CN110286074A - 同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种同时测定原状土渗透系数‑有效孔隙度‑给水度的仪器，包括供水单元、流量测定单元、液体均分单元、渗流单元、水头测定单元、检测单元和体积测定单元。本发明提供的仪器可通过溶质替换方法获得原状土试样有效孔隙度，可通过定水头或变水头法测定试样渗透系数，同时可通过重力疏水法测定原状土试样的给水度；本发明通过带有不透水弹性薄膜的测压管所组成的水头测定单元可避免由于测压管毛细作用引起的误差，同时也可避免测压管内液体对渗流的影响，提高了实验精度。
Description
技术领域
本发明涉及岩土参数测定领域，尤其涉及一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器。
背景技术
渗透系数、有效孔隙度和给水度是水文地质领域中极为重要的基本参数，在水文地质、工程地质及岩土工程中有重要指导意义。尤其是在水文地质分区中三个基本参数可互相预测估算，通过测定同种或同类型岩土的渗透系数、有效孔隙度和给水度，分析各参数之间的相关关系，可有效提高野外水文地质的效率和精度。
岩土的渗透系数为单位水力梯度下的单位流量，即达西流速与水力梯度的比值。岩土的有效孔隙度度为重力水流动的孔隙体积(不包括不连通的死孔隙和不流动的结合水所占据的空间)与岩石体积(包括孔隙体积)之比。岩土的给水度为饱和岩土在重力作用下排出的水量与岩土体积的比值。现有装置通常只能测定孔隙度，不能测定岩土的有效孔隙度，实际工程意义不足。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种结构简单、操作简便的同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器。
本发明提供一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器，包括供水单元、流量测定单元、液体均分单元、渗流单元、水头测定单元、检测单元和体积测定单元，所述供水单元包括水箱和高度调节装置，所述水箱固定于高度调节装置上，所述水箱的中部设有挡板，所述挡板将水箱分隔为两个完全相同的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体内注入去离子水，所述第二腔体内注入氯化钠溶液；所述流量测定单元包括第一电子流量计和第二电子流量计，所述第一电子流量计设置在第一腔体和液体均分单元之间，所述第二电子流量计设置在第二腔体和液体均分单元之间；所述液体均分单元包括液体分流器和换液器，所述液体分流器位于渗流单元上，所述液体分流器包括液体分流器入口，所述液体分流器入口与换液器的中心连通，所述换液器包括换液器进水口和旋钮，旋转换液器的旋钮使换液器进水口与第一腔体或第二腔体连通从而将去离子水或氯化钠溶液注入渗流单元内；所述渗流单元包括原样柱，所述原样柱的内部填充土样，去离子水或氯化钠溶液流经土样发生渗流，所述液体分流器位于原样柱的顶端并且与原样柱连通；所述水头测定单元由若干测压管组成，所述测压管与原样柱连通，所述测压管用来观测原样柱内的水位降深；所述检测单元包括电阻率传感器，所述电阻率传感器位于渗流单元内；所述体积测定单元包括集水容器和压力传感器，所述集水容器位于压力传感器的上方，所述集水容器用来收集从原样柱流出的液体。
进一步地，所述第一腔体中设有低于水箱高度的第一溢水板，所述第一溢水板将第一腔体分隔为第一供水腔和第一溢流腔，所述第二腔体中设有低于水箱高度的第二溢水板，所述第二溢水板将第二腔体分隔为第二供水腔和第二溢流腔，所述水箱的侧壁上设有第一供水口、第二供水口，所述第一供水口与第一供水腔连通，所述第二供水口与第二供水腔连通，所述第一供水口连接第一供水管的进水端，所述第二供水口连接第二供水管的进水端，通过旋转换液器的旋钮将第一供水管的出水端或第二供水管的出水端与换液器进水口连通。
进一步地，所述第一电子流量计设置在第一供水管上，所述第二电子流量计设置在第二供水管上。
进一步地，所述测压管上刻画有刻度线，所述测压管与原样柱的连通处设有不透水弹性薄膜。
进一步地，所述高度调节装置包括底座、两个加强板、滑动柱、水箱支座和滑动调节器，所述底座的中心开有圆孔，所述滑动柱插入底座的圆孔，所述加强板的一端铰接在底座上，另一端相互铰接在滑动柱的底部，所述滑动柱上沿轴向设有卡扣，所述滑动调节器套于滑动柱上能够沿着滑动柱上下滑动并且通过卡扣限位，所述水箱支座固定于滑动调节器上。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的仪器可通过溶质替换方法获得原状土试样有效孔隙度，可通过定水头或变水头法测定试样渗透系数，同时可通过重力疏水法测定原状土试样的给水度；本发明通过带有不透水弹性薄膜的测压管所组成的水头测定单元可避免由于测压管毛细作用引起的误差，同时也可避免测压管内液体对渗流的影响，提高了实验精度；本发明利用电子流量计测定渗流流速可避免由人手工体积法测定产生的误差，操作简单便捷；本发明通过压力传感器测定重力疏水量可有效避免人为观测的误差，同时结合水头测定单元可测定不同降深对应给水度。
附图说明
图1是本发明一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器的结构示意图。
图2是本发明一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器的水头测定单元的细节示意图。
图3是本发明一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器的水箱的正视图。
图4是本发明一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器的水箱的俯视图。
图5是本发明一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器的换液器的俯视图。
图6是本发明一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器的换液器外壁的示意图。
图7是本发明一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器的换液器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器，包括供水单元、流量测定单元3、液体均分单元4、渗流单元5、水头测定单元6、检测单元7和体积测定单元8。
参考图3和图4，供水单元包括水箱1和高度调节装置2，水箱1固定于高度调节装置2上，水箱1的尺寸为22cm*20cm*10cm，水箱1的中部设有挡板11，挡板11竖直设置，挡板11将水箱1分隔为两个完全相同的第一腔体和第二腔体，第一腔体中设有低于水箱1高度的第一溢水板12，第一溢水板12将第一腔体分隔为第一供水腔13和第一溢流腔14，第二腔体中设有低于水箱1高度的第二溢水板15，第二溢水板15将第二腔体分隔为第二供水腔16和第二溢流腔17，水箱1的侧壁上设有第一供水口111、第二供水口112、第一进水口113、第二进水口114、第一排水口115、第二排水口，第一供水口111和第一进水口113均与第一供水腔13连通，第二供水口112和第二进水口114均与第二供水腔16连通，第一排水口115与第一溢流腔14连通，第二排水口与第二溢流腔17连通，第一供水口111连接第一供水管1111的进水端，第二供水口112连接第二供水管1121的进水端，第一进水口113连接第一进水管1131，第一排水口115连接第一排水管1151，第一排水管1151通过第一三通接口1152与第一进水管1131连通，位于第一三通接口1152与第一进水口113之间的第一进水管1131上设置第一微型水泵1132，通过第一微型水泵1132将水体抽入第一供水腔13，当第一供水腔13中的水位高度高于第一溢水板12时，多余的水流入第一溢流腔14，通过第一排水口115和第一排水管1151流出，流入第一进水管1131再次利用；第二进水口114连接第二进水管，第二排水口连接第二排水管，第二排水管通过第二三通接口(图中未示)与第二进水管连通，位于第二三通接口与第二进水口114之间的第二进水管上设置第二微型水泵，通过第二微型水泵将NaCl溶液抽入第二供水腔16，当第二供水腔16中的液位高度高于第二溢水板15时，多余的NaCl溶液流入第二溢流腔17，通过第二排水口和第二排水管流出，流入第二进水管再次利用，第一供水管1111和第二供水管1121的直径为1cm，第一溢水板12和第二溢水板15的高度小于挡板11的高度。
高度调节装置2包括底座21、两个加强板22、滑动柱23、水箱支座24和滑动调节器25，底座21为边长15cm的正方形铁板，底座21的中心开有直径3cm的圆孔，滑动柱23插入底座21的圆孔，加强板22的一端铰接在底座21上，另一端相互铰接在滑动柱23的底部，滑动柱23上沿轴向设有卡扣26，卡扣26为延伸长度0.2cm的限位凸起，卡扣26间距为1cm，滑动调节器25套于滑动柱23上能够沿着滑动柱23上下滑动并且通过卡扣26限位，水箱支座24固定于滑动调节器25上，水箱支座24的材质为有机玻璃板，规格为22cm*20cm*1cm，水箱1固定设置在水箱支座24上。
流量测定单元3包括第一电子流量计31和第二电子流量计32，第一电子流量计31设置在第一供水管1111上，第二电子流量计32设置在第二供水管1121上，第一电子流量计31和第二电子流量计32均带有显示屏。
参考图1和图4，液体均分单元4位于渗流单元5上，液体均分单元4包括溢水管41、液体分流器42和换液器43，液体分流器42包括液体分流器入口421，溢水管41和液体分流器42连通，参考图5、图6和图7，换液器43由换液器进水口431、挡水板432、旋钮及换液器外壁433组成，换液器外壁433的直径为10cm，内壁直径为7cm，换液器外壁433上设置第一换液器接口434和第二换液器接口435，第一换液器接口434连接第一供水管1111的出水端，第二换液器接口435连接第二供水管1121的出水端，换液器进水口431的直径为1cm，旋钮旋转连接在换液器43的上端，通过旋转旋钮将第一换液器接口434或第二换液器接口435与换液器进水口431连通进而使第一供水管1111的出水端或第二供水管1121的出水端与换液器进水口431连通，挡水板432设置在换液器外壁433的内侧，换液器43的中心与液体分流器入口421连通，液体分流器42由原样柱渗流板、固定管和1块以上筛板构成，原样柱渗流板和各筛板从下至上顺序分布于固定管中，原样柱渗流板和筛板均为孔板，原样柱渗流板与筛板的孔径和孔分布密度均不相同，溢水管41连通于原样柱渗流板与位于底部的筛板之间，液体分流器入口421的直径为2cm。
渗流单元5包括原样柱51、密封座52、底部滤板53和支撑组件，液体分流器42位于原样柱51的顶端并且与原样柱51连通，原样柱51固定于支撑组件中，原样柱51的材质为玻璃，原样柱51的内部填充土样，原样柱51的侧面开设若干均匀排列的两两间隔10cm的小孔511(如图2所示)，密封座52与原样柱51的下端连接，用来封闭原样柱51，底部滤板53位于原样柱51的下方并且固定于密封座52中，底部滤板53与密封座52构成检测腔，原样柱51由1个以上空心柱拼接构成，空心柱的端部为楔形凸边或与楔形凸边相匹配的楔形凹槽，位于顶部的空心柱顶面为平面，密封座52的上端为楔形凹槽或楔形凸边，密封座52与原样柱51通过楔形凹槽与楔形凸边扣合连接；支撑组件包括支撑板54、支撑柱55、固定环56和支撑固定器57，支撑板54为20cm*5cm*1cm的长条形铁板，支撑柱55为长70cm、直径3cm圆铁柱，支撑柱55下部焊接在支撑板54上，固定环56固定在空心原样柱51相接处，固定环56由两个耳状半圆环通过螺纹紧固件58连接构成，耳状半圆环半径为11cm、高3cm，可将空心原样柱51紧紧固定，耳状半圆环两侧开有依次开有直径1cm、0.5cm的螺孔，其中直径1cm螺孔一侧一个，0.5cm螺孔一侧两个，在原样柱51两侧的耳部通过螺纹紧固件58将固定环56与原样柱51固定，支撑固定器57由两个半径为1.5cm、高3cm的耳状半圆环组成，两侧耳部分别开有两个直径0.5cm的螺孔，支撑固定器57与固定环56之间通过靠近原样柱51的两个0.5cm螺孔旋紧螺钉固定。
水头测定单元6由若干测压管61构成，测压管61内装入含颜料的不易挥发的低密度液体，测液管61通过测压管导管62连接在原样柱51的小孔511处，测压管61与原样柱51的连通处设有不透水弹性薄膜63，测压管61刻画有刻度线，可通过液面所处刻度线变化得到不透水弹性薄膜63的形变大小。
检测单元7包括显示器71、转子流量计72和1个以上电阻率传感器73，转子流量计72设置在连接于密封座52的下端的流量测定管74上，且与检测腔连通，电阻率传感器73位于检测腔中，显示器71位于检测腔的外侧并且通过导线与电阻率传感器73电性连接，流量测定管74上设置排水阀75。
体积测定单元8包括集水容器81和压力传感器82，集水容器81位于压力传感器82的上方，集水容器81用来收集从流量测定管74流出的液体，压力传感器82与电脑相连可通过软件绘制压力与时间函数曲线。
本发明提供的一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器的具体工作原理及操作方法如下：
供水及流量控制原理:
第一进水管1131连接去离子水箱，通过第一微型水泵1132将去离子水抽入第一供水腔13，调节第一供水管1111的出水量和第一溢水板12的高度改变第一溢流腔14的溢流量，第二进水管连接NaCl溶液箱，通过第二微型水泵将NaCl溶液抽入第二供水腔16，调节第二供水管1121的出水量和第二溢水板15的高度改变第二溢流腔17的溢流量，通过调整第一溢流腔14的溢流量和第二溢流腔17的溢流量可以调节渗流单元5中的水头和流量。
向渗流单元5的原样柱51供水，使土体饱和作为测定有效孔隙度、给水度及渗透系数(变水头法)的第一步；当恰好调节阀门使原样柱51时刻处于饱和且不溢出时，可通过第一电子流量计31读出渗流单元5流速进而计算得到原状土渗透系数，原状土渗透系数的计算公式为：
K为原状土渗透系数，v为第一电子流量计31的读数，A为原样柱51的横截面积，原样柱51的横截面积的计算公式为：
A＝πr2
式中，r为原样柱51的半径；
降深观测及水头测定原理：
如图2a、图2b所示，通过观察测压管61中水位变化可在变水头法测定渗透系数时较为准确的观测到水位降深，避免湿润锋与水位线不一致导致的误差，为变水头法测定低渗透性土样时数据处理减小误差，通过测压管61水位可计算得到该处水头值，通过不透水弹性薄膜63可防止在测压管导管62处由于管口过小导致的毛细作用，可减小测压管61的设计直径以减小测压管61对渗流的影响；不透水弹性薄膜63可在测定给水度时防止由于测压管61中液体排出导致的误差。
某一位置的水头值的计算公式为(如图2c,2d)
Δh＝h1-h2
Δd＝d1-d2
ΔP＝ρgΔh+[f(d1)-f(d2)]
式中弹性膜产生压强与型变量有关函数f,函数关系由材料决定,r为测压管61的半径。
当形变很小时可认为
f(d1)-f(d2)＝f(d1+Δd)，
即
ΔP＝pg(Δh)+f(d1+Δd)
又因为d1由液体性质、多少及不透水弹性薄膜63的材料性质决定，故d1为常量，所以有
ΔP为某一位置的水头值，是一个与测压管61水位差有关的函数，由不透水弹性薄膜63性质及测压管61中液体密度决定。
体积测定单元原理：
流量测定管74的出水口应刚好接触到集水容器81底部且出水口尽量水平，以防止水流速度产生的误差。
当恰好调节阀门和第一溢水板12、第二溢水板15高度使原样柱51时刻处于饱和且不溢出时，可通过第一电子流量计31读出渗流单元5流速进而计算得到原状土渗透系数。
当测定给水度时可通过压力传感器82不同时刻对应数据比对应时刻降深得到不同降深对应的给水度。
当使用定水头法测定渗透系数时可通过压力传感器82的数据得到渗流流出体积和时间的关系，进而计算渗透系数。
具体操作步骤如下：
本发明的仪器既可以同时测定渗透系数、有效孔隙度和给水度，还能单独测定某一或两个参数。对于不同性质的土样操作有所不同；粗粒土(中粗砂等)的测定流程如下：
(1)准备阶段：
连接仪器，打开供水阀门和排水阀75检查压力传感器82数据变化与第一流量计31读数是否符合。检查测压管61是否漏液，不透水弹性薄膜63是否破损。检查无误后关闭供水阀门排出水，并关闭排水阀75。
将准备好的土样装入渗流单元5内，读出并记录各测压管61数值。
(2)渗透系数测定阶段：
打开供水阀门，使土体饱和。打开排水阀75调节供水阀门及第一溢水板12的高度使土样时刻处于饱和且不溢出水。
读出并记录第一电子流量计31的读数，得到供水流量，此时渗流单元5内流量与供水流量相等，记作Q，因此渗透流速v的计算公式为：
式中，A为渗流单元5的内截面积。
读出各测压管61新的读数，代入公式得到各位置水头值：
计算得到水力梯度I：
式中，L为两测压管61之间垂直距离。
计算得到渗透系数k：
(3)给水度测定阶段：
关闭排水阀75稍后再关闭供水阀门以确保土样饱和。
压力传感器82通电，打开排水阀75同时开始计时。
观察各测压管61，记录各液面高度下降至等于土样干燥时高度处的各对应时间。
将对应时间的压力传感器82数据和测压管61高度对比得到不同降深时的给水度。其中第i个测压管61对应降深为
Si＝H0-Hi
式中，Ho为潜水面初始高度，Hi为测压管61的高度，均以一给定0势能面起算。为避免水流对压力传感器82的影响可在测压管61液面降低到相应位置时停止计时同时关闭排水阀75，待压力传感器82数值稳定再记录。
第i个测压管61对应降深所对应的释出水体积为
式中，Pi为对应压力。
于是根据定义不同降深给水度为：
最大给水度为：
式中，Vm为释出水总体积，L为渗流单元5渗流长度即原样柱51长度。
(4)有效孔隙度测定阶段：
关闭供水阀门和压力传感器82电路，打开排水阀75，排出液体。
打开检测单元电路。
打开第一进水管1131和第二进水管，使第一供水腔13抽入去离子水体、第二供水腔16抽入浓度为0.2mol/L的NaCl溶液，旋转换液器43的旋钮，使第一进水管1131与换液器进水口431连通，去离子水体下渗至原样柱51。
当下部流量、电阻率读数稳定后，旋转换液器43的旋钮关闭第一进水管1131，同时关闭排水阀75，待液体分流器42内去离子水从溢水管41完全排尽旋转换液器43的旋钮使第二进水管与换液器进水口431连通，同时开始实时记录入渗时间T、电阻率R、流量Q；当达到0.1mol/L氯化钠所对应的电阻率R时，记录流量Q、累计时间T0.5；当达到0.2mol/L氯化钠所对应的电阻率R停止测定，记录累计时间T。
驱替液氯化钠的流量可由第二流量计32读数读出为Q，于是驱替液渗透流速为
有效孔隙度的计算公式为：
细粒土及细砂类的测定过程如下：
(1)准备阶段：
连接仪器，打开供水阀门和排水阀75检查压力传感器82数据变化与第一流量计31读数是否符合。检查测压管61是否漏液，不透水弹性薄膜63是否破损。检查无误后关闭供水阀门排出水，并关闭排水阀75。
将准备好的土样装入渗流单元5内，读出并记录各测压管61数值。
(2)渗透系数及最大给水度测定：
打开供水阀门和排水阀75，调节供水阀门及第一溢水板12高度使土体饱和。
打开压力传感器82，关闭供水阀门并开始计时。
记录各测压管61液面下降至等于土样干燥时高度处的各对应时间t,以及各测压管61相对某一零势能面高度H，并绘制t-lgH曲线。已知
根据曲线斜率求得渗透系数K，其中H_0为土样顶端对应零势能面高度，L为土样长度(渗流长度)。
待土样不再向外释出水分或压力传感器82数值稳定时得到最大释水量：
Pm为此时压力传感器82数值，根据定义可得到最大给水度为
其中Vm为释出水总体积，L为渗流单元渗流长度即原样柱51长度。
有效孔隙度的测定方法与粗粒土一致。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器，其特征在于，包括供水单元、流量测定单元、液体均分单元、渗流单元、水头测定单元、检测单元和体积测定单元，所述供水单元包括水箱和高度调节装置，所述水箱固定于高度调节装置上，所述水箱的中部设有挡板，所述挡板将水箱分隔为两个完全相同的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体内注入去离子水，所述第二腔体内注入氯化钠溶液；所述流量测定单元包括第一电子流量计和第二电子流量计，所述第一电子流量计设置在第一腔体和液体均分单元之间，所述第二电子流量计设置在第二腔体和液体均分单元之间；所述液体均分单元包括液体分流器和换液器，所述液体分流器位于渗流单元上，所述液体分流器包括液体分流器入口，所述液体分流器入口与换液器的中心连通，所述换液器包括换液器进水口和旋钮，旋转换液器的旋钮使换液器进水口与第一腔体或第二腔体连通从而将去离子水或氯化钠溶液注入渗流单元内；所述渗流单元包括原样柱，所述原样柱的内部填充土样，去离子水或氯化钠溶液流经土样发生渗流，所述液体分流器位于原样柱的顶端并且与原样柱连通；所述水头测定单元由若干测压管组成，所述测压管与原样柱连通，所述测压管用来观测原样柱内的水位降深；所述检测单元包括电阻率传感器，所述电阻率传感器位于渗流单元内；所述体积测定单元包括集水容器和压力传感器，所述集水容器位于压力传感器的上方，所述集水容器用来收集从原样柱流出的液体。
2.根据权利要求1所述的同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器，其特征在于，所述第一腔体中设有低于水箱高度的第一溢水板，所述第一溢水板将第一腔体分隔为第一供水腔和第一溢流腔，所述第二腔体中设有低于水箱高度的第二溢水板，所述第二溢水板将第二腔体分隔为第二供水腔和第二溢流腔，所述水箱的侧壁上设有第一供水口、第二供水口，所述第一供水口与第一供水腔连通，所述第二供水口与第二供水腔连通，所述第一供水口连接第一供水管的进水端，所述第二供水口连接第二供水管的进水端，通过旋转换液器的旋钮将第一供水管的出水端或第二供水管的出水端与换液器进水口连通。
3.根据权利要求2所述的同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器，其特征在于，所述第一电子流量计设置在第一供水管上，所述第二电子流量计设置在第二供水管上。
4.根据权利要求1所述的同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器，其特征在于，所述测压管上刻画有刻度线，所述测压管与原样柱的连通处设有不透水弹性薄膜。
5.根据权利要求1所述的同时测定原状土渗透系数-有效孔隙度-给水度的仪器，其特征在于，所述高度调节装置包括底座、两个加强板、滑动柱、水箱支座和滑动调节器，所述底座的中心开有圆孔，所述滑动柱插入底座的圆孔，所述加强板的一端铰接在底座上，另一端相互铰接在滑动柱的底部，所述滑动柱上沿轴向设有卡扣，所述滑动调节器套于滑动柱上能够沿着滑动柱上下滑动并且通过卡扣限位，所述水箱支座固定于滑动调节器上。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110940610A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-03-31 | 山东科技大学 | 破碎岩石非线性渗流试验系统及方法 |
| CN111208050A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-05-29 | 长江大学 | 一种等压渗流作用下不同流体对风化花岗岩渗透特性影响效应的比对方法及比对观测装置 |
| CN111366493A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-03 | 青海省柴达木综合地质矿产勘查院 | 一种盐湖卤水矿层密度水份孔隙度给水度的试验方法 |
| CN112268848A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-01-26 | 中国水利水电第十二工程局有限公司 | 粗粒土垂直渗透变形试验仪及实验方法 |
| CN112432885A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-03-02 | 西安理工大学 | 一种测量饱和土体渗流速率的装置和模型选定方法 |
| CN112525797A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-19 | 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 | 土体水平渗透系数测试装置 |
| CN113109239A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-07-13 | 江西理工大学 | 一种改良版多功能土柱渗透实验装置 |
| CN114216828A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-22 | 北京科技大学 | 一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置及方法 |
| CN115266532A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-11-01 | 河北工业大学 | 一种深部损伤岩石吸水量测试装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103425877A (zh) * | 2013-07-31 | 2013-12-04 | 湖北思高科技发展有限公司 | 基于多孔介质流固耦合模型的地质灾害预测系统和方法 |
| CN105651677A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-06-08 | 中国地质大学（武汉） | 一种可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪 |
| CN106124386A (zh) * | 2016-09-01 | 2016-11-16 | 中国地质大学（武汉） | 一种原状土有效孔隙度测定仪 |
| CN106600035A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-04-26 | 北京师范大学 | 基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法 |
| CN108344677A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-07-31 | 安徽理工大学 | 可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置 |
| CN109000967A (zh) * | 2018-09-20 | 2018-12-14 | 中国水利水电科学研究院 | 土石二元介质土柱的采集及水文参数测定的系统与方法 |
| CN109147047A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-04 | 北京师范大学 | 一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法 |
-
2019
- 2019-05-29 CN CN201910458848.1A patent/CN110286074A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103425877A (zh) * | 2013-07-31 | 2013-12-04 | 湖北思高科技发展有限公司 | 基于多孔介质流固耦合模型的地质灾害预测系统和方法 |
| CN105651677A (zh) * | 2016-03-08 | 2016-06-08 | 中国地质大学（武汉） | 一种可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪 |
| CN106124386A (zh) * | 2016-09-01 | 2016-11-16 | 中国地质大学（武汉） | 一种原状土有效孔隙度测定仪 |
| CN106600035A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-04-26 | 北京师范大学 | 基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法 |
| CN108344677A (zh) * | 2018-03-20 | 2018-07-31 | 安徽理工大学 | 可同时测定孔隙度、给水度与渗透系数的循环实验装置 |
| CN109147047A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-04 | 北京师范大学 | 一种渗渠型傍河水源地数值模型构建方法 |
| CN109000967A (zh) * | 2018-09-20 | 2018-12-14 | 中国水利水电科学研究院 | 土石二元介质土柱的采集及水文参数测定的系统与方法 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110940610A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-03-31 | 山东科技大学 | 破碎岩石非线性渗流试验系统及方法 |
| CN111208050A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-05-29 | 长江大学 | 一种等压渗流作用下不同流体对风化花岗岩渗透特性影响效应的比对方法及比对观测装置 |
| CN111366493A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-03 | 青海省柴达木综合地质矿产勘查院 | 一种盐湖卤水矿层密度水份孔隙度给水度的试验方法 |
| CN111366493B (zh) * | 2020-03-18 | 2022-07-29 | 青海省柴达木综合地质矿产勘查院 | 一种盐湖卤水矿层密度水份孔隙度给水度的试验方法 |
| CN112432885A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-03-02 | 西安理工大学 | 一种测量饱和土体渗流速率的装置和模型选定方法 |
| CN112268848A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-01-26 | 中国水利水电第十二工程局有限公司 | 粗粒土垂直渗透变形试验仪及实验方法 |
| CN112525797A (zh) * | 2020-11-27 | 2021-03-19 | 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 | 土体水平渗透系数测试装置 |
| CN113109239A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-07-13 | 江西理工大学 | 一种改良版多功能土柱渗透实验装置 |
| CN114216828A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-03-22 | 北京科技大学 | 一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置及方法 |
| CN114216828B (zh) * | 2021-11-23 | 2024-04-05 | 北京科技大学 | 一种测量溜井贮矿段物料空隙率的实验室装置及方法 |
| CN115266532A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-11-01 | 河北工业大学 | 一种深部损伤岩石吸水量测试装置 |
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