CN109870398A

CN109870398A - 渗透试验系统

Info

Publication number: CN109870398A
Application number: CN201910263337.4A
Authority: CN
Inventors: 高亚伟; 樊玥; 杨蓉; 杜艳丽; 邹昌立; 刘昱利; 王兵; 张扬; 杨华猛; 王发
Original assignee: 14TH METALLURGICAL CONSTRUCTION Corp OF CHINA NONFERROUS METAL INDUSTRY
Current assignee: 14TH METALLURGICAL CONSTRUCTION Corp OF CHINA NONFERROUS METAL INDUSTRY
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2039-04-02
Also published as: CN109870398B

Abstract

本发明公开一种渗透试验系统，它包括：渗透装置，用于盛装散体颗粒；散体密度测量装置，用于测量渗透装置中的散体颗粒的堆积密度；水头供液装置，用于向渗透装置中供给入渗液，且其供给入渗液的压力、流速、流量可调；以及自动供液装置，用于为水头供液装置供给入渗液。集自动供给入渗液、入渗液的入渗方式可调、测定散体介质密度功能于一体，能够对散体介质的情况和试验条件进行调节，从而能够用于研究不同入渗条件对散体介质渗透性的影响以及相同入渗调节对不同散体介质渗透性的影响。

Description

渗透试验系统

技术领域

本发明涉及土工试验装置领域，具体而言，涉及渗透试验系统。

背景技术

散体颗粒堆积体稳定性研究涉及到土力学、水力学和泥沙动力学等相关学科的交叉领域，这为其稳定性研究带来了难度。并且散体颗粒堆积体结构失稳往往是多个因素共同作用的结果，就其本质而言，是由于内部因素，如孔隙结构等与外界环境改变，如堆积体增高加载、地震、降雨等，外界环境作为破坏发生的引导因子共同作用，使散体颗粒堆积体中应力场、渗流场等发生变化，从而导致结构失稳。

排土场及尾矿坝就是典型的散体颗粒堆积体，而溃坝、滑坡和泥石流的事故时有发生。溃坝直接原因主要包括两点，其一，在建设过程中非法违规建设、生产，使尾矿堆积坝坡过陡；其二，采用库内铺设塑料防水膜防止尾矿水下渗以及黄土贴坡阻挡内水外渗，导致坝体发生局部渗透破坏，最终使坝体失去平衡、整体滑动，从而造成溃坝。排土场发生事故主要包括滑坡和泥石流，其主要原因为排土场的排弃物料含水量高或受水的浸润，使物料的力学特性和稳定性降低。

据相关期刊文章中描述，因为水的原因导致排土场滑坡事故的案例约占其总数的50％，结合上述的事故发生的原因进行分析可知，水是影响散体颗粒堆积物稳定性的一个重要影响因素。散体颗粒堆积物渗透性过低，散体颗粒集水量不断增加，散体堆积物长期浸泡致使其结构强度降低；渗透性过高，极易在散体颗粒堆积体内部形成水流集中冲刷的现象，如发生管涌，掏空其底部基础，造成内部结构破坏，二者都极易造成堆积体发生破坏，并且一旦在震动或者强降雨等条件下，更易形成泥石流等高破坏性的自然灾害，毁坏下游民房、河道、森林，甚至危害人的生命，造成极其严重的社会影响。因此，研究散体颗粒堆积物的渗透性是降低散体颗粒堆积物事故率的一个重要过程。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种渗透试验系统，集自动供给入渗液、入渗液的入渗方式可调、测定散体介质密度功能于一体，能够对散体介质的情况和试验条件进行调节，从而能够用于研究不同入渗条件对散体介质渗透性的影响以及相同入渗调节对不同散体介质渗透性的影响。

为此，本发明提供如下技术方案：

渗透试验系统，包括：

渗透装置，用于盛装散体颗粒；

散体密度测量装置，用于测量所述渗透装置中的散体颗粒的堆积密度；

水头供液装置，用于向所述渗透装置中供给入渗液，且供给入渗液的压力、流速、流量可调；以及，

自动供液装置，用于为所述水头供液装置供给入渗液。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述密度测量装置包括称重机构和体积测量机构，所述称重机构用于测量所述渗透装置中的散体颗粒堆积物的质量，所述体积测量机构为用于测量所述渗透装置中的散体颗粒堆积物的体积的量尺。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述体积测量机构为设于所述渗透装置上刻度尺。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述水头供液装置的供液高度可调，所述水头供液装置和所述渗透装置上的连通管道上设有流量调节阀。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述渗透试验系统还包括支架，所述支架包括底座、试验台和立柱，所述立柱连接在所述底座上，所述试验台可滑动地设于所述立柱上且与所述底座平行设置；

所述称重机构可支撑于所述底座与所述试验台之间；

所述水头供液装置位置可调地连接在所述立柱上。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述称重机构包括第一支撑单元、第二支撑单元和称重单元，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元分别设于所述底座与所述试验台之间，且所述称重单元设于所述第二支撑单元的顶部或底部，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元的支撑高度可调。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述称重机构还包括限位单元，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元设于所述试验台的底面，所述限位单元和所述渗透装置设于所述试验台的顶面上且分别位于所述第一支撑单元和所述第二支撑单元的两侧，所述限位单元对所述试验台的抵接位置可调。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述渗透装置包括渗透容器以及设于所述渗透容器中的缓冲网，所述渗透容器顶面上设有渗透进水口，入渗液依次流经所述渗透进水口和所述缓冲网后流入所述渗透容器中。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述水头供液装置包括水头供液容器，所述水头供液容器包括供水腔和回水腔，所述供水腔中的液体达到一预设高度后流入至所述回水腔中；

所述供水腔为所述渗透装置供水，所述自动供液装置为所述供水腔供水，所述回水腔与所述自动供液装置连通。

作为对所述渗透试验系统的进一步可选的方案，所述自动供液装置包括自动供液容器、供液泵和搅拌桨，所述搅拌桨设于所述自动供液容器内，所述供液泵可将所述自动供液容器中的液体泵入至所述水头供液装置中。

本发明的渗透试验系统至少具有如下优点：

通过设置渗透装置、散体密度测量装置、水头供液装置和自动供液装置，从而使得本渗透试验系统的试验集成性更高，对于入渗液的供给条件的控制更加精准，且入渗液的供给自动化程度更高，节省了大量的人力，同时设置的散体密度测量装置能够更直接的对散体密度进行测定，能够更加方便地记录试验的各个阶段的参数，是一种功能集成度高、测试更方面、测试精准度更方便的渗透试验系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例1提供的渗透试验系统第一结构示意图；

图2示出了本发明实施例1提供的渗透试验系统的第二结构示意图；

图3示出了本发明实施例1提供的渗透试验系统的渗透装置的备用容器的结构示意图；

图4示出了本发明实施例1提供的渗透试验系统的散体密度测量装置的称重机构的第一支撑单元的结构示意图；

图5示出了本发明实施例1提供的渗透试验系统的散体密度测量装置的称重机构的限位单元的结构示意图；

图6示出了本发明实施例1提供的渗透试验系统的水头供液装置的滑座和驱动机构的结构示意图；

图7示出了本发明实施例1提供的渗透试验系统的水头供液装置的水头供液容器的结构示意图。

图标：

1000-渗透装置；1100-渗透容器；1110-溢水口；1120-出水口；1130-渗透进水口；1140-体积测量尺；1150-备用容器接头；1200-备用容器；1300-出渗液收集器；1400-水头差控制尺；1500-水头测定刻度板；1600-测压管；1700-缓冲网；1800-入渗漏斗；

2000-散体密度测量装置；2100-称重机构；2110-第一支撑单元；2111-固定件；2112-伸缩件；2113-升降手轮；2120-第二支撑单元；2130-称重单元；2140-限位单元；2141-限位件；2142-限位手轮；

3000-水头供液装置；3100-水头供液容器；3110-供水腔；3120-回水腔；3130-分隔板；3140-集水管；3150-回水管；3160-清洗管；3170-供水管；3171-供水阀；3200-滑座；3210-承重台；3220-连接主臂；3230-连接副臂；3240-斜支撑杆；3300-驱动机构；3310-电机；3320-齿轮；3330-齿条；

4000-自动供液装置；4100-自动供液容器；4110-供液管；4120-回液管；4130-备用管口；4140-排液管；4200-供液泵；4300-搅拌桨；4310-搅拌轴；4320-叶片；4321-单元叶片；4400-搅拌驱动组件；

5000-支架；5100-底座；5200-试验台；5210-水平仪；5300-立柱。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对渗透试验系统进行更全面的描述。附图中给出了渗透试验系统的优选实施例。但是，渗透试验系统可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对渗透试验系统的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在渗透试验系统的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种渗透试验系统，可用于进行室内土工-渗透试验，其研究对象可以为散体颗粒堆积物，下文简称为散体介质。渗透试验系统包括渗透装置1000、散体密度测量装置2000、水头供液装置3000和自动供液装置4000。

其中，渗透装置1000用于盛装散体颗粒，作为渗透试验的发生装置，通过向渗透装置1000中的散体颗粒中通入入渗液来测量散体颗粒的渗透率。

散体密度测量装置2000，用于测量渗透装置1000中的散体颗粒的堆积密度，散体颗粒的堆积密度即为散体颗粒堆积物的压实度，通过散体密度测量装置2000的测量即可对散体颗粒堆积物的压实度进行调整，能够用于研究不同压实度条件下散体介质的渗透特性变化情况，还可以通过更换不同的散体介质来研究其渗透性的变化情况。

水头供液装置3000用于向渗透装置1000中供给入渗液，且供给入渗液的压力、流速、流量可调，由此能够改变入渗液的入渗条件，能够用于研究不同入渗调节下，散体介质的渗透性的变化情况。

自动供液装置4000用于为水头供液装置3000供给入渗液，一方面省去了手动向水头供液装置3000中加水的操作，另一方面使得水头供液装置3000的入渗液供给情况可控，对于散体介质的渗透性研究更加有利。

请一并参阅图2和图3，本实施例中，渗透装置1000包括渗透容器1100、备用容器1200、出渗液收集器1300、水头差控制尺1400、水头测定刻度板1500、测压管1600、缓冲网1700和入渗漏斗1800。

其中，渗透容器1100的同一侧的上下分别设有溢水口1110和出水口1120，溢水口1110用于固定入渗水头，相对另一侧设置有水头测定结构，包括水头测定刻度板1500和测压管1600，测压管1600分为上、中、下测压管1600。

渗透容器1100顶面上设有渗透进水口1130，入渗液依次流经渗透进水口1130和缓冲网1700后流入渗透容器1100中，由此，有效地避免了入渗液水流直接与渗透容器1100中的散体介质接触，破坏散体介质接触端的垫层，进而破坏散体介质接触端的平整度，影响对散体介质密度的测定，进而影响对散体介质渗透率的测量。

出渗液收集器1300置于渗透容器1100的下方，底座5100之上，出渗液收集器1300的功能类似于量筒，但其收集水量较大，可支持相对较长时间的渗透试验。

进一步地，缓冲网1700和渗透进水口1130设置在渗透容器1100的入渗漏斗1800上，缓冲网1700平行于盖体的开口面设置，渗透进水口1130设置在入渗漏斗1800的出水嘴上。入渗漏斗1800可拆卸地倒置连接在渗透容器1100上，在向渗透容器1100中加入散体颗粒时，将入渗漏斗1800打开，向渗透容器1100中通入渗液时，将入渗漏斗1800重新盖合在渗透容器1100上。

进一步地，渗透装置1000可以用于做常水头渗透试验，将入渗漏斗1800盖合在渗透容器1100的顶部开口上，且二者之间的连接具有良好的密封效果，保证入渗液不会自二者的间隙中流出。渗透装置1000还可以用于做变水头渗透试验，进水口和缓冲网1700设置在渗透容器1100的底部。可以理解的是，本渗透试验系统的渗透装置1000可以包括常水头和变水头两种类型的渗透装置1000。

本实施例中，渗透装置1000的渗透容器1100上还设有体积测量尺1140，渗透容器1100上设有透明的体积测量尺1140，该体积测量尺1140可以为体积刻度，也可以为高度刻度，渗透容器1100的截面积均匀，因此，测得渗透容器1100内的散体介质的高度即得出了散体介质的体积。透明的体积测量尺1140嵌入到渗透容器1100的筒壁上，便于直观地判断出上下垫层及散体介质的高度。

渗透装置1000包括渗透容器1100和备用容器1200，可以在渗透容器1100上串联备用容器1200，以用于适应更大的入渗水头，也就是适应更大的入渗液流量。渗透容器1100上还设有备用容器接头1150。备用容器1200上设有水头测定刻度板1500、体积测量尺1140、多个溢水口1110以及备用容器接头1150。当需要采用更大的水头入渗时，可以在渗透容器1100上增加一节或多节备用容器1200，通过备用容器接头1150将备用容器1200与渗透容器1100连通，并对连接处做密封处理，如加设密封圈、生料带等密封结构。备用容器1200上设置多个溢水口1110，相邻的溢水口1110之间等距，每个溢水口1110上设有阀门。

本实施例中，散体密度测量装置2000包括称重机构2100和体积测量机构。称重机构2100用于测量渗透装置1000中的散体介质的质量，体积测量机构为用于测量渗透装置1000中的散体介质体积的量尺，通过质量和体积的测定也就得出了散体介质的密度。

进一步地，体积测量机构为设于渗透容器1100上的体积测量尺1140，通过嵌设于渗透容器1100中，能够之间通过比对读数的方式得出渗透容器1100中的散体介质的体积，进而结合散体介质的质量得出散体介质的密度。

本实施例中，水头供液装置3000的供液高度可调，水头供液装置3000和渗透装置1000的连通管道上设有流量调节阀。水头供液装置3000通过改变供液高度来改变供给的入渗液的压力、流速，通过流量阀调节供给的入渗液的流量。

可以理解的是，水头供液装置3000的供液高度越高，其供液压力越高、流速越快，连通管道上额流量调节阀的开度越大，其供液流量越大，当然，流量和流速之间有一定程度的相互影响，可以设置流速检测单元、流量检测单元和压力检测单元进行测定调节。

本实施例中，渗透试验系统还包括支架5000。支架5000包括底座5100、试验台5200和立柱5300，立柱5300连接在底座5100上，试验台5200可滑动地设于立柱5300上且与底座5100平行设置。支架5000用于承载和安装渗透试验系统的试验装置，渗透装置1000放置在试验台5200上，称重机构2100设置在底座5100于试验台5200之间，同时水头供液装置3000设置在立柱5300上，且其在立柱5300上的位置可调。

进一步地，自动供液装置4000也设置在底座5100之上，且自动供液装置4000和称重机构2100在底座5100上的位置，分别设置立柱5300的两侧。试验台5200设置在称重机构2100之上，置于底座5100上的自动供液装置4000为支架5000的平衡提供平衡力，防止试验台5200在放置渗透装置1000时，因受力不均而导致支架5000倾翻。

本实施例中，称重机构2100包括第一支撑单元2110、第二支撑单元2120和称重单元2130。第一支撑单元2110和第二支撑单元2120分别设于底座5100与试验台5200之间，且称重单元2130设于第二支撑单元2120的顶部或底部，第一支撑单元2110和第二支撑单元2120的支撑高度可调。

上述，第一支撑单元2110和第二支撑单元2120能够分别对试验台5200形成支撑，且在第二支撑单元2120对试验台5200形成支撑时，称重机构2100能够对试验台5200以及其上的渗透装置1000进行称重。当无需对散体介质的质量进行测量时，可以使得第二支撑单元2120解除对试验台5200的支撑，第一支撑单元2110支撑试验台5200。通过控制第一支撑单元2110和第二支撑单元2120对试验台5200的交替支撑，从而减少称重单元2130的压力，延长称重单元2130的使用寿命。

如图4所示，第一支撑单元2110和第二支撑单元2120分别包括固定件2111和伸缩件2112，第一支撑单元2110的固定件2111固定在底座5100上，第二支撑单元2120的固定件2111与底座5100之间夹设有称重机构2100。由于渗透装置1000、试验台5200和第二支撑单元2120的质量一定，因此，称重单元2130所测得的质量减去渗透装置1000、试验台5200和第二支撑单元2120的质量即为散体介质的质量。

称重单元2130可以为现有的秤，具体可以为机械仪表显示的秤或是具有数字仪表的电子秤。

第一支撑单元2110和第二支撑单元2120还包括升降手轮2113，升降手轮2113设置在固定件2111上。升降手轮2113上同轴连接有齿轮，伸缩件2112上设有与齿轮相啮合的齿条，通过升降首轮的转动，从而能够驱动伸缩件2112升降。当然还可以为，固定件2111和伸缩件2112所组成的伸缩结构的内部设有螺杆螺母机构，升降手轮2113通过锥齿轮副改变传动方向，传动螺杆上驱动螺杆转动，升降件连接在螺母上，螺杆的转动转化为螺母的移动，从而使得升降件相对固定件2111产生了升降。另外，第一支撑单元2110和第二支撑单元2120除了可以为手动升降机构以外，还可以为电动升降机构，如电机齿轮齿条机构、电机滚珠丝杠机构、直线气缸机构等。

如图5所示，进一步地，称重机构2100还包括限位单元2140，第一支撑单元2110和第二支撑单元2120设于试验台5200的底面，限位单元2140和渗透装置1000设于试验台5200的顶面上且分别位于第一支撑单元2110和第二支撑单元2120的两侧，限位单元2140对试验台5200的抵接位置可调。

由此，限位单元2140用于对试验台5200的顶面形成支撑，且与渗透装置1000分别为试验台5200的两侧，使得试验台5200的受力更加平衡，防止试验台5200由于渗透装置1000单边压力而造成称重不准确的情况产生。

同样地，限位单元2140包括限位件2141和限位手轮2142，限位手轮2142上连接有螺杆，限位件2141上连接有螺接在螺杆上的螺母，从而通过转动限位手轮2142能够调节限位件2141升降，进而使得限位件2141始终对试验台5200的顶面形成推顶。

本实施例中，试验台5200上还设有水平仪5210，水平仪5210可以为机械式或电子式，通过调节限位单元2140对试验台5200的限位位置，使得试验台5200始终保持水平，进而保证对散体介质的体积、质量测定的准确性。试验台5200上还设有凹槽，用于放置渗透容器1100，对渗透容器1100进行定位、限位。

支架5000的立柱5300为非回转体，如为方柱，试验台5200与立柱5300的连接结构为与方柱相配合的方框。由此使得试验台5200连接在立柱5300上时，相对立柱5300的转动受到限制，仅具有相对立柱5300滑动的自由度。

水头供液装置3000包括水头供液容器3100、滑座3200和驱动机构3300。水头供液容器3100设置在滑座3200上，滑座3200通过驱动机构3300可滑动地连接在立柱5300上。通过驱动机构3300能够驱动滑座3200的升降，从而调节水头供液容器3100的高度，进而使得水头供液装置3000具有不同供液高度和供液速度。

如图6所示，本实施例中，驱动机构3300包括电机3310、齿轮3320和齿条3330，电机3310固定在滑座3200上，齿轮3320连接在电机3310的输出轴上，齿条3330连接在立柱5300上或者直接设置在立柱5300上。电机3310带动齿轮3320转动时，齿轮3320在齿条3330上移动，从而使得滑座3200相对立柱5300滑动。

进一步地，滑座3200包括承重台3210、连接主臂3220、连接副臂3230和斜支撑杆3240，承重台3210与连接主臂3220连接，连接副臂3230与承重台3210之间通过斜支撑杆3240连接，连接主臂3220和连接副臂3230分别可滑动地连接在立柱5300上。滑座3200与立柱5300之间形成稳定的三角形结构，对供液容器具有更好的稳定支撑效果。

连接主臂3220和连接副臂3230处可以采用两个电机3310进行驱动，当然也可以采用一个电机3310通过同步带进行同步驱动，使得连接主臂3220和连接副臂3230上的齿轮3320的动作同步性更好。

可以理解的是，驱动机构3300除了可以采用电动驱动的方式，还可以采用手动驱动的方式

如图7所示，水头供液容器3100用于盛装入渗液，将入渗液供给至渗透装置1000。水头供液容器3100包括供水腔3110和回水腔3120，供水腔3110中的液体达到一预设高度后流入至回水腔3120中。供水腔3110为渗透装置1000供水，自动供液装置4000为供水腔3110供水，回水腔3120与自动供液装置4000连通。

由此，能够保证水头供液容器3100中的入渗液始终在稳定的高度上，也就是始终在供水腔3110与回水腔3120的连通高度上，从而能够为渗透装置1000提供稳定压力、流速的入渗液。水头供液容器3100设有分隔板3130，分隔板3130将水头供液容器3100分隔成供水腔3110和回水腔3120。供水腔3110和回水腔3120的连通可以在分隔板3130之上的空间，也可以通过在分隔板3130上打连通孔，从而使得两个腔体形成连通。

水头供液容器3100的靠近顶部的侧面上设有集水管3140，集水管3140与供水腔3110连通，并通过软管与自动供液装置4000连通。水头供液容器3100的底部设有回水管3150，与回水腔3120连通，并通过软管与自动供液装置4000连通。由此自动供液装置4000通过集水管3140为供水腔3110供给液体，当供水腔3110中的液体达到与回水腔3120连通的高度后，向回水腔3120溢水，回水腔3120中的水通过自身的重力回流至自动供液装置4000中，既保证了水头供液容器3100中供液的液面高度，又将多余的入渗液回收。

进一步地，水头供液容器3100的底部还设有与供水腔3110连通的清洗管3160。由于清洗管3160和回水管3150均设于水头供液容器3100的底部，因此，二者上分别设有控制其通断的开关阀。

水头供液容器3100上还设有供水管3170，供水管3170通过软管与渗透装置1000连通，供水管3170上设有控制该连通通路通断的供水阀3171，供水阀3171是一种流量控制阀，可以通过控制其开度，从而控制水头供液装置3000的供液流量。可以理解的是，供水阀3171可以为电液比例流量阀还可以手动控制流量阀。

自动供液装置4000包括自动供液容器4100、供液泵4200、搅拌桨4300和搅拌驱动组件4400，搅拌桨4300设于自动供液容器4100内，搅拌驱动组件4400驱动搅拌桨4300转动从而对自动供液容器4100内的液体进行搅拌，从而使得其中的液体更加均匀，有效地防止液体中的悬浮物沉降、将管路堵塞等问题产生。同时使得自动供液装置4000对水头供液装置3000所供给的液体更加均匀，进而对渗透装置1000的供液更均匀，对于散体介质的渗透性研究更加准确。

供液泵4200可将自动供液容器4100中的液体泵入至水头供液装置3000中，也就是供液泵4200的泵液方向为由自动供液容器4100到水头供液容器3100。自动供液容器4100的顶面上设有供液管4110和回液管4120，供液管4110一端延伸至自动供液容器4100的底部，另一端由自动供液容器4100的顶部伸出，并连接有供液泵4200，供液泵4200的输出端通过软管与水头供液容器3100上的集水管3140连通。回液管4120通过软管与水头供液容器3100上的回水管3150连通。水头供液容器3100上还设有备用管口4130，底部设有排液管4140，排液管4140上设有排液阀。

进一步地，搅拌桨4300包括搅拌轴4310和叶片4320，搅拌轴4310连接在搅拌驱动组件4400的输出轴上，叶片4320连接在搅拌轴4310的两侧，叶片4320的延伸方向沿搅拌轴4310的轴向。同时每一叶片4320包括有多个倾斜间隔分布的单元叶片4321，单元叶片4321相对水平方向倾斜设置，且两个叶片4320上的单元叶片4321的切斜方向相反。由此使得搅拌桨4300在搅拌是，两个叶片4320的搅流方向相反能够使得其所搅拌的液体产生更大的紊流，对于液体的均匀搅拌起到更好的作用。

搅拌驱动组件4400为电驱动组件，包括电机和减速机，电机的输出轴与减速机的输入轴连接，减速机的输入轴与搅拌轴4310连接，从而在降低搅拌速度的同时，使得搅拌的动力更加强劲。搅拌驱动组件4400设置在自动供液容器4100的底部的机舱内，与自动供液容器4100中的液体进行密封隔离，由此保证搅拌驱动组件4400的使用寿命。

上述，各部分与入渗液接触的位置，均采用抗酸碱材料。

本渗透试验系统的使用方法：

(1)试验前检查

①检查称重机构2100的第一支撑单元2110、第二支撑单元2120能否正常升降，称重单元2130能够正常运作；

②检查水头供液装置3000的驱动机构3300能够正常运作，以及水头供液容器3100的分隔板3130的水密性；

③自动供液装置4000的搅拌桨4300是否能够正常运作、搅拌桨4300是否完整、供液泵4200能否正常抽水，以及自动供液容器4100的水密性。

④检查渗透容器1100上的出水口1120、溢水口1110和测压管1600是否通畅，并检查测压管1600的水密性；

⑤检查各个管口的阀门是否有效，检查各个管口之间的连接是否通常(采用抗酸碱的透明软管)。

(2)试验过程

完成以上检查后，准备好需要入渗的渗滤液，以及作为入渗介质的散体颗粒，而后将散体颗粒装填至渗透容器1100中。填装时渗透容器1100能够自试验台5200上取下，在装填散体介质的过程中，应分层装填，接下来是试样饱和阶段，饱和过程从下至上。将自动供液装置4000的供水管3170与出水口1120通过软管连通，控制供水阀3171的开度，等该层介质表面出现潮湿即饱和完成。

每装填一层需要及时饱和，在装填的过程中需要完成散体颗粒质量测定。第一层介质装填压实后，将渗水容器置于试验台5200上，此时整个的试验台5200是基本水平的，接下来旋转第二支撑单元2120上的升降手轮2113，使其伸缩件2112接触试验台5200底面，然后降下第一支撑单元2110的伸缩件2112。然后通过转动限位手轮2142调节限位单元2140的限位件2141，使得限位件2141与试验台5200的顶面接触。再此调节第二支撑单元2120的升降手轮2113，观察水平仪5210，使得水平仪5210达到水平(如水泡居中)时，完成第二支撑单元2120的升降手轮2113的调节，此时记下称重单元2130的读数m₁和第一层散体介质的高度h₁(装填第一层散体介质前，需对渗透容器1100及其内部底层的防散体颗粒流失的部件及碎石进行一次质量M测试，并记录读数，操作过程同上)。

而后再对该散体介质进行饱和，饱和后，关闭出水口1120上的阀门，拔出软管，再次转动第一支撑单元2110的升降手轮2113，观察水平仪5210，使水泡居中，保证试验台5200水平，此时同样记下称重单元2130的读数m₁’，接下来取下渗水容器。装填介质第二层，装填后，重复上面第一层介质压实后的步骤，第三层也一样，二、三层装填数据记录分别用m₂，h₂，m₂’，m₃，h₃，m₃’，试验过程所记录的数据及其含义参阅下表。

数据记录完以后，将第一支撑单元2110的伸缩件2112上升与试验台5200的底面接触，同时用限位单元2140对试验台5200进行固定，而后将第二支撑单元2120的伸缩件2112下降与试验台5200的底面分离。

接下来让渗水容器静置一段时间使介质充分饱和，饱和后，关闭出水口1120上的阀门，准备开始试验。试验时，出水口1120所接软管通过调整水头差控制尺1400上的水头差调节栓改变入渗水头差。常水头渗透试验中要求首次调整水头差软管应位于试样上部1/3处，然后将供水管3170与入渗漏斗1800用透明软管连通。接下来，打开供水阀3171，使入渗液流入渗透容器1100内，调整供水阀3171的开度，以使渗透容器1100的溢水口1110均匀流出入渗液，形成常水头条件。而后打开出口上的阀门，同样控制阀门的开度，渗滤液逐渐从出水口1120流出。过程中再逐渐调整供水阀3171的开度，保证常水头的条件，并移动水头差调节栓，逐渐调整至渗透容器1100一侧的三根测压管1600都有水渗出，作为试验开始的标志。等三根测压管1600读数稳定后，将出渗液收集器1300中出渗水清空，按下秒表，根据出渗水流速，确定渗透试验时间，测定过程中，记录测压管1600稳定时的读数。

根据土工实验规范要求，渗透系数为3个不同△H(高度差)条件下所计算出的渗透系数的均值，因此，接下来再改变(逐渐降低)两次出水口1120的高度，再分别记录数据，经计算整理后，三组数据的平均值，即为现状条件下，散体颗粒的渗透系数，具体数据记录参考土工实验规范中的常水头渗透试验记录表。

常水头渗透试验-散体介质密度测定数据记录表

针对不同研究内容，试验具体的操作过程如下：

(1)通过改变渗透容器1100内散体介质的压实度，研究不同压实度条件下，散体介质的渗透特性变化情况：

不同压实度条件下，颗粒的排列紧密程度会受到影响，尤其反映在内部孔隙通道上，而渗透特性反映的就是入渗液通过介质内部孔隙通道的能力，内部孔隙通道发生变化，会对原介质渗透性产生影响。试验一般步骤同上述“使用方法”，不同点在于分层压实介质时，根据研究具体需要，人为改变其压实程度(通过密度反映)，更换时，需将渗透容器1100清洗干净，检查各管口连通情况。

(2)通过更换不同种类的散体颗粒介质进行渗透试验，研究不同散体介质渗透性之间的差异性：

不同类型的散体颗粒介质，由于其不同的物理化学特性，其对水的相互作用不一样，会出现渗透特性随材料不同而形成的差异。试验一般步骤同上述“使用方法”，不同点在于更换不同种类的散体颗粒，更换时，需将渗透容器1100清洗干净，检查各管口连通情况。

(3)通过改变不同级配的散体颗粒，可研究散体颗粒级配对散体颗粒介质渗透性的影响：

散体颗粒的组成反映粒径分布的均匀程度和级配的优劣，决定其渗透性能、压缩和剪切强度等性能，因此，不同级配散体颗粒条件下其渗透特性也是存在差异的，其规律有助于进一步探索级配对散体颗粒渗透性的影响研究。试验一般步骤同上述“使用方法”，不同点在于事先根据设定好的级配百分比，制备不同级配的散体颗粒介质，同样，更换时，需将渗透容器1100清洗干净，检查各管口连通情况。

(4)通过改变入渗液酸碱性，来研究不同水环境(化学条件)对散体颗粒介质渗透性的影响：

散体颗粒处于不同水环境中，长时间浸泡，都会对入渗介质结构产生影响，改变其入渗通道大小，从而形成动态的渗透特性，因此，其规律有助于分析现状不同水环境下散体颗粒介质的渗透性。试验一般步骤同上述“使用方法”，不同点在于事先在自动供液容器4100中制备好预先设定的不同PH的溶液，并打开搅拌桨4300，使溶液充分混合搅拌均匀，试验时，需佩戴防腐蚀的手套。

(5)通过改变入渗液中悬浮质浓度，来研究悬浮质浓度(物理条件)对散体颗粒介质渗透性的影响：

改变入渗液中悬浮颗粒的大小，并保证搅拌系统持续运行，保证悬浮质一直处于悬浮状态，此时供液泵4200出水管不与水头供液容器3100的集水管3140连通，而与清洗管3160连通，其目的在于保证进入水头供液容器3100内的悬浮液保持运动状态，避免沉积造成入渗液浓度偏离设计值，也为避免悬浮质沉积造成入渗管口堵塞。悬浮颗粒的大小不一样，产生的沉积特点也会不一样，有的沉积在表面，有的沉积在内部，都会对原结构的渗透介质渗透性产生影响。

本实施例的渗透试验系统至少具有如下有益效果：

1.可通过改变渗透筒内散体介质的压实度，研究不同压实度条件下，散体介质的渗透特性变化情况；可通过更换不同种类的散体颗粒介质进行渗透试验，研究不同散体介质渗透性之间的差异性；通过改变不同级配的散体颗粒，可研究散体颗粒级配对其渗透性的影响；还可通过改变入渗液(渗滤液)离子浓度、悬浮质浓度等条件，来研究不同入渗液条件对散体颗粒介质渗透性的影响。

2.设置自动供液装置4000，且具有搅拌桨4300，如若采用悬浮液入渗，则搅拌部分可实现自动化，可节省大量的人力和物力，且能够提高入渗液的均匀程度。

3.设置散体密度测量装置2000，其包括称重机构2100，并借助于渗透同期上的透明体积测量刻度尺作为体积测量机构，可以测定不同情况下作为入渗介质的散体颗粒的密度，从而更为精确地实现散体颗粒密度与渗透系数的一一对应，其结果更可靠，更具有实际参考性。

4.水头供液容器3100分为供水腔3110和回水腔3120，不仅可保证试验过程所需的渗滤液量和入渗压力，也可实现多余入渗液回流，即实现滤液循环利用，溢水口1110处同样采用软管连通自动供液容器4100，同样实现入渗液的循环利用。

5.各部分与入渗液接触的位置，均采用抗酸碱材料，可实现物理环境、化学环境或耦合条件下的试验研究，并且在需要观测现象的位置采用透明材料，可辅助对试验过程的研究。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.渗透试验系统，其特征在于，包括：

渗透装置，用于盛装散体颗粒；

水头供液装置，用于向所述渗透装置中供给入渗液，且其供给入渗液的压力、流速、流量可调；以及，

自动供液装置，用于为所述水头供液装置供给入渗液。

2.根据权利要求1所述的渗透试验系统，其特征在于，所述密度测量装置包括称重机构和体积测量机构，所述称重机构用于测量所述渗透装置中的散体颗粒堆积物的质量，所述体积测量机构为用于测量所述渗透装置中的散体颗粒堆积物的体积的量尺。

3.根据权利要求2所述的渗透试验系统，其特征在于，所述体积测量机构为设于所述渗透装置上刻度尺。

4.根据权利要求2所述的渗透试验系统，其特征在于，所述水头供液装置的供液高度可调，所述水头供液装置和所述渗透装置上的连通管道上设有流量调节阀。

5.根据权利要求3所述的渗透试验系统，其特征在于，所述渗透试验系统还包括支架，所述支架包括底座、试验台和立柱，所述立柱连接在所述底座上，所述试验台可滑动地设于所述立柱上且与所述底座平行设置；

所述称重机构可支撑于所述底座与所述试验台之间；

所述水头供液装置位置可调地连接在所述立柱上。

6.根据权利要求5所述的渗透试验系统，其特征在于，所述称重机构包括第一支撑单元、第二支撑单元和称重单元，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元分别设于所述底座与所述试验台之间，且所述称重单元设于所述第二支撑单元的顶部或底部，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元的支撑高度可调。

7.根据权利要求6所述的渗透试验系统，其特征在于，所述称重机构还包括限位单元，所述第一支撑单元和所述第二支撑单元设于所述试验台的底面，所述限位单元和所述渗透装置设于所述试验台的顶面上且分别位于所述第一支撑单元和所述第二支撑单元的两侧，所述限位单元对所述试验台的抵接位置可调。

8.根据权利要求1所述的渗透试验系统，其特征在于，所述渗透装置包括渗透容器以及设于所述渗透容器中的缓冲网，所述渗透容器顶面上设有渗透进水口，入渗液依次流经所述渗透进水口和所述缓冲网后流入所述渗透容器中。

9.根据权利要求1所述的渗透试验系统，其特征在于，所述水头供液装置包括水头供液容器，所述水头供液容器包括供水腔和回水腔，所述供水腔中的液体达到一预设高度后流入至所述回水腔中；

10.根据权利要求1所述的渗透试验系统，其特征在于，所述自动供液装置包括自动供液容器、供液泵和搅拌桨，所述搅拌桨设于所述自动供液容器内，所述供液泵可将所述自动供液容器中的液体泵入至所述水头供液装置中。