相关公式得出原位土壤孔隙度。
利用升降把手12，将供水箱8升至砂土容器1的上方，初始时刻供水箱8的底面与砂土容器1上方滤网2-1齐平，打开阀门开关16-3、16-4，水流通过进水管19-1进入主缸26，当主缸26的水流溢出至溢流缸27时，同时打开阀门开关16-2，通过进水管19-2向砂土容器1中缓慢注水，直到砂土体呈现饱水状态，关闭阀门开关16-2、16-3，打开阀门开关16-1，让饱和砂土的水渗出，并通过出水管18-1流经流量计3-1，通过连接管29流经过滤器21再回到水箱14 中，同时，记录带有刻度的测压管4以及测压板6上每根测压管5的数据、对应的流量计3-1的流量及相应计时器7的时间等数据，等测压水位降到一定程度时，关闭阀门开关16-1。然后再打开阀门开关16-1，让砂土中的水通过出水管18-1 渗出，通过流量计3-1记录流量数据，并记录带有刻度的测压管4与测压板6上每根测压管5的数据，以及计时器7的数据，等测压水位降到一定程度时再关闭开关阀门16-1，重复多次上述过程，直到砂土容器1中的测压水位到达带刻度的测压管4的管口时，关闭阀门开关16-1，依据砂土容器1的体积，流量计3-1、带有刻度的测压管4、测压板6上每根测压管5以及计时器7所记录的数据，按照相关公式得出原位土壤的给水度与定水头的渗透系数。
然后打开阀门开关16-3，让水箱14中的水流在水泵15的作用下，通过进水管19-1流入主缸，当主缸中的水流漫过挡板25流向溢流缸时，打开开关 16-2，让水流缓慢通过进水管19-2流入砂土容器1中，直至砂土容器1中的砂土体出现饱水状态，关闭阀门开关16-2，记录流量计3-2、带有刻度的测压管4、测压板6上每根测压管5的数据，打开阀门开关16-1，使得水流通过出水管18-1 渗出，通过流量器3-1连接的连接管29流入过滤器21中，重新回到水箱14中，当砂土容器中的测压水位与带有刻度的测压管4的管口齐平时关闭阀门开关16-1，记录带有刻度测压管4、测压板6上每根测压管5、流量计3-1以及计时器7的数据。利用升降把手12将供水箱8下降一定高度，打开阀门开关16-2，使得水流通过进水管19-2缓慢流入砂土容器1中，直至砂土体呈现饱水状态，关闭阀门开关16-2，记录带有刻度的测压管4、测压板6上每根测压管5以及流量计3-2的数据，打开阀门开关16-1，使得水流渗出，当测压水位与带有刻度的测压管4的管口齐平时，关闭阀门开关16-1，记录带有刻度的测压管、测压板6 上每根测压管5、流量计3-1以及计时器7的数据，再次升降把手12将供水箱8 下降一定高度，重复多次上述操作，直到供水箱8的底部与带有刻度的测压管4 的管口齐平，关闭阀门开关16-1，利用砂土容器1的体积，带有刻度的测压管4，测压板6上每根测压管5，流量计3-1、3-2以及计时器7的数据，利用相关公式计算出不定水头原位土壤的渗透系数。
Claims (9)
1.一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于包括带有刻度标志的砂土容器、流量计、第一、第二、第三道、第四道阀门开关、水箱、供水箱、水泵、复数个测压连接管、带有刻度的测压管、复数个测压管接嘴、滤网、计时器、升降支架、进水管、出水管以及连接管；
砂土容器底部有一出水孔连接一出水管，并接第一道阀门，阀门处连接第一个流量计，砂土容器下部滤网的左下方有一带刻度的测压管，砂土容器右侧自上而下通过复数个测压连接管接嘴，每个测压管接嘴分别通过一测压连接管与测压板上的一个测压管连接，砂土容器上方滤网的上部连接一进水管，并在进水管上设第二道阀门，阀门开关处连接第二个流量计，进水管左侧与一稳压供水箱相连；供水箱置于一升降支架中，支架上方设有平行于砂土容器的横梁，横梁中间套有定滑轮，滑轮左侧通过钢丝绳连接升降装置控制把手，滑轮右侧通过钢丝绳与供水箱中间的挡板上方的圆孔相连，挡板的右侧为稳压供水箱的主缸，其下部有一进水圆孔，进水圆孔连接一进水管，并在进水管上设第三道阀门，进水管与水箱中的水泵相连，挡板左侧为溢流缸，其下有一出水圆孔，出水圆孔连接一出水管，并在出水管上设第四道阀门，所述溢流缸的出水管以及砂土容器的出水管均通过连接管接入水箱中，连接管与水箱中的过滤器相连，实验的时间通过测压板左的计时器进行记录。
2.根据权利要求1所述的一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于：所述滤网为缠有致密钢丝的圆形孔状板。
3.根据权利要求1所述的一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于：所述测压管嘴内侧、出水管与进水管接口处均有纱网包裹。
4.根据权利要求1所述的一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于：所述计时器固定在测压板左上方。
5.根据权利要求1所述的一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于：所述进水管、出水管、连接管、测压管均为橡胶管。
6.根据权利要求1所述的一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于：所述砂土容器为透明圆柱体。
7.根据权利要求1所述的一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于：所述稳压供水箱、水箱均为透明长方体，水箱体积远大于稳压水箱。
8.根据权利要求1所述的一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于：所述供水箱位于升降支架内部，升降支架为钢制长方体，高于砂土容器，与其连接的升降把手为钢制圆形，通过钢丝绳和钢制圆形小滑轮与供水箱相连。
9.根据权利要求1所述的一种可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置，其特征在于：所述砂土容器出水圆孔，主缸进水圆孔、溢流缸出水圆孔均是由各自容器的底部凿出，大小一致。
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