CN110320147A - 一种海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置及方法,上套筒连通于下套筒的上方,且上套筒内设置有橡胶套,其中,待测透水铺装试件位于所述橡胶套内,上套筒的侧壁上设置有第一测试口,下套筒的侧壁上设置有第二测试口,第一测试口及第二测试口与测压管相连通;下套筒内设置有斜板,下套筒的侧壁上开设有出水口,其中,第二测试口位于斜板的上方,出水口位于斜板最低端的位置处,出水管的一端与所述出水口相连通,出水管的另一端位于过滤筛的上方,过滤筛固定于集水箱的顶部开口位置处;模拟降雨系统通过流速计与喷头的入口相连通,该装置及方法能够测试在不同堵塞物质及不同降雨条件下透水材料的渗透性能衰变情况。
Description
技术领域
本发明属于海绵城市透水铺装领域,涉及一种海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置及方法。
背景技术
海绵城市是应对我国快速城镇化过程中出现的严重水环境问题而提出的一种新理念,透水铺装因其特殊的孔隙结构而具有良好的渗透性能,是海绵城市建设的重要举措,已得到广泛应用。透水铺装主要包括透水沥青路面、透水水泥混凝土路面和透水砖路面,可有效减小或消除城市暴雨洪涝灾害。因此,透水铺装渗透性能的优良对削减洪峰径流和控制错峰效果具有关键作用。
然而,透水铺装广泛应用于城市道路中,由于孔隙较大,经常会被道路环境的砂土、灰尘和异物所堵塞,从而很难发挥透水路面的功能,造成其渗透性能不断衰减,使用寿命缩短,增大了城市洪涝和冻融灾害发生的可能性。
由于不同透水路面结构的堵塞状况和环境条件不同,透水铺装的渗透性能衰减规律变化比较复杂。目前,传统的透水路面堵塞试验装置测定渗透性能衰减变化时,只是对原始路面材料的渗透系数进行测定,没有研究在不同堵塞物质、不同降雨条件下的透水材料的渗透性能衰变情况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置及方法,该装置及方法能够测试在不同堵塞物质及不同降雨条件下透水材料的渗透性能衰变情况。
为达到上述目的,本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置包括上套筒、下套筒、测压管、过滤筛、集水箱、模拟降雨系统、喷头、流速计及投料系统;
上套筒连通于下套筒的上方,且上套筒内设置有橡胶套,其中,待测透水铺装试件位于所述橡胶套内,上套筒的侧壁上设置有第一测试口,下套筒的侧壁上设置有第二测试口,第一测试口及第二测试口与测压管相连通;
下套筒内设置有斜板,下套筒的侧壁上开设有出水口,其中,第二测试口位于斜板的上方,出水口位于斜板最低端的位置处,出水管的一端与所述出水口相连通,出水管的另一端位于过滤筛的上方,过滤筛固定于集水箱的顶部开口位置处;
模拟降雨系统通过流速计与喷头的入口相连通;
当测定待测透水铺装试件的孔隙率时,则喷头位于上套筒的正上方;
当模拟堵塞物砂颗粒试验时,投料系统及喷头依次分别位于上套筒的正上方。
所述投料系统包括进料漏斗、支撑架及振动筛;
进料漏斗固定于支撑架的顶部,进料漏斗内设置有转动辊,转动辊的外周布置有搅拌叶,振动筛位于进料漏斗底部出口的位置处,振动筛连接有振动电机。
所述模拟降雨系统包括水源、潜水泵及用于检测水源内水温的水温计,其中,潜水泵位于水源内,潜水泵的出口经流速计与喷头相连通。
上套筒顶部的侧面沿轴向设置有若干溢流口;
测压管通过压力水管与第一测试口及第二测试口相连通。
上套筒内设置有内套筒,其中,橡胶套位于所述内套筒内。
上套筒与下套筒之间通过连接法兰相连接。
集水箱上设置有用于测量集水箱内水位的标尺。
本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法包括以下步骤:
将待测透水铺装试件上下端面切平整,再测量待测透水铺装试件的高度h,采用量体积法测定待测透水铺装试件的孔隙率ne为:
其中,m1为待测透水铺装试件浸水24h后在水中测得的质量,v为体积法测出的待测透水铺装试件的体积,ρw为水的密度。
本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法包括以下步骤:
测量待测透水铺装试件的直径,根据待测透水铺装试件的直径计算待测透水铺装试件的横截面面积A;
将待测透水铺装试件在NaCl溶液中进行浸泡,再取出后擦干待测透水铺装试件的表面,并在待测透水铺装试件的侧面涂抹凡士林,同时通过橡胶套对待测透水铺装试件进行包裹,然后放入内套筒内,再将上套筒与下套筒相连通,最后将内套筒放置于上套筒内;
打开模拟降雨系统,观察流速计的读数,向内套筒内注水,直至上套筒上部开始溢流为止,记录当前测压管的读数h1,同时记录集水箱内水的水位Q1,观察测压管的读数,当测压管的读数稳定时,记录当前测压管的读数h2及集水箱中的水位Q2,计算水力坡度J;
其中,hw为流经待测透水铺装试件后的水头损失,h为待测透水铺装试件的高度;
利用达西定律求取待测透水铺装试件在T℃的渗透系数kT为:
其中,Q为待测透水铺装试件上下表面压力值平稳时对应的流量。
本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法包括以下步骤:
将投料系统移动至上套筒的正上方,开启投料系统,将预设质量ms的堵塞物砂颗粒均匀洒布在待测透水铺装试件的上部,然后移走投料系统;
将喷头对准上套筒顶部的进水口,打开模拟降雨系统,观察流速计的读数,向内套筒内注水,直至上套筒上部开始溢流为止,记录当前测压管的读数h11,同时记录集水箱内水的水位Q11,观察测压管的读数,当测压管的读数稳定时,记录当前测压管的读数h12及集水箱中的水位Q12,计算水力坡度J1;
其中,hw为流经待测透水铺装试件后的水头损失,h为待测透水铺装试件的高度;
利用达西定律求取待测透水铺装在T℃的渗透系数k1为:
其中,Q为待测透水铺装试件上下表面压力值平稳时对应的流量,A为待测透水铺装试件的横截面面积;
关闭模拟降雨系统,收集待测透水铺装试件上表面未进入孔隙的砂以及沉淀在过滤筛上的砂,分别烘干后称重,得两者的重量分别为m1和m2,计算堵塞于待测透水铺装试件孔隙内的砂质量mc为:
mc=ms-m1-m2。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置及方法在具体操作时,模拟降雨系统通过流速计与喷头的入口相连通,通过流速计及模拟降雨系统相配合,以模拟不同降雨条件,同时投料系统将预设质量ms的堵塞物砂颗粒均匀洒布在待测透水铺装试件的上部,通过改变堵塞物砂颗粒,以模拟不同堵塞物质条件,然后利用测压管的读数、集水箱中的水位、待测透水铺装试件表面未进入孔隙的砂的质量及过滤筛上砂的质量计算待测透水铺装试件在T℃的渗透系数k1及堵塞于待测透水铺装试件孔隙内的砂质量mc,实现测试在不同堵塞物质及不同降雨条件下透水材料渗透性能衰变情况的目的,结构稳定可靠,操作步骤简单,易于推广,为研究透水铺装路面堵塞机理奠定了基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为渗透系数测定系统示意图。
其中,1为支撑架、2为进料漏斗、3为转动辊、4为搅拌叶、5为振动筛、6为振动电机、71为上套筒、72为下套筒、8为溢流口、9为测压管、10为压力水管、11为橡胶套、12为内套筒、13为待测透水铺装试件、14为出水口、15为过滤筛、16为标尺、17为集水箱、18为连接法兰、19为斜板、20为喷头、21为流速计、22为潜水泵、23为水源、24为水温计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参考图1及图2,本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置包括上套筒71、下套筒72、测压管9、过滤筛15、集水箱17、模拟降雨系统、喷头20、流速计21及投料系统;上套筒71连通于下套筒72的上方,且上套筒71内设置有橡胶套11,其中,待测透水铺装试件13位于所述橡胶套11内,上套筒71的侧壁上设置有第一测试口,下套筒72的侧壁上设置有第二测试口,第一测试口及第二测试口与测压管9相连通;下套筒72内设置有斜板19,下套筒72的侧壁上开设有出水口14,其中,第二测试口位于斜板19的上方,出水口14位于斜板19最低端的位置处,出水管的一端与所述出水口14相连通,出水管的另一端位于过滤筛15的上方,过滤筛15固定于集水箱17的顶部开口位置处;模拟降雨系统通过流速计21与喷头20的入口相连通;
所述投料系统包括进料漏斗2、支撑架1及振动筛5;进料漏斗2固定于支撑架1的顶部,进料漏斗2内设置有转动辊3,转动辊3的外周布置有搅拌叶4,振动筛5位于进料漏斗2底部出口的位置处,振动筛5连接有振动电机6。
所述模拟降雨系统包括水源23、潜水泵22及用于检测水源23内水温的水温计24,其中,潜水泵22位于水源23内,潜水泵22的出口经流速计21与喷头20相连通。
上套筒71顶部的侧面沿轴向设置有若干溢流口8;测压管9通过压力水管10与第一测试口及第二测试口相连通;上套筒71内设置有内套筒12,其中,橡胶套11位于所述内套筒12内;上套筒71与下套筒72之间通过连接法兰18相连接;集水箱17上设置有用于测量集水箱17内水位的标尺16。
搅拌叶4与转动辊3通过螺栓固定,砂颗粒经过振动筛5后,直接下落到待测透水铺装试件13的上部;水源23中水为试验室自来水,模拟降雨系统可设置不同流速,模拟不同的降雨强度条件,通过水温计24测定试验条件下的水温,溢流口8的数目为三个,三个溢流口8的高度不同,以控制水头的高低。
所述待测透水铺装试件13的成型方式优选静力压实成型和低频振动成型,护壁材料优选凡士林,投料系统和模拟降雨系统的支撑架1采用铝合金材料制作,以保证经济性和稳定性;上套筒71及下套筒72采用有机玻璃亚克力、PVC管或UPVC管,上套筒71及下套筒72的内径一般选取10~15mm之间。
本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法包括以下步骤:
将待测透水铺装试件13上下端面切平整,再测量待测透水铺装试件13的高度h,采用量体积法测定待测透水铺装试件13的孔隙率ne为:
其中,m1为待测透水铺装试件13浸水24h后在水中测得的质量,v为体积法测出的待测透水铺装试件13的体积,ρw为水的密度。
本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法包括以下步骤:
测量待测透水铺装试件13的直径,根据待测透水铺装试件13的直径计算待测透水铺装试件13的横截面面积A;
将待测透水铺装试件13在NaCl溶液中进行浸泡,再取出后擦干待测透水铺装试件13的表面,并在待测透水铺装试件13的侧面涂抹凡士林,同时通过橡胶套11对待测透水铺装试件13进行包裹,然后放入内套筒12内,再将上套筒71与下套筒72相连通,最后将内套筒12放置于上套筒71内;
打开模拟降雨系统,观察流速计21的读数,向内套筒12内注水,直至上套筒71上部开始溢流为止,记录当前测压管9的读数h1,同时记录集水箱17内水的水位Q1,观察测压管9的读数,当测压管9的读数稳定时,记录当前测压管9的读数h2及集水箱17中的水位Q2,计算水力坡度J;
其中,hw为流经待测透水铺装试件13后的水头损失,h为待测透水铺装试件13的高度;
利用达西定律求取待测透水铺装试件13在T℃的渗透系数kT为:
其中,Q为待测透水铺装试件13上下表面压力值平稳时对应的流量。
本发明所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法包括以下步骤:
将投料系统移动至上套筒71的正上方,开启投料系统,将预设质量ms的堵塞物砂颗粒均匀洒布在待测透水铺装试件13的上部,然后移走投料系统;
将喷头20对准上套筒71顶部的进水口,打开模拟降雨系统,观察流速计21的读数,向内套筒12内注水,直至上套筒71上部开始溢流为止,记录当前测压管9的读数h11,同时记录集水箱17内水的水位Q11,观察测压管9的读数,当测压管9的读数稳定时,记录当前测压管9的读数h12及集水箱17中的水位Q12,计算水力坡度J1;
其中,hw为流经待测透水铺装试件13后的水头损失,h为待测透水铺装试件13的高度;
利用达西定律求取待测透水铺装试件13在T℃的渗透系数k1为:
其中,Q为待测透水铺装试件13上下表面压力值平稳时对应的流量,A为待测透水铺装试件13的横截面面积;
关闭模拟降雨系统,收集待测透水铺装试件13上表面未进入孔隙的砂以及沉淀在过滤筛15上的砂,分别烘干后称重,得两者的重量分别为m1和m2,计算堵塞于待测透水铺装试件13孔隙内的砂质量mc为:
mc=ms-m1-m2。
在实际操作时,仅改变下面试验参数中的某一个,研究相应参数对透水铺装试件的抗堵塞能力的影响,所述试验参数包括试件孔隙率、砂粒粒径与级配、模拟降雨强度和试件上表面自由水高度。
Claims (10)
1.一种海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,其特征在于,包括上套筒(71)、下套筒(72)、测压管(9)、过滤筛(15)、集水箱(17)、模拟降雨系统、喷头(20)、流速计(21)及投料系统;
上套筒(71)连通于下套筒(72)的上方,且上套筒(71)内设置有橡胶套(11),其中,待测透水铺装试件(13)位于所述橡胶套(11)内,上套筒(71)的侧壁上设置有第一测试口,下套筒(72)的侧壁上设置有第二测试口,第一测试口及第二测试口与测压管(9)相连通;
下套筒(72)内设置有斜板(19),下套筒(72)的侧壁上开设有出水口(14),其中,第二测试口位于斜板(19)的上方,出水口(14)位于斜板(19)最低端的位置处,出水管的一端与所述出水口(14)相连通,出水管的另一端位于过滤筛(15)的上方,过滤筛(15)固定于集水箱(17)的顶部开口位置处;
模拟降雨系统通过流速计(21)与喷头(20)的入口相连通;
当测定待测透水铺装试件(13)的孔隙率时,则喷头(20)位于上套筒(71)的正上方;
当模拟堵塞物砂颗粒试验时,投料系统及喷头(20)依次分别位于上套筒(71)的正上方。
2.根据权利要求1所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,其特征在于,所述投料系统包括进料漏斗(2)、支撑架(1)及振动筛(5);
进料漏斗(2)固定于支撑架(1)的顶部,进料漏斗(2)内设置有转动辊(3),转动辊(3)的外周布置有搅拌叶(4),振动筛(5)位于进料漏斗(2)底部出口的位置处,振动筛(5)连接有振动电机(6)。
3.根据权利要求1所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,其特征在于,所述模拟降雨系统包括水源(23)、潜水泵(22)及用于检测水源(23)内水温的水温计(24),其中,潜水泵(22)位于水源(23)内,潜水泵(22)的出口经流速计(21)与喷头(20)相连通。
4.根据权利要求1所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,其特征在于,上套筒(71)顶部的侧面沿轴向设置有若干溢流口(8);
测压管(9)通过压力水管(10)与第一测试口及第二测试口相连通。
5.根据权利要求1所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,其特征在于,上套筒(71)内设置有内套筒(12),其中,橡胶套(11)位于所述内套筒(12)内。
6.根据权利要求1所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,其特征在于,上套筒(71)与下套筒(72)之间通过连接法兰(18)相连接。
7.根据权利要求1所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,其特征在于,集水箱(17)上设置有用于测量集水箱(17)内水位的标尺(16)。
8.一种海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法,其特征在于,基于权利要求5所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,包括以下步骤:
将待测透水铺装试件(13)上下端面切平整,再测量待测透水铺装试件(13)的高度h,采用量体积法测定待测透水铺装试件(13)的孔隙率ne为:
其中,m1为待测透水铺装试件(13)浸水24h后在水中测得的质量,v为体积法测出的待测透水铺装试件(13)的体积,ρw为水的密度。
9.一种海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法,其特征在于,基于权利要求5所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,包括以下步骤:
测量待测透水铺装试件(13)的直径,根据待测透水铺装试件(13)的直径计算待测透水铺装试件(13)的横截面面积A;
将待测透水铺装试件(13)在NaCl溶液中进行浸泡,再取出后擦干待测透水铺装试件(13)的表面,并在待测透水铺装试件(13)的侧面涂抹凡士林,同时通过橡胶套(11)对待测透水铺装试件(13)进行包裹,然后放入内套筒(12)内,再将上套筒(71)与下套筒(72)相连通,最后将内套筒(12)放置于上套筒(71)内;
打开模拟降雨系统,观察流速计(21)的读数,向内套筒(12)内注水,直至上套筒(71)上部开始溢流为止,记录当前测压管(9)的读数h1,同时记录集水箱(17)内水的水位Q1,观察测压管(9)的读数,当测压管(9)的读数稳定时,记录当前测压管(9)的读数h2及集水箱(17)中的水位Q2,计算水力坡度J;
其中,hw为流经待测透水铺装试件(13)后的水头损失,h为待测透水铺装试件(13)的高度;
利用达西定律求取待测透水铺装试件(13)在T℃的渗透系数kT为:
其中,Q为待测透水铺装试件(13)上下表面压力值平稳时对应的流量。
10.一种海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试方法,其特征在于,基于权利要求5所述的海绵城市透水铺装渗透性能衰减规律测试装置,包括以下步骤:
将投料系统移动至上套筒(71)的正上方,开启投料系统,将预设质量ms的堵塞物砂颗粒均匀洒布在待测透水铺装试件(13)的上部,然后移走投料系统;
将喷头(20)对准上套筒(71)顶部的进水口,打开模拟降雨系统,观察流速计(21)的读数,向内套筒(12)内注水,直至上套筒(71)上部开始溢流为止,记录当前测压管(9)的读数h11,同时记录集水箱(17)内水的水位Q11,观察测压管(9)的读数,当测压管(9)的读数稳定时,记录当前测压管(9)的读数h12及集水箱(17)中的水位Q12,计算水力坡度J1;
其中,hw为流经待测透水铺装试件(13)后的水头损失,h为待测透水铺装试件(13)的高度;
利用达西定律求取待测透水铺装试件(13)在T℃的渗透系数k1为:
其中,Q为待测透水铺装试件(13)上下表面压力值平稳时对应的流量,A为待测透水铺装试件(13)的横截面面积;
关闭模拟降雨系统,收集待测透水铺装试件(13)上表面未进入孔隙的砂以及沉淀在过滤筛(15)上的砂,分别烘干后称重,得两者的重量分别为m1和m2,计算堵塞于待测透水铺装试件(13)孔隙内的砂质量mc为:
mc=ms-m1-m2。
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