CN108680483B - 一种土体原位渗透系数测量装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土体原位渗透系数测试装置及测试方法，属于土木与岩土工程技术领域，包括压力装置、压力控制器、水流测速计、测量杆、压力传感器、垂直仪、水箱、滤网；压力控制器与压力装置、水流测速计、压力传感器电性连接，压力控制器集压力显示、测量和控制于一体；本发明的优点在于，压力装置在压力控制器作用下，通过真空泵或者压力泵，既能对测量土体提供负压强，也能提供正压强，适用于沙土和粘土。

Description

一种土体原位渗透系数测量装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种土体原位渗透系数测试装置及测试方法，属于土木与岩土工程技术领域。

背景技术

土体的渗透性和土体中的渗流对土体的强度和土体变形有着重要的影响。而由地下水条件影响土体性质而引起的工程问题，如堤坝或地基的沉降估算、基坑开挖降水设计、地基和边坡的稳定分析和垃圾填埋场的环境分析等都与土体渗透性息息相关，因而分析这些问题时必须详细、准确地了解地下水的排水条件和土体渗透性等。土体的渗透系数是直接反映土体渗透性的参数，在岩土工程问题的计算分析或设计中，土体渗透系数是关键参数，其准确获取有重要的工程实际意义。

目前测量土体渗透系数的方法主要有室内测量和室外测量法，因为室内测量法对土体扰动性较大，为获取更接近实际条件下土体的渗透系数，对于重大工程，更偏向于选用室外测量法，因此，一种简洁、高效的土体原位渗透系数装置的发明对工程应用具有重大意义。

发明内容

本发明旨在提供一种土体原位渗透系数测量装置及测试方法，该测试装置可以在几乎不扰动土体的条件下，能快速测量不同粒径和渗透性的土体的原位渗透系数。

本发明通过以下技术方案实现，包括压力装置、压力控制器、水流测速计、测量杆、压力传感器、垂直仪、水箱、滤网；

压力控制器与压力装置、水流测速计、压力传感器电性连接，压力控制器集压力显示、测量和控制于一体；

压力装置通过水箱与测量杆内的滤网相连接，所述压力装置包括通过三通阀并联的真空泵和压力泵，压力控制器根据测量土体的性质控制压力装置提供负压强或者正压强，所述真空泵用于提供负压强，所述压力泵用于提供正压强，

所述压力控制器用于调节真空泵或压力泵产生的压力，为实验过程提供压力值，实时监测与显示压力传感器和水流测速计的值，并调节压力装置所提供的压力值；

所述测量杆由装置室、保护套筒和杆尖组成；装置室设置在保护套筒内部的顶端，滤网套设在保护套筒内，所述滤网设置在杆尖的顶端；

所述装置室内设置有液压装置、水管和电缆管；液压装置用于提供驱动力将杆尖及滤网伸出或缩回，从而使滤网从保护套筒内的伸出或缩回，所述保护套筒用于防止测量杆插入土体过程中造成滤网的堵塞，待测量杆插到土中设定位置后，再通过液压装置将其压出保护套筒；

水管用于为水流提供通道，水管的一端与水箱连接，另一端与滤网连接；电缆管内设置连接水流测速计和压力传感器的电缆；

所述水流测速计用于测量水管中的水流速度；水流测速计安装于测量杆中，通过电缆管中的电缆与压力控制器的显示屏相连；可直接测量实验过程中水的流速，改变了传统装置需要测量流量和时间，再来求流速的方法。

所述测量杆用于将滤网送入指定位置，所述压力传感器用于测量滤网处压力值；

所述垂直仪用于确保测量杆垂直插入土体中。

保护套筒与杆尖的外壁设置螺纹。

所述垂直仪包括顶面圆台与底面圆环，以及设置在圆台顶面的气泡和螺纹孔，测量杆的螺纹旋入螺纹孔中，圆台与圆环之间用三根连接柱连接。

一种土体原位渗透系数测试方法包括如下步骤：

步骤1、选择测点，根据所选位置历史资料确定测点位置，测点位于地下水位以下；

步骤2、将垂直仪安装在测点位置，并且调节圆台至水平；

步骤3、将测量杆通过螺纹孔旋入土中，旋转入土过程中利用垂直仪保持测量杆垂直，通过螺纹的旋入圈数确定测量测量杆插入至测点的深度；

步骤4、待测量杆插入指定位置后，通过液压装置将滤网从套筒中旋转压出到测量位置。

步骤5、根据所测点的土体性质，选择测量方式，对于渗透性好、颗粒较大的沙土，选择抽水方式测量；对于渗透性差、颗粒较小的粘土，则选择注水方法测量。因此本发明适用于沙土和粘土，现有技术只能适用沙土；

步骤6、完成上述步骤后，将压力传感器示数调零，开启压力装置，对土体开始抽水或注水，所述真空泵用于提供负压强，所述压力泵用于提供正压强，压力控制器根据压力传感器检测的压力和水流测速计测量的水流速度，自行调节压力装置的压力；待流速稳定后，读取压力控制器显示屏上的压力装置、压力传感器、水流测速计的示数，从而计算所测位置渗透系数；压力装置所提供的压力为水在土中流动时损失的水头与水在测杆中流动时损失的水头之和，

为压力装置所提供的压力，

为滤网处的压力，即是水在土中流动时的水头损失； 即为水在测量杆中流动时的水头损失；土壤渗透系数可推导为如下方程：

式中

为水流速度；a是滤网的直径与长度的比值系数，按如下公式确定：

式中

为滤网直径，

为滤网长度。

本发明的优点在于，压力装置在压力控制器作用下，通过真空泵或者压力泵，既能对测量土体提供负压强，也能提供正压强，适用于沙土和粘土。

附图说明

图1为测量装置功能图。

图2为测量装置结构图。

图3为垂直仪截面图。

图4为垂直仪俯视图。

图5为测量装置流程图。

图6为测量杆示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步说明，参见附图1至6所示，

包括压力装置1、压力控制器2、水流测速计3、测量杆4、压力传感器5、垂直仪6、水箱7、滤网8；

压力控制器2与压力装置1、水流测速计3、压力传感器5电性连接，压力控制器2集压力显示、测量和控制于一体；

压力装置1通过水箱7与测量杆4内的滤网8相连接，所述压力装置1包括通过三通阀13并联的真空泵11和压力泵12，压力控制器2根据测量土体的性质控制压力装置1提供负压强或者正压强，所述真空泵11用于提供负压强，所述压力泵12用于提供正压强，

所述压力控制器2用于调节真空泵11或压力泵12产生的压力，为实验过程提供压力值，实时监测与显示压力传感器5和水流测速计3的值，并调节压力装置1所提供的压力值；

所述测量杆4由装置室41、保护套筒42和杆尖43组成；装置室41设置在保护套筒42内部的顶端，滤网8套设在保护套筒42内，所述滤网8设置在杆尖43的顶端；

所述装置室41内设置有液压装置411、水管412和电缆管413；液压装置411用于提供驱动力将杆尖43及滤网8伸出或缩回，从而使滤网8从保护套筒42内的伸出或缩回，所述保护套筒42用于防止测量杆插入土体过程中造成滤网8的堵塞，待测量杆4插到土中设定位置后，再通过液压装置411将滤网8压出保护套筒42；

水管412用于为水流提供通道，水管412的一端与水箱7连接，另一端与滤网8连接；电缆管413内设置连接水流测速计3和压力传感器5的电缆；

所述水流测速计3用于测量水管412中的水流速度；水流测速计3安装于测量杆4中，通过电缆管413中的电缆与压力控制器2的显示屏相连；可直接测量实验过程中水的流速，改变了传统装置需要测量流量和时间，再来求流速的方法。

所述测量杆4用于将滤网8送入指定位置，所述压力传感器5用于测量滤网8处压力值；

所述垂直仪6用于确保测量杆垂直插入土体中。

保护套筒42与杆尖43的外壁设置螺纹44。

所述垂直仪6包括顶面圆台61与底面圆环62，以及设置在圆台61顶面的气泡611和螺纹孔612，测量杆4的螺纹44旋入螺纹孔612中，圆台61与圆环62之间用三根连接柱63连接。

一种土体原位渗透系数测试方法包括如下步骤：

步骤1、选择测点，根据所选位置历史资料确定测点位置，测点位于地下水位以下。

步骤2、将垂直仪6安装在测点位置，并且调节圆台61至水平。

步骤3、将测量杆4通过螺纹孔612旋入土中，旋转入土过程中利用垂直仪6保持测量杆4垂直，通过螺纹44的旋入圈数确定测量测量杆插入至测点的深度。

步骤4、待测量杆4插入指定位置后，通过液压装置411将滤网8从套筒中旋转压出到测量位置。

步骤5、根据所测点的土体性质，选择测量方式，对于渗透性好、颗粒较大的沙土，选择抽水方式测量；对于渗透性差、颗粒较小的粘土，则选择注水方法测量。因此本发明适用于沙土和粘土，现有技术只能适用沙土。

步骤6、完成上述步骤后，将压力传感器5示数调零，开启压力装置1，对土体开始抽水或注水，所述真空泵11用于提供负压强，所述压力泵12用于提供正压强，压力控制器2根据压力传感器5检测的压力和水流测速计3测量的水流速度，自行调节压力装置1的压力；待流速稳定后，读取压力控制器2显示屏上的压力装置1、压力传感器5、水流测速计3的示数，从而计算所测位置渗透系数；压力装置1所提供的压力为水在土中流动时损失的水头与水在测杆中流动时损失的水头之和，

为压力装置所提供的压力，

为滤网处的压力，即是水在土中流动时的水头损失； 即为水在测量杆中流动时的水头损失；土壤渗透系数可推导为如下方程：

式中

为水流速度；a是滤网的直径与长度的比值系数，按如下公式确定：

式中

为滤网直径，

为滤网长度。

Claims (4)

1.一种土体原位渗透系数测量装置，其特征在于：包括压力装置（1）、压力控制器（2）、水流测速计（3）、测量杆（4）、压力传感器（5）、垂直仪（6）、水箱（7）、滤网（8）；

压力控制器（2）与压力装置（1）、水流测速计（3）、压力传感器（5）电性连接，压力控制器（2）集压力显示、测量和控制于一体；

压力装置（1）通过水箱（7）与测量杆（4）内的滤网（8）相连接，所述压力装置（1）包括通过三通阀（13）并联的真空泵（11）和压力泵（12），压力控制器（2）根据测量土体的性质控制压力装置（1）提供负压强或者正压强，所述真空泵（11）用于提供负压强，所述压力泵（12）用于提供正压强，

所述压力控制器（2）用于调节真空泵（11）或压力泵（12）产生的压力，为实验过程提供压力值，实时监测与显示压力传感器（5）和水流测速计（3）的值，并调节压力装置（1）所提供的压力值；

所述测量杆（4）由装置室（41）、保护套筒（42）和杆尖（43）组成；装置室（41）设置在保护套筒（42）内部的顶端，滤网（8）套设在保护套筒（42）内，所述滤网（8）设置在杆尖（43）的顶端，测量杆（4）的外壁设置螺纹（44）；

所述装置室（41）内设置有液压装置（411）、水管（412）和电缆管（413）；液压装置（411）用于提供驱动力将杆尖（43）及滤网（8）伸出或缩回，从而使滤网（8）从保护套筒（42）内的伸出或缩回，所述保护套筒（42）用于防止测量杆插入土体过程中造成滤网（8）的堵塞，待测量杆（4）插到土中设定位置后，再通过液压装置（411）将滤网（8）压出保护套筒（42）；

水管（412）用于为水流提供通道，水管（412）的一端与水箱（7）连接，另一端与滤网（8）连接；电缆管（413）内设置连接水流测速计（3）和压力传感器（5）的电缆；

所述水流测速计（3）用于测量水管（412）中的水流速度；水流测速计（3）安装于测量杆（4）中，通过电缆管（413）中的电缆与压力控制器（2）的显示屏相连；可直接测量实验过程中水的流速，改变了传统装置需要测量流量和时间，再来求流速的方法；

所述测量杆（4）用于将滤网（8）送入指定位置，所述压力传感器（5）用于测量滤网（8）处压力值；

所述垂直仪（6）用于确保测量杆垂直插入土体中。

2.根据权利要求1所述的一种土体原位渗透系数测量装置，其特征在于：

保护套筒（42）与杆尖（43）的外壁设置螺纹（44）。

3.根据权利要求1所述的一种土体原位渗透系数测量装置，其特征在于：

所述垂直仪（6）包括顶面圆台（61）与底面圆环（62），以及设置在圆台（61）顶面的气泡（611）和螺纹孔（612），测量杆（4）的螺纹（44）旋入螺纹孔（612）中，圆台（61）与圆环（62）之间用三根连接柱（63）连接。

4.一种土体原位渗透系数测试方法，根据权利要求1至3任一项所述的一种原位渗透系数测量装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、选择测点，根据所选位置历史资料确定测点位置，测点位于地下水位以下；

步骤2、将垂直仪（6）安装在测点位置，并且调节圆台（61）至水平；

步骤3、将测量杆（4）通过螺纹孔（612）旋入土中，旋转入土过程中利用垂直仪（6）保持测量杆（4）垂直，通过螺纹（44）的旋入圈数确定测量测量杆插入至测点的深度；

步骤4、待测量杆（4）插入指定位置后，通过液压装置（411）将滤网（8）从套筒中旋转压出到测量位置；

步骤5、根据所测点的土体性质，选择测量方式，对于渗透性好、颗粒较大的沙土，选择抽水方式测量；对于渗透性差、颗粒较小的粘土，则选择注水方法测量；

步骤6、完成上述步骤后，将压力传感器（5）示数调零，开启压力装置（1），对土体开始抽水或注水，所述真空泵（11）用于提供负压强，所述压力泵（12）用于提供正压强，压力控制器（2）根据压力传感器（5）检测的压力和水流测速计（3）测量的水流速度，自行调节压力装置（1）的压力；待流速稳定后，读取压力控制器（2）显示屏上的压力装置（1）、压力传感器（5）、水流测速计（3）的示数，从而计算所测位置渗透系数；压力装置（1）所提供的压力为水在土中流动时损失的水头与水在测杆中流动时损失的水头之和，

为压力装置所提供的压力，

为滤网处的压力，即是水在土中流动时的水头损失； 即为水在测量杆中流动时的水头损失；土壤渗透系数可推导为如下方程：

式中

为水流速度；a是滤网的直径与长度的比值系数，按如下公式确定：

式中

为滤网直径，

为滤网长度。

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