CN110685263B - 双环试验监测组件、双环试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双环试验监测组件、双环试验装置及方法，其中，所述双环试验监测组件设置于双环组件上，所述双环试验监测组件包括水位平衡及数据传输组件，以及用于将所述水位平衡及数据传输组件固定在所述双环组件上的水平调整组件；所述水位平衡及数据传输组件包括注水组件、流量计及主控制器，所述注水组件用于分别向所述双环组件的内环内部以及内环与外环之间注水；所述流量计用于记录所述注水组件的注水流量及其对应时刻，所述主控制器用于获取所述内环直径，并根据所述内环直径与所述注水流量及其对应时刻计算渗透系数。本发明可以有效提高双环试验效率以及准确率，同时实现双环试验的实时监测。

Description

双环试验监测组件、双环试验装置及方法

技术领域

本发明涉及渗透系数测量技术领域，尤其涉及一种双环试验监测组件、双环试验装置及方法。

背景技术

在放射性废物处置场前期选址、工程建设等过程中均需要测定场址区域的非饱和带，即地下水面至地表之间的土壤的渗透系数。

目前，双环试验是较准确测定渗透系数的一种方法，双环试验将内环与外环同心、水平的嵌入被测土壤中，通过向内、外环注水，保持内外环水位高度相同且稳定，从而保持内外环水力梯度为零，通过测定入渗时间与入渗量计算出待测土壤的渗透系数。传统的双环试验通常通过2个马氏瓶进行注水测定，装置不便于携带及操作，需要工作人员不断手动调整水位使之保持内外环水位等高，并读取马氏瓶刻度。由于每次试验通常需要至少6个小时，在实际生产中每天最多只能进行2～3组双环试验，且需要工作人员在现场操作，试验效率及精度较低。

因此，提出一种能够解决如何提高渗透系数的测量效率以及准确率是亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种双环试验监测组件、双环试验装置及方法，以解决目前双环试验效率低、准确度不高等问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种双环试验监测组件，所述双环试验监测组件设置于双环组件上，所述双环组件包括内环以及与所述内环同轴设置的外环，所述双环试验监测组件包括水位平衡及数据传输组件，以及用于将所述水位平衡及数据传输组件固定在所述双环组件上的水平调整组件；

所述水位平衡及数据传输组件包括注水组件、流量计及主控制器，所述注水组件包括第一注水组件和第二注水组件，用于分别向所述双环组件的内环内部以及内环与外环之间注水；所述流量计与所述主控制器电连接，用于记录所述注水组件的注水流量及其对应时刻，并将所述注水组件的注水流量计其对应时刻发送至所述主控制器，所述主控制器用于获取所述内环直径，并根据所述内环直径与所述注水流量及其对应时刻计算渗透系数；

所述水平调整组件包括与所述水位平衡及数据传输组件固定且可拆卸的第一固定连接部，以及与所述双环组件的内环固定可拆卸的第二固定连接部，其中第一固定连接部包括第一固定连接件和第二固定连接件；

所述水平调整组件还包括外壳以及两个呈倒梯形且对称设置的调平辅助结构，二者顶端与所述外壳下表面固定，所述双环组件的内环位于所述两个调平辅助结构之间并抵靠在所述外壳下表面上；

所述外壳上设置有第一通孔和第二通孔，所述第一固定件设置于所述第一通孔处，所述第二固定件设置于所述第二通孔处，所述第一注水组件的第一注水管路穿过所述第一固定连接件后被其固定；所述第二注水组件的第二注水管路穿过所述第二固定连接件后被其固定。

在一种实施方式中，所述第一注水组件设置于所述双环组件的内环内侧，用于向内环内部注水，其包括第一子控制器，以及设置在第一注水管路上的第一阀门和第一水位计；

所述第一子控制器分别与所述第一阀门、所述第一水位计及所述主控制器电连接，用于根据所述第一水位计测量的水位数据控制所述第一阀门的通断，以及将所述水位数据及所述第一阀门的通断数据传输至所述主控制器；

所述第二注水组件设置于所述双环组件的内环与外环之间，用于向内环与外环之间注水，其包括第二子控制器，以及设置在第二注水管路上的第二阀门和第二水位计；

所述第二子控制器分别与所述第二阀门、第二水位计及所述主控制器电连接，用于根据所述第二水位计测量的水位数据控制所述第二阀门的通断，以及将所述水位数据及所述第一阀门的通断数据传输至所述主控制器；

其中，所述第一注水组件与第二注水组件呈平行且相对设置。

在一种实施方式中，所述第一注水组件还包括设置在第一注水管路上的第一单向阀门及第一微型水泵，所述第一单向阀门靠近所述第一注水组件的进水口设置，所述第一微型水泵与所述第一子控制器电连接，其用于在接收到第一子控制器的开启信号时开始抽水，以通过第一单向阀门和第一阀门向内环内部注水；

所述第二注水组件还包括设置在第二注水管路上的第二单向阀门及第二微型水泵，所述第二单向阀门靠近所述第二注水组件的进水口设置，所述第二微型水泵与所述第二子控制器电连接，其用于在接收到第二子控制器的开启信号时开始抽水，以通过第二单向阀门和第二阀门向内环与外环之间注水。

在一种实施方式中，所述流量计设置于所述第一注水组件的第一注水管路上，并在水流方向上位于所述第一单向阀门后方。

在一种实施方式中，所述第一注水组件的第一注水管路穿过所述第一固定连接件以伸入所述双环组件的内环内侧并由所述第一固定连接件固定；

所述第二注水组件的第二注水管路穿过所述第二固定连接件以伸入所述双环组件的内环与外环之间并由所述第二固定连接件固定；

其中，所述第一固定连接件与所述第二固定连接件呈平行且相对设置。

在一种实施方式中，所述水平调整组件还包括水平尺，其固定于所述外壳上表面，并位于所述第一固定连接件与所述第二固定连接件之间。

在一种实施方式中，所述外壳包括中间部，以及分别与所述中间部的两端连接并向下延伸的第一支部和第二支部，且所述第一支部位于所述双环组件的内环内侧，所述第二支部位于所述双环组件的内环与外环之间；

所述第二固定连接部包括第一调平辅助螺栓及第二调平辅助螺栓；

所述第一调平辅助螺栓自外向内穿过所述外壳的第一支部并锁紧于所述双环组件的内环的内壁处；所述第二调平辅助螺栓自外向内穿过所述外壳的第二支部并锁紧于所述双环组件的内环的外壁处。

在一种实施方式中，还包括数据发送组件和数据输入及显示组件；

所述数据输入及显示组件与所述主控制器电连接，用于获取用户输入的第一数据信息，以及显示所述第一数据信息和所述主控制器传输的第二数据信息，其中所述第一数据信息包括所述双环组件的内环直径，所述第二数据信息包括注水流量及其对应时刻，以及根据所述内环直径、注水流量及其对应时刻计算获得的渗透系数；

所述数据发送组件分别与所述主控制器以及远程控制终端电连接，用于将所述主控制器传输的第一数据信息和第二数据信息发送至所述远程控制终端。

在一种实施方式中，还包括：

过滤装置，所述过滤装置设置于所述注水组件的进水口处。

为实现上述目的，还提供一种双环试验装置，包括双环组件，其特征在于，还包括设置于所述双环组件上的所述的双环试验监测组件。

为实现上述目的，还提供一种应用双环试验监测组件的双环试验方法，其特征在于，包括：

所述主控制器获取双环组件的内环直径；

主控制器启动注水流程，以使注水组件分别向双环组件的内环内部以及内环与外环之间注水；

所述主控制器获取所述注水组件的流量数据以及对应的时刻，其中所述注水组件的流量数据及其对应的时刻由流量计记录并发送至所述主控制器；

所述主控制器根据所述内环直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数。

在一种实施方式中，所述注水组件包括第一注水组件及第二注水组件，所述第一注水组件包括第一子控制器、第一阀门、第一水位计、第一微型水泵及第一单向阀门，所述第二注水组件包括第二子控制器、第二阀门、第二水位计、第二微型水泵及第二单向阀门，在所述主控制器获取所述注水组件的流量数据及其对应的时刻之前，还包括：

S10、主控制器判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位，其中所述第一水位数据是由第一子控制器获取的所述第一水位计的水位数据并由第一子控制器发送至所述主控制器，所述第二水位数据是由第二子控制器获取的所述第二水位计的水位数据并由第二子控制器发送至所述主控制器；

S20、若第一水位数据未达到整定水位，所述主控制器发送第一注水信号至所述第一子控制器，所述第一子控制器接收到第一注水信号后依次启动所述第一阀门和第一微型水泵，使得所述第一注水组件启动注水；

S30、若第二水位数据未达到整定水位，所述主控制器发送第二注水信号至所述第二子控制器，所述第二子控制器接收到第二注水信号后依次启动所述第二阀门和第二微型水泵，使得所述第二注水组件启动注水；

S40、所述主控制器再次判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位，若是，则在第一水位数据以及第二水位数据初次同时达到整定水位时，通过流量计记录注水流量数据及其对应时刻，若否，则返回步骤S20，直到第一水位数据以及第二水位数据都达到整定水位。

在一种实施方式中，在所述主控制器判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位之后，还包括：

S50、若第一水位数据达到整定水位，所述主控制器发送第一关闭信号至所述第一子控制器，所述第一子控制器接收到第一关闭信号后依次关闭第一微型水泵和所述第一阀门，使得所述第一注水组件关闭注水；

S60、若第二水位数据达到整定水位，所述主控制器发送第二关闭信号至所述第二子控制器，所述第二子控制器接收到第二关闭信号后依次关闭第二微型水泵和所述第二阀门，使得所述第二注水组件关闭注水。

在一种实施方式中，所述主控制器根据所述内环直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数，其计算公式为：

其中，K表示渗透系数，Q_t1表示流量计记录的t1时刻的流量数据，Q_t2表示流量计记录的t2时刻的流量数据，D表示双环组件的内环直径，ΔQ＝Q_t2-Q_t1，Δt＝t2-t1。

在一种实施方式中，在所述主控制器根据所述内环直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数之前，还包括：

所述主控制器根据所述流量数据及其对应的时刻计算单位时间内的流量差；

所述主控制器判断所述单位时间内的流量差是否满足预设阈值，若满足，则所述主控制器则确认入渗速率达到稳定状态，并根据所述内环直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数；

所述主控制器根据所述流量数据及其对应的时刻计算单位时间的流量差的计算公式为：

其中，Q_t1表示流量计记录的t1时刻的流量数据，Q_t2表示流量计记录的t2时刻的流量数据，Q_t3表示流量计记录的t3时刻的流量数据，a表示预设阈值。

有益效果：

与现有技术相比，本发明提供的双环试验监测组件、双环试验装置及方法通过水位平衡及数据传输组件以及水平调整组件保证试验装置的水平及固定，无需对现有的双环试验设备进行额外改装或重新制备，即可自动保持内外环水位高度相同，同时自动记录内环流量数据并实时计算渗透系数，进一步的，通过数据发送装置将各种数据发送至远程接收端，实现工作人员同时多地进行多组试验、便于工作人员实时监测双环试验过程及结果，提高双环试验效率以及准确率，解决目前的双环试验效率低、准确度低等问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种双环试验监测组件安装于双环组件上的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种双环试验监测组件安装于双环组件上的另一种结构示意图；

图3为本发明实施例中水位平衡及数据传输组件的结构示意图；

图4为本发明实施例中水位平衡及数据传输组件的另一种结构示意图；

图5为本发明实施例中水平调整组件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种双环试验监测组件安装于双环组件上进行双环试验时所述水位平衡及数据传输组件的控制原理流程图；

图7为本发明实施例提供的一种双环试验监测组件中流量计所记录的注水流量值随时间的变化曲线图；

图8为本发明实施例提供的一种双环试验方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

请参照图1-8，图1为本发明实施例提供的一种双环试验监测组件安装于双环组件上的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种双环试验监测组件安装于双环组件上的另一种结构示意图。为解决目前的双环试验效率低、准确度不高等问题，本实施例提供一种双环试验监测组件，可以有效利用现有双环试验设备，且无需对现有的双环试验设备进行额外改装或重新制备，即可实现自动保持内外环水位高度相同，同时自动记录内环(流量数据并远程传输，实现工作人员同时多地进行多组试验，提高双环试验效率以及准确率，并实现双环试验的远程监控。具体地，所述双环试验监测组件设置于双环组件上，所述双环组件包括：内环210，以及与所述内环210同轴设置的外环220；外环220放置在内环210的外侧，二者可等高设置。

所述双环试验监测组件包括水位平衡及数据传输组件110以及用于将所述水位平衡及数据传输组件110固定在所述双环组件上的水平调整组件120。

具体地，所述水位平衡及数据传输组件110用于对双环组件进行注水，并始终保持注水时的水位平衡，以及实时计算双环试验的渗透系数，进一步的，实时显示双环试验的数据以及传输至远程终端，实现工作人员的准确、高效试验以及远程监控；水平调整组件 120用于实现双环组件和水位平衡及数据传输组件110之间的固定，保证双环试验的高效进行以及测量准确度。

需要说明的是，本实施例所提供的双环试验监测组件可以安装于任意规格的双环组件上，以实现对双环试验的实时监测，方便安装拆卸，以提高土壤渗透系数的测量效率。

结合图3-5，图3为本发明实施例的水位平衡及数据传输组件 110的结构示意图，图4为本发明实施例的水位平衡及数据传输组件110的另一种结构示意图，图5为本发明实施例提供的水平调整组件120的结构示意图。

所述水位平衡及数据传输组件110包括注水组件、流量计113 及主控制器114，所述注水组件用于分别向所述双环组件的内环210 内部以及内环210与外环220之间注水；所述流量计113与所述主控制器 114电连接，用于记录所述注水组件的注水流量及其对应时刻，并将所述注水组件的注水流量计其对应时刻发送至所述主控制器 114，所述主控制器114用于获取所述内环210直径，并根据所述内环210直径与所述注水流量及其对应时刻计算渗透系数。

本实施例中，所述双环试验监测组件还包括数据发送组件114a 及数据输入及显示组件114b：

所述数据输入及显示组件114b与所述主控制器114电连接，用于获取用户输入的第一数据信息，以及显示所述第一数据信息和所述主控制器114传输的第二数据信息，其中所述第一数据信息包括所述双环组件的内环210直径，所述第二数据信息包括注水流量及其对应时刻，以及根据所述内环210直径、注水流量及其对应时刻计算获得的渗透系数；

所述数据发送组件114a分别与所述主控制器114以及远程控制终端电连接，用于将所述主控制器114传输的第一数据信息、第二数据信息发送至所述远程控制终端。

主控制器114通过数据发送组件114a将所述流量、对应时刻数据发送至远程终端，并通过数据输入及显示组件114b获取用户输入的第一数据信息以及显示用户输入的第一数据信息以及主控制器传输的第二数据信息，实现工作人员的实时监测以及远程监控。

具体地，在进行双环试验时需要量取双环组件的内环210直径，本实施例通过工作人员量取双环组件的内环210直径，并在该输入及显示组件上输入量取的内环210直径，进一步的，所述数据输入及显示组件114b显示该内环210直径数据、流量以及对应时刻数据，方便工作人员现场实时监测双环试验数据。

需要说明的是，对于不同规格的双环组件，其内环210直径不一定相同，因此在进行双环试验时均需要量取双环组件的内环210 直径。

本实施例中，所述注水组件包括：第一注水组件111和第二注水组件112；

所述第一注水组件111设置于所述双环组件的内环210内侧，用于向内环210内部注水，其包括第一子控制器115，以及设置在第一注水管路上的第一阀门116和第一水位计117；

所述第一子控制器115分别与所述第一阀门116、所述第一水位计117及所述主控制器114电连接，用于根据所述第一水位计117 测量的水位数据控制所述第一阀门116的通断，以及将所述水位数据及所述第一阀门116的通断数据传输至所述主控制器114；

所述第二注水组件112设置于所述双环组件的内环210与外环 220之间，用于向内环210与外环220之间注水，其包括第二子控制器118，以及设置在第二注水管路上的第二阀门119和第二水位计11A；

所述第二子控制器118分别与所述第二阀门119、第二水位计11A及所述主控制器114电连接，用于根据所述第二水位计11A测量的水位数据控制所述第二阀门119的通断，以及将所述水位数据及所述第一阀门116的通断数据传输至所述主控制器114；

其中，所述第一注水组件111与第二注水组件112呈平行且相对设置。本实施例中，所述第一注水组件111还包括设置在第一注水管路上的第一单向阀门11B及第一微型水泵11C，所述第一单向阀门11B靠近所述第一注水组件111的进水口设置，所述第一微型水泵11C与所述第一子控制器115电连接，其用于在接收到第一子控制器115的开启信号时开始抽水，以通过第一单向阀门11B启动和第一阀门116向内环210内部注水；

所述第二注水组件112还包括设置在第二注水管路上的第二单向阀门11D及第二微型水泵11E，所述第二单向阀门11D靠近所述第二注水组件112的进水口设置，所述第二微型水泵11E与所述第二子控制器118电连接，其用于在接收到第二子控制器118的开启信号时开始抽水，以通过第二单向阀门11D和第二阀门119启动后第二注水组件112向内环210与外环220之间注水。

本实施例中，所述流量计113设置于所述第一注水组件111的第一注水管路上，并在水流方向上位于所述第一单向阀门11B后方。

具体地，本实施例的双环试验监测组件整个系统由主控制器 114控制，其控制第一注水组件111(即内环210注水组件)和第二注水组件112(即外环220注水组件)实现双环试验监测的工作和停止，其中，第一注水组件111和第二注水组件112分别通过第一子控制器115和第二子控制器118、第一水位计117和第二水位计11A、第一阀门116和第二阀门119以及第一微型水泵11C和第二微型水泵11E的协调控制，保持内、外环220水位均保持恒定。进一步的主控制器114自动读取流量计113数据，并利用用户输入的内环210直径数据实现即时计算、显示及数据传输装置实现数据的发送，其中第一单向阀门11B和第二单向阀门11D保证内、外环220注水系统相互独立互不影响。

为了更好的说明本实施例所提供的双环试验监测组件的工作原理，结合图6，图6为本发明实施例提供的一种双环试验监测组件安装于双环组件上进行双环试验时所述水位平衡及数据传输组件的控制原理流程图，具体如下：

a：装置的安装与设置，首先将现有的双环组件竖直砸入待测土壤中，执行本领域相关的行业规范，在安置好双环组件后，将本实施例提供的双环试验监测组件通过水平调整装置放置于内环210 上，其中，具有流量计113侧位于内环210之内，无流量计113侧位于外环220之内布置图如图2。使用第一调平螺栓126、第二调平螺栓127夹紧双环组件的内环210环壁，通过调平辅助结构124、调平辅助螺栓及水平调整装置外壳123上的水平尺125配合调整水平。可根据水平尺125气泡位置旋转调平辅助螺栓，使水平尺125 气泡居中，最后拧紧调平辅助螺栓，实现整个装置的固定。

b：量取双环组件内环210直径D，通过数据显示及输入组件 130输入量取的直径D。将注水组件的外接水口11G与任意可连接水源的水管11H连接，此处水源可以是水桶、水箱、水池、供水管等任意形式水源。若条件允许建议使用水箱与装置外接水口150通过软管进行连接，水箱位置最好不低于地表，以方便微型水泵工作时取水。

c：主控制器114启动注水流程，第一注水组件以及第二注水组件开始工作；

d：第一水位计117测量第一注水组件注入内环的水位数据；

e：主控制器判断第一水位计117的水位数据是否达到内环的整定水位；

具体地，第一子控制器115检测水位计第一水位计117的水位数据，是否达到第一水位计117的整定水位(其中，第一水位计117 和第二水位计11A均设有整定水位，两水位计的整定水位在同一水平线上)，若内环210水位未达到第一水位计117的整定水位，则传递注水信号给第一子控制器115，第一子控制器115收到信号首先打开第一阀门116，然后启动第一微型水泵11C，第一微型水泵 11C抽水，在第一微型水泵11C与第一单向阀门11B之间形成负压，第一单向阀门11B开启，使注水组件的注水管道通过第一单向阀门 11B后，流过流量计113、第一微型水泵11C、第一阀门116后进入双环组件的内环210圈闭空间，此时流量计113暂不计数，直到内环210水位达到第一水位计117的整定水位后停止。

f：第一子控制器控制第一阀门开启；

g：第一子控制器控制第一微型水泵11C开启；

具体地，主控制器判断第一水位及的水位数据没有达到内环整定水位时，传递注水信号给第一子控制器，第一子控制器先后控制第一阀门和第一微型水泵11C的开启，第一阀门和第一微型水泵 11C开启后，第一微型水泵11C抽水，在第一微型水泵11C和第一单向阀门11B之间产生负压，第一单向阀门启动，第一注水组件对内环注水。

h：主控制器再次判断第一水位计117的水位数据是否达到内环的整定水位，若是，则进入步骤i，否则，则返回步骤f。

i：第一子控制器115控制第一微型水泵11C关闭；

j：第一子控制器115控制第一阀门关闭；

具体地，若内环210中水位已达到第一水位计117整定水位，第一微型水泵11C停止工作，第一阀门116关闭，同时将信号传递给第一子控制器115，由子第一子控制器115将信号传递给主控制器114，等待主控制器114根据第一子控制器115与第二子控制器 118状态判断下一步操作。

k：第二水位计11A获取第二注水组件注入外环的水位数据；

需要说明的是，第二水位计11A获取第二注水组件注入外环的水位数据可以与第一水位计117获取第一注水组件的水位数据同时进行；

l：第二子控制器118判断第二水位计11A的水位数据是否达到外环的整定水位；

具体地，第二子控制器118检测第二水位计11A，是否达到第二水位计11A整定水位，若外环220水位未达到第二水位计11A 的整定水位，则传递注水信号给第二子控制器118，第二子控制器 118收到信号首先打开第二阀门119，然后启动第二微型水泵11E，第二微型水泵11E抽水，在第二微型水泵11E与第二单向阀门11D 之间形成负压，第二单向阀门11D开启，使主控制器114所在管道内的水通过第二单向阀门11D后，第二微型水泵11E、第二阀门119 后进入双环组件的外环220圈闭空间。直到外环220水位达到第二水位计11A的整定水位后停止。

m：第二子控制器118控制第二阀门119开启；

n：第二子控制器118控制第二微型水泵11E开启；

o：主控制器再次判断你第二水位及的水位数据是否达到外环的整定水位，若是，则进入步骤p，否则，进入步骤m；

p：第二子控制器118控制第二微型水泵11E关闭；

q：第二子控制器118控制第二阀门119关闭；

具体的，若外环220中水位已达到第二水位及整定水位，第二微型水泵11E停止工作，第二阀门119关闭。同时将信号传递给第二子控制器118，由第二子控制器118将信号传递给主控制器114，等待主控制器114根据第一子控制器115与子第二子控制器118状态判断下一步操作。

r：主控制器114判断第一水位计117的水位数据以及第二水位计11A的水位数据是否同时首次达到整定水位，若是，则进入步骤s，否则，返回步骤c；

s：主控制器114控制流量计的启动，流量计113进行计数，获取注水的流量数据及对应时刻；

t：主控制器114获取流量计的流量数据及对应时刻，并将流量数据及对应时刻发送到远程终端。

所述水平调整组件120，其包括与所述水位平衡及数据传输装置110固定的第一固定连接部以及，与所述双环组件的内环210固定的第二固定连接部。

本实施例中，所述第一注水组件111的第一注水管路穿过所述第一固定连接件121以伸入所述双环组件的内环210内侧并由所述第一固定连接件121固定；

所述第二注水组件112的第二注水管路穿过所述第二固定连接件122以伸入所述双环组件的内环210与外环220之间并由所述第二固定连接件122固定；

其中，所述第一固定连接件121与所述第二固定连接件122呈平行且相对设置。

具体地，本实施例通过所述第一固定连接部的第一固定连接件 121和第二固定连接件122分别固定第一注水组件111与第二注水组件112，使得第一注水组件111能够稳定地向双环组件的内环210 进行注水，以及第二注水组件112能够稳定地向双环组件的外环220进行注水，与此同时，第一固定连接件121和第二固定连接件 122平行相对设置，以保持第一固定连接件121和第二固定连接件 122之间的平行位置，进而保证第一注水组件111和第二注水组件 112的水位平行；

具体地，本实施例的水平调整组件120外壳123上开设有与第一注水组件111和第二注水组件112相匹配的两个通孔，所述第一固定连接件121和第二固定连接件122设置于该通孔位置处，在生产过程中，水位平衡传输装置的第一注水组件111及第二注水组件 112插入所述两个通孔并保持水平后，然后通过所述第一固定连接件121和第二固定连接件122固定所述第一注水组件111和第二注水组件112，以实现水位平衡传输装置和水平调整装置之间的固定，在一些实施例中，该第一固定连接件121和第二固定连接件122可以采用可拆卸固定连接件，以保证水位平衡装置和水平调整装置固定的同时，当出现部分障碍可以快速拆卸维修，因此，本实施例所提供的双环试验组件除了上述有益效果外，还便于加工生产以及拆卸维修。

具体地，所述水平调整组件120还包括两个呈倒梯形且对称设置的调平辅助结构124，二者顶端与所述外壳123下表面固定，所述双环组件的内环210位于所述两个调平辅助结构124之间并抵靠在所述外壳123下表面上。

本实施例通过在水平调整组件120的外壳123下表面设置类似呈“W”型的两个调平辅助结构124，双环组件的内环210位于所述两个调平辅助结构124之间并抵靠在所述外壳123下表面上，可以适用于现有不同厚度的双环组件，便于所述双环试验监测组件与不同尺寸的双环组件之间的安装与固定。

所述水平调整组件120还包括水平尺125，其固定于所述外壳 123上表面，并位于所述第一固定连接件121与所述第二固定连接件122之间。

具体地，本实施例通过在外壳123的上表面设置水平尺125来，检测整个装置是否水平，以便工作人员确保双环试验监测组件的水平，保证试验的准确度，其中，水平尺125主要用来检测或测量水平和垂直度，通过读取水平尺125的气泡位置判断水平尺125是否水平。在本实施例中，工作人员根据水平尺125的气泡位置旋转第一调平辅助螺栓126和第二调平辅助螺栓127，使得水平尺125的气泡居中，最后拧紧所述第一调平辅助螺栓126和第二调平辅助螺栓127，以实现整个装置的水平固定。

本实施例中，所述外壳123包括中间部，以及分别与所述中间部的两端连接并向下延伸的第一支部和第二支部，且所述第一支部位于所述双环组件的内环210内侧，所述第二支部位于所述双环组件的内环210与外环220之间；

所述第二固定连接部包括第一调平辅助螺栓126及第二调平辅助螺栓127；

所述第一调平辅助螺栓126自外向内穿过所述外壳123的第一支部并锁紧于所述双环组件的内环210的内壁处；所述第二调平辅助螺栓127自外向内穿过所述外壳123的第二支部并锁紧于所述双环组件的内环210的外壁处。

具体地，结合图1、图2和图5，水平调整装置和水位平衡及数据传输装置110通过第一固定连接部相连，通过调整所述水平调整装置以保证水位平衡及数据传输装置110的水平，水平调整装置通过调平辅助结构124、调平辅助螺栓及水平尺125配合调整水平。由于野外双环试验通常需要将双环装置砸入土壤中，很难保证内环 210的绝对竖直，本实施例通过水平调整装置实现对野外双环微倾斜具有适应性，同时保证水位平衡及数据传输装置110水平(内外环220水位计整定值点相同高度)。通过调平辅助结构124的斜面设计，可以适用于现有不同厚度的双环装置，方便安装，而调平辅助螺栓可实现调平过程中的微调，保证双环试验监测组件的水平固定。

本实施例中，所述双环试验监测组件还包括：过滤装置11F，所述过滤装置11F设置于所述注水组件的进水口处。

本实施例通过在注水组件的进水口处设置过滤装置11F，以保证进入系统内水质清洁，同时过滤水中的杂质，以进一步提高渗透系数的测量准确度。

结合图1或图2，本发明实施例相应还提供一种双环试验装置，包括双环组件以及，设置于所述双环组件上的所述的双环试验监测组件。

结合图8，图8为本实施例提供的一种双环试验的方法流程图，为解决上述技术问题，本实施例基于上述双环试验监测组件或双环试验装置相应还提供一种双环试验的方法，所述方法包括步骤 S1-S4：

S1、所述主控制器114获取双环组件的内环210直径；

S2、主控制器114启动注水流程，以使注水组件分别向双环组件的内环210内部以及内环210与外环220之间注水；

S3、所述主控制器114获取所述注水组件的流量数据以及对应的时刻，其中所述注水组件的流量数据及其对应的时刻由流量计 113记录并发送至所述主控制器114；

S4、所述主控制器114根据所述内环210直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数。

可选地，所述注水组件包括第一注水组件111及第二注水组件 112，所述第一注水组件111包括第一子控制器115、第一阀门116、第一水位计117、第一微型水泵11C及第一单向阀门11B，所述第二注水组件112包括第二子控制器118、第二阀门119、第二水位计11A、第二微型水泵11E及第二单向阀门11D，在所述主控制器 114获取所述注水组件的流量数据及其对应的时刻之前，还包括以下步骤：

S10、主控制器114判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位，其中所述第一水位数据是由第一子控制器115获取的所述第一水位计117的水位数据并由第一子控制器115发送至所述主控制器114，所述第二水位数据是由第二子控制器118获取的所述第二水位计11A的水位数据并由第二子控制器118发送至所述主控制器114；

S20、若第一水位数据未达到整定水位，所述主控制器114发送注水信号至所述第一子控制器115，所述第一子控制器115接收到第一注水信号后依次启动所述第一阀门116和第一微型水泵11C，使得所述第一注水组件111启动注水；

S30、若第二水位数据未达到整定水位，所述主控制器114发送第二注水信号至所述第二子控制器118，所述第二子控制器118 接收到注水信号后依次启动所述第二阀门119和第二微型水泵11E，使得所述第二注水组件112启动注水；

S40、所述主控制器114再次判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位，若是，则在第一水位数据以及第二水位数据初次同时达到整定水位时，通过流量计113记录注水流量数据及其对应时刻，若否，则返回步骤S20，直到第一水位数据以及第二水位数据都达到整定水位。

可选地，在所述主控制器114判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位之后，还包括：

S50、若第一水位数据达到整定水位，所述主控制器114发送第一关闭信号至所述第一子控制器115，所述第一子控制器115接收到第一关闭信号后依次关闭第一微型水泵11C和所述第一阀门 116，使得所述第一注水组件111关闭注水；

S60、若第二水位数据达到整定水位，所述主控制器114发送第二关闭信号至所述第二子控制器118，所述第二子控制器118接收到第二关闭信号后依次关闭第二微型水泵11E和所述第二阀门 119，使得所述第二注水组件112关闭注水。

可选地，所述主控制器114根据所述内环210直径、流量数据以及对应的时刻计算渗透系数，其计算公式为：

其中，K表示渗透系数，Q_t1表示流量计113记录的t1时刻的流量数据，Q_t2表示流量计113记录的t2时刻的流量数据，D表示双环组件的内环210直径，ΔQ＝Q_t2-Q_t1，Δt＝t2-t1。

可选地，在所述主控制器114根据所述内环210直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数之前，还包括：

所述主控制器114根据所述流量数据及其对应的时刻计算单位时间内的流量差；

所述主控制器114判断所述单位时间内的流量差是否满足预设阈值，若满足，则所述主控制器则确认入渗速率达到稳定状态，并根据所述内环210直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数；

所述主控制器114根据所述流量数据及其对应的时刻计算单位时间的流量差的计算公式为：

其中，Q_t1表示流量计113记录的t1时刻的流量数据，Q_t2表示流量计113记录的t2时刻的流量数据，Q_t3表示流量计113记录的 t3时刻的流量数据，a表示预设阈值。

本实施例所提供的双环试验方法的主要工作原理如下：

双环试验监测组件或双环试验装置的安装及准备阶段以及直径D的测量在上文已提到，此处不再赘述；

运行阶段，在第一水位计117和第二水位计11A均首次(针对每次试验的首次)达到整定水位时，流量计113开始计数Q₀，记录时刻t0，将Q₀、t0、直径D传递给主控制器114，主控制器114贮存数据，同时通过数据发送装置(可以是短信方式、蓝牙、近场通信NFC等)发送数据(Q0、t0、直径D)至远程终端(可以是手机、电脑等)。

运行阶段，第一水位计117以及第二水位计11A始终处于工作状态，监测内、外环220水位，保持水位恒定。内环210水位由第一子控制器115控制，外环220水位由第二子控制器118控制。以内环210为例，内环210水位低于第一水位计117的整定水位，在第一水位计117可检测的范围内，传递信号给第一子控制器115，第一子控制器115发出控制信号即依次开启第一阀门116、第一微型水泵11C，对内环210空间进行注水。待内环210水位达到第一水位整定水位，将信号传递给第一子控制器115，第一子控制器115 发出控制信号依次关闭第一微型水泵11C、第一阀门(116，整个过程全部使用电信号控制，时间差可忽略)。

外环220水位的第二子控制器118控制原理与第一子控制器115原理相同，此处不再赘述。由于内外环220水位下降速率不同，导致两个子系统进行注水时间不同，本实施例设置有第一单向阀门 11B和第二单向阀门11D，在对内环210的第一阀门116打开并进行注水时，外环220的第二单向阀门11D通常处于关闭状态，不会相互影响。即使第一注水组件111和第二注水组件112同时注水，因各自第一单向阀门11B和第二单向阀门11D的存在也能保证水不会倒流，保证了两个子系统的相互独立。

开始工作后，主控制器114通过固定时间间隔记录流量Q与时间t(流量计113记录累积流量，不归零)，通过公式(1)计算得出渗透系数K值。以t1时刻记录流量计113Q_t1与固定时间间隔后时刻t2及t2时刻流量计113读数Qt2为例，如图7所示，图7为本实施例中流量计113记录的注水流量值随时间的变化曲线图。

其中：K表示t1至t2时间段内的平均渗透系数[L/T]；t1、t2 表示不同的记录数据时刻[T]；Qt1表示t1时刻对应的流量计113 读数[L³]；Qt2-t2时刻对应的流量计113读数[L³]；D表示双环组件内环210的直径[L]。

相应的流量计113记录方式，例如，开始5次流量记录时间间隔5分钟，以后每隔20分钟观测一次，同步由主控制器114储存并发送流量Q、t及渗透系数K值至远程接收端，主控制器114对单位时间的流量差进行记录并判断，当连续2次单位时间流量差满足预设阈值时，本实施例预设阈值设定为5％，即满足公式(2)所示条件，认为入渗速率达到稳定。由主控制器114发送指令至第一子控制器115、第二子控制器118，关闭第一阀门116及第二阀门119，并通过数据发送装置发送试验结果，同时发送试验完成信号，提醒工作人员回收试验装置。

综上所述，本实施例提供双环试验监测组件、双环试验装置及方法至少具有以下有益效果：

1.利用水位平衡及数据传输组件可以自动化完成双环试验内外环水位平衡，准确记录数据，提高双环试验的准确度；显示以及传输计算结果，可多地同时开展试验，实现远程管理，节省人力，提高工作人员工作效率；

2.双环试验监测组件通过水位平衡及数据传输组件以及水平调整组件的组合实现装置的水平及固定，在需要进行双环试验时安装于双环组件上，该装置简单便携带、具有广泛适用性，可兼容不同规格的双环组件，对双环组件无特殊要求，可利用现有双环设备，以节约成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种双环试验监测组件，所述双环试验监测组件设置于双环组件上，所述双环组件包括内环(210)以及与所述内环(210)同轴设置的外环(220)，其特征在于，所述双环试验监测组件包括水位平衡及数据传输组件(110)，以及用于将所述水位平衡及数据传输组件(110)固定在所述双环组件上的水平调整组件(120)；

所述水位平衡及数据传输组件(110)包括注水组件、流量计(113)及主控制器(114)，所述注水组件包括第一注水组件(111)和第二注水组件(112)，用于分别向所述双环组件的内环(210)内部以及内环(210)与外环(220)之间注水；所述流量计(113)与所述主控制器(114)电连接，用于记录所述注水组件的注水流量及其对应时刻，并将所述注水组件的注水流量计其对应时刻发送至所述主控制器(114)，所述主控制器(114)用于获取所述内环(210)直径，并根据所述内环(210)直径与所述注水流量及其对应时刻计算渗透系数；

所述水平调整组件(120)包括与所述水位平衡及数据传输组件(110)固定且可拆卸的第一固定连接部，以及与所述双环组件的内环(210)固定可拆卸的第二固定连接部，其中第一固定连接部包括第一固定连接件(121)和第二固定连接件(122)；

所述水平调整组件(120)还包括外壳(123)以及两个呈倒梯形且对称设置的调平辅助结构(124)，二者顶端与所述外壳(123)下表面固定，所述双环组件的内环(210)位于所述两个调平辅助结构(124)之间并抵靠在所述外壳(123)下表面上；

所述外壳(123)上设置有第一通孔和第二通孔，所述第一固定连接 件(121)设置于所述第一通孔处，所述第二固定连接 件(122)设置于所述第二通孔处，所述第一注水组件(111)的第一注水管路穿过所述第一固定连接件(121)后被其固定；所述第二注水组件(112)的第二注水管路穿过所述第二固定连接件(122)后被其固定。

2.根据权利要求1所述的双环试验监测组件，其特征在于，

所述第一注水组件(111)设置于所述双环组件的内环(210)内侧，用于向内环(210)内部注水，其包括第一子控制器(115)，以及设置在第一注水管路上的第一阀门(116)和第一水位计(117)；

所述第一子控制器(115)分别与所述第一阀门(116)、所述第一水位计(117)及所述主控制器(114)电连接，用于根据所述第一水位计(117)测量的水位数据控制所述第一阀门(116)的通断，以及将所述水位数据及所述第一阀门(116)的通断数据传输至所述主控制器(114)；

所述第二注水组件(112)设置于所述双环组件的内环(210)与外环(220)之间，用于向内环(210)与外环(220)之间注水，其包括第二子控制器(118)，以及设置在第二注水管路上的第二阀门(119)和第二水位计(11A)；

所述第二子控制器(118)分别与所述第二阀门(119)、第二水位计(11A)及所述主控制器(114)电连接，用于根据所述第二水位计(11A)测量的水位数据控制所述第二阀门(119)的通断，以及将所述水位数据及所述第一阀门(116)的通断数据传输至所述主控制器(114)；

其中，所述第一注水组件(111)与第二注水组件(112)呈平行且相对设置。

3.根据权利要求2所述的双环试验监测组件，其特征在于，

所述第一注水组件(111)还包括设置在第一注水管路上的第一单向阀门(11B)及第一微型水泵(11C)，所述第一单向阀门(11B)靠近所述第一注水组件(111)的进水口设置，所述第一微型水泵(11C)与所述第一子控制器(115)电连接，其用于在接收到第一子控制器(115)的开启信号时开始抽水，以通过第一单向阀门(11B)和第一阀门(116)向内环(210)内部注水；

所述第二注水组件(112)还包括设置在第二注水管路上的第二单向阀门(11D)及第二微型水泵(11E)，所述第二单向阀门(11D)靠近所述第二注水组件(112)的进水口设置，所述第二微型水泵(11E)与所述第二子控制器(118)电连接，其用于在接收到第二子控制器(118)的开启信号时开始抽水，以通过第二单向阀门(11D)和第二阀门(119)向内环(210)与外环(220)之间注水。

4.根据权利要求3所述的双环试验监测组件，其特征在于，所述流量计(113)设置于所述第一注水组件(111)的第一注水管路上，并在水流方向上位于所述第一单向阀门(11B)后方。

5.根据权利要求2所述的双环试验监测组件，其特征在于，

所述第一注水组件(111)的第一注水管路穿过所述第一固定连接件(121)以伸入所述双环组件的内环(210)内侧并由所述第一固定连接件(121)固定；

所述第二注水组件(112)的第二注水管路穿过所述第二固定连接件(122)以伸入所述双环组件的内环(210)与外环(220)之间并由所述第二固定连接件(122)固定；

其中，所述第一固定连接件(121)与所述第二固定连接件(122)呈平行且相对设置。

6.根据权利要求1所述的双环试验监测组件，其特征在于，

所述水平调整组件(120)还包括水平尺(125)，其固定于所述外壳(123)上表面，并位于所述第一固定连接件(121)与所述第二固定连接件(122)之间。

7.根据权利要求1所述的双环试验监测组件，其特征在于，

所述外壳(123)包括中间部，以及分别与所述中间部的两端连接并向下延伸的第一支部和第二支部，且所述第一支部位于所述双环组件的内环(210)内侧，所述第二支部位于所述双环组件的内环(210)与外环(220)之间；

所述第二固定连接部包括第一调平辅助螺栓(126)及第二调平辅助螺栓(127)；

所述第一调平辅助螺栓(126)自外向内穿过所述外壳(123)的第一支部并锁紧于所述双环组件的内环(210)的内壁处；所述第二调平辅助螺栓(127)自外向内穿过所述外壳(123)的第二支部并锁紧于所述双环组件的内环(210)的外壁处。

8.根据权利要求1所述的双环试验监测组件，其特征在于，还包括数据发送组件(114a)和数据输入及显示组件(114b)；

所述数据输入及显示组件(114b)与所述主控制器(114)电连接，用于获取用户输入的第一数据信息，以及显示所述第一数据信息和所述主控制器(114)传输的第二数据信息，其中所述第一数据信息包括所述双环组件的内环(210)直径，所述第二数据信息包括注水流量及其对应时刻，以及根据所述内环(210)直径、注水流量及其对应时刻计算获得的渗透系数；

所述数据发送组件(114a)分别与所述主控制器(114) 以及远程控制终端电连接，用于将所述主控制器(114)传输的第一数据信息和第二数据信息发送至所述远程控制终端。

9.根据权利要求1所述的双环试验监测组件，其特征在于，还包括：

过滤装置(11F)，所述过滤装置(11F)设置于所述注水组件的进水口处。

10.一种双环试验装置，包括双环组件，其特征在于，还包括设置于所述双环组件上的如权利1-9中任一项所述的双环试验监测组件。

11.一种应用如权利要求1所述的双环试验监测组件的双环试验方法，其特征在于，包括：

所述主控制器(114)获取双环组件的内环(210)直径；

主控制器(114)启动注水流程，以使注水组件分别向双环组件的内环(210)内部以及内环(210)与外环(220)之间注水；

所述主控制器(114)获取所述注水组件的流量数据以及对应的时刻，其中所述注水组件的流量数据及其对应的时刻由流量计(113)记录并发送至所述主控制器(114)；

所述主控制器(114)根据所述内环(210)直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数。

12.根据权利要求11所述的方法，所述注水组件包括第一注水组件(111)及第二注水组件(112)，所述第一注水组件(111)包括第一子控制器(115)、第一阀门(116)、第一水位计(117)、第一微型水泵(11C)及第一单向阀门(11B)，所述第二注水组件(112)包括第二子控制器(118)、第二阀门(119)、第二水位计(11A)、第二微型水泵(11E) 及第二单向阀门(11D)，其特征在于，在所述主控制器(114)获取所述注水组件的流量数据及其对应的时刻之前，还包括：

S10、主控制器(114)判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位，其中所述第一水位数据是由第一子控制器(115)获取的所述第一水位计(117)的水位数据并由第一子控制器(115)发送至所述主控制器(114)，所述第二水位数据是由第二子控制器(118)获取的所述第二水位计(11A)的水位数据并由第二子控制器(118)发送至所述主控制器(114)；

S20、若第一水位数据未达到整定水位，所述主控制器(114)发送第一注水信号至所述第一子控制器(115)，所述第一子控制器(115)接收到第一注水信号后依次启动所述第一阀门(116)和第一微型水泵(11C)，使得所述第一注水组件(111)启动注水；

S30、若第二水位数据未达到整定水位，所述主控制器(114)发送第二注水信号至所述第二子控制器(118)，所述第二子控制器(118)接收到第二注水信号后依次启动所述第二阀门(119)和第二微型水泵(11E)，使得所述第二注水组件(112)启动注水；

S40、所述主控制器(114)再次判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位，若是，则在第一水位数据以及第二水位数据初次同时达到整定水位时，通过流量计(113)记录注水流量数据及其对应时刻，若否，则返回步骤S20，直到第一水位数据以及第二水位数据都达到整定水位。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述主控制器(114)判断第一水位数据以及第二水位数据是否都达到整定水位之后，还包括：

S50、若第一水位数据达到整定水位，所述主控制器(114)发送第一关闭信号至所述第一子控制器(115)，所述第一子控制器(115)接收到第一关闭信号后依次关闭第一微型水泵(11C)和所述第一阀门(116)，使得所述第一注水组件(111)关闭注水；

S60、若第二水位数据达到整定水位，所述主控制器(114)发送第二关闭信号至所述第二子控制器(118)，所述第二子控制器(118)接收到第二关闭信号后依次关闭第二微型水泵(11E)和所述第二阀门(119)，使得所述第二注水组件(112)关闭注水。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述主控制器(114)根据所述内环(210)直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数，其计算公式为：

其中，K表示渗透系数，Q_t1表示流量计(113)记录的t1时刻的流量数据，Q_t2表示流量计(113)记录的t2时刻的流量数据，D表示双环组件的内环(210)直径，ΔQ＝Q_t2-Q_t1，Δt＝t2-t1。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述主控制器(114)根据所述内环(210)直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数之前，还包括：

所述主控制器(114)根据所述流量数据及其对应的时刻计算单位时间内的流量差；

所述主控制器(114)判断所述单位时间内的流量差是否满足预设阈值，若满足，则所述主控制器则确认入渗速率达到稳定状态，并根据所述内环(210)直径与流量数据及其对应的时刻计算渗透系数；

所述主控制器(114)根据所述流量数据及其对应的时刻计算单位时间的流量差的计算公式为：

其中，Q_t1表示流量计(113)记录的t1时刻的流量数据，Q_t2表示流量计(113)记录的t2时刻的流量数据，Q_t3表示流量计(113)记录的t3时刻的流量数据，a表示预设阈值。

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