CN110736692A - 一种测定土体渗透系数的自动化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测定土体渗透系数的自动化装置及方法,它包括定‑变水头转换及水压输入系统、试样盒和据测量与采集系统;所述定‑变水头转换及水压输入系统包括供水管,所述供水管上安装有加压泵,所述加压泵的出水口通过横管与开口玻璃细管相连,在开口玻璃细管的底部连接有进水管;所述进水管与试样盒的底部侧壁相连通,所述试验盒的内部放置环刀,所述环刀内部放置土样,所述试验盒的顶部连接有出水管。可以解决当前测定粗粒土和细粒土的渗透系数时需要使用两套设备的问题。
Description
技术领域
本发明涉及岩土实验领域,尤其是测定土体渗透系数的自动化装置及方法。
背景技术
土体的渗透系数是土木工程、水利工程、交通工程等学科开展分析研究必用的重要参数。目前测定土体渗透系数的仪器分为定水头法和变水头法两种,其中定水头法主要适用于无粘性土,变水头主要适用于粘性土,试样装置和方法的不足主要有四个方面:
(一)试验前需要先确定土体的类型后再选用不同的装置和方法,对于细颗粒和粗颗粒含量相当的土或者颗粒均匀的粉土,经常因选用方法不对而反复试验,无法实现两种试验方法的自由转换和相互验证;
(二)变水头试验方法通常需要操作人员同时记录渗透时间和水头变化,出现因人为读数不准确或不同步带来的误差,使得测定精度难以保证;而定水头试验方法常因水头压力不大、渗透速度不快而使试验时间过长;
(三)假设水从试样渗出后的水压力为零,与实际情况不符;
(四)试验数据需要人为记录,自动化程度较低,误差较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测定土体渗透系数的自动化装置及方法,可以解决当前测定粗粒土和细粒土的渗透系数时需要使用两套设备的问题,也可以通过电子装置提高测量精度,还可以通过增大水压力而加快试验进度,试验数据实时自动采集能减少人为读数误差,该装置和方法使用方便快捷,可以同时测定进水口压力、出水口压力、水流量、时间和温度,数据可实时采集存储。
为了实现上述的技术特征,本发明的目的是这样实现的:一种测定土体渗透系数的自动化装置,它包括定-变水头转换及水压输入系统、试样盒和据测量与采集系统;
所述定-变水头转换及水压输入系统包括供水管,所述供水管上安装有加压泵,所述加压泵的出水口通过横管与开口玻璃细管相连,在开口玻璃细管的底部连接有进水管;
所述进水管与试样盒的底部侧壁相连通,所述试验盒的内部放置环刀,所述环刀内部放置土样,所述试验盒的顶部连接有出水管。
所述据测量与采集系统包括安装在进水管上的进水管压力传感器和进水管电子温度计以及安装在出水管上的出水管压力传感器和出水管电子流量计,所述进水管压力传感器、进水管电子温度计、出水管压力传感器和出水管电子流量计分别通过对应的第一数据传输线、第二数据传输线、第三数据传输线和第四数据传输线同时与数据采集装置相连。
所述横管上安装有稳压阀和第一阀门;
所述开口玻璃细管上安装有第二阀门。
所述试验盒的内部底端设置有下部透水石,在其内部顶端设置有上部透水石,并在其顶端通过第一固定螺栓和第二固定螺栓安装有试验盒顶盖。
所述出水管上安装有第三阀门。
所述测定土体渗透系数的自动化装置在固定水头条件下测定渗透系数的方法,该方法包括以下步骤:
步骤1,按对应的密实度要求将试验土样填满环刀并饱和;
步骤2,将下部透水石、带土样的环刀、上部透水石依次放入试样盒中,盖上试样盒顶盖,拧紧第一固定螺栓和第二固定螺栓;
步骤3,开启第一阀门和第三阀门,慢速自由排水,排除管道及透水石的气泡;
步骤4,关闭第三阀门,开启加压泵,调节稳压阀使水压稳定;
步骤5,开启进水管压力传感器、出水管压力传感器、进水管电子温度计和出水管电子流量计;
步骤6,开启数据采集装置;
步骤7,开启第三阀门,以出水管电子流量计有度数为试验开始起点;
步骤8,经过设定时间段t后关闭加压泵、稳压阀、第一阀门、第三阀门,停止试验;
步骤9,提取采集系统存储的进水管压力传感器的数据h1、出水管压力传感器数据h2和电子流量计的水量Q;
步骤10,根据定水头计算公式:
确定该土样的饱和渗透系数,单位cm/s;
式中:Q为流经试样的水量,单位cm3;L为试样的高度,单位cm;A为试样的横截面积,单位cm2;t为时间,单位s;h1和h2分别为试样进水管和出水管的压力水头,单位为cm。
所述测定土体渗透系数的自动化装置在变水头条件下测定渗透系数的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤1,按要求的密度或孔隙比将试验土样填满环刀并饱和;
步骤2,将下部透水石、带土样的环刀、上部透水石依次放入试样盒中,盖上试样盒顶盖,拧紧第一固定螺栓和第二固定螺栓;
步骤3,开启第一阀门和第三阀门,慢速自由排水,排除管道及透水石的气泡;
步骤4,关闭第三阀门,开启加压泵;
步骤5,向开口玻璃细管内充满水;
步骤6,开启进水管压力传感器、出水管压力传感器、进水管电子温度计和出水管电子流量计;
步骤7,开启数据采集装置;
步骤8,开启第二阀门和第三阀门,以电子流量计有度数为试验开始起点;
步骤9,待开口玻璃细管内的水位降至较低的位置时,关闭第二阀门和第三阀门,停止试验;
步骤11,根据变水头计算公式确定该土样的饱和渗透系数,单位cm/s。
式中:a的单位cm2;L为试样的高度,单位cm;A为试样的横截面积,单位cm2;△t为试验开始到结束的时长,单位为s;h1和h2单位为cm。
本发明有如下有益效果:
1、可针对任何颗粒级配、任何细粒含量、任意密实程度的土样开展土体渗透系数测试。
2、试验过程中,如发现变水头试验方法不适用,可通过阀门的开关自由转换为定水头试验方法,无需采用其他设备和另外制备试样。
3、通过加压泵和稳压阀,可设置稳定的不同压力的水流,能够结合土的渗透能力对水压力进行调节从而加快试验进度,也可以研究高水压作用对土体渗透系数的影响效应。
4、进入试样和流出试样的水压力都通过压力传感器实时监测,保证了试验结果的准确性。
5、可准确测定经过土样的水量和渗透的时间长度。
6、数据采集装置可以实时记录存储各个传感器的数据。
7、试样盒和环刀可以设置为不同的高度和面积。
8、可以测定水的温度,确定不同水温下土体的渗透系数,研究水温的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明装置的结构示意图。
图中:供水管1、加压泵2、稳压阀3、第一阀门4、第二阀门5、开口玻璃细管6、进水管7、进水管压力传感器8、进水管电子温度计9、试验盒10、下部透水石11、环刀12、上部透水石13、试样盒顶盖14、拧紧第一固定螺栓15、第二固定螺栓16、第三阀门17、出水管18、出水管压力传感器19、出水管电子流量计20、第四数据传输线21、第三数据传输线22、第一数据传输线23、第二数据传输线24、数据采集装置25。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1:
参见图1,一种测定土体渗透系数的自动化装置,它包括定-变水头转换及水压输入系统、试样盒和据测量与采集系统;所述定-变水头转换及水压输入系统包括供水管1,所述供水管1上安装有加压泵2,所述加压泵2的出水口通过横管与开口玻璃细管6相连,在开口玻璃细管6的底部连接有进水管7;所述进水管7与试样盒10的底部侧壁相连通,所述试验盒10的内部放置环刀12,所述环刀12内部放置土样,所述试验盒10的顶部连接有出水管18。
进一步的,所述据测量与采集系统包括安装在进水管7上的进水管压力传感器8和进水管电子温度计9以及安装在出水管18上的出水管压力传感器19和出水管电子流量计20,所述进水管压力传感器8、进水管电子温度计9、出水管压力传感器19和出水管电子流量计20分别通过对应的第一数据传输线23、第二数据传输线24、第三数据传输线22和第四数据传输线21同时与数据采集装置25相连。
进一步的,所述横管上安装有稳压阀3和第一阀门4;稳压阀3保证进水的压力稳定可控,可以用来测定渗透系数较高的粗粒土的渗透系数。所述开口玻璃细管6上安装有第二阀门5。开启加压泵2)、稳压阀3、进水口阀门4,同时关闭阀门5,能增大供水管的水压力,比常用的定水头测量方法的压力大,可加快实验进度。
开启阀门5并关闭阀门4,玻璃细管6的水位逐渐降低即形成了进水管的变化水头,可测定试验时间较长、渗透系数较低的黏性土的渗透系数。
进一步的,可以通过控制阀门4和阀门5,实现定水头方法和变水头方法之间的快速转换。
进一步的,所述试验盒10的内部底端设置有下部透水石11,在其内部顶端设置有上部透水石13,并在其顶端通过第一固定螺栓15和第二固定螺栓16安装有试验盒顶盖14。
进一步的,所述进水管压力传感器8、进水管电子温度计9、出水管压力传感器19和出水管电子流量计20的读数都是同步的,并实时传输到数据采集装置25。
进一步的,所述出水管18上安装有第三阀门17。
实施例2:
所述测定土体渗透系数的自动化装置在固定水头条件下测定渗透系数的方法,该方法包括以下步骤:
步骤1,按对应的密实度要求将试验土样填满环刀12并饱和;
步骤2,将下部透水石11、带土样的环刀12、上部透水石13依次放入试样盒10中,盖上试样盒顶盖14,拧紧第一固定螺栓15和第二固定螺栓16;
步骤3,开启第一阀门4和第三阀门17,慢速自由排水,排除管道及透水石的气泡;
步骤4,关闭第三阀门17,开启加压泵2,调节稳压阀3使水压稳定;
步骤5,开启进水管压力传感器8、出水管压力传感器19、进水管电子温度计9和出水管电子流量计20;
步骤6,开启数据采集装置25;
步骤7,开启第三阀门17,以出水管电子流量计20有度数为试验开始起点;
步骤8,经过设定时间段t后关闭加压泵2、稳压阀3、第一阀门4、第三阀门17,停止试验;
步骤9,提取采集系统存储的进水管压力传感器8的数据h1、出水管压力传感器19数据h2和电子流量计20的水量Q;
步骤10,根据定水头计算公式:
确定该土样的饱和渗透系数,单位cm/s;
式中:Q为流经试样的水量,单位cm3;L为试样的高度,单位cm;A为试样的横截面积,单位cm2;t为时间,单位s;h1和h2分别为试样进水管和出水管的压力水头,单位为cm。
实施例3:
所述测定土体渗透系数的自动化装置在变水头条件下测定渗透系数的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤1,按要求的密度或孔隙比将试验土样填满环刀12并饱和;
步骤2,将下部透水石11、带土样的环刀12、上部透水石13依次放入试样盒10中,盖上试样盒顶盖14,拧紧第一固定螺栓15和第二固定螺栓16;
步骤3,开启第一阀门4和第三阀门17,慢速自由排水,排除管道及透水石的气泡;
步骤4,关闭第三阀门17,开启加压泵2;
步骤5,向开口玻璃细管6内充满水;
步骤6,开启进水管压力传感器8、出水管压力传感器19、进水管电子温度计9和出水管电子流量计20;
步骤7,开启数据采集装置25;
步骤8,开启第二阀门5和第三阀门17,以电子流量计20有度数为试验开始起点;
步骤9,待开口玻璃细管6内的水位降至较低的位置时,关闭第二阀门5和第三阀门17,停止试验;
步骤11,根据变水头计算公式确定该土样的饱和渗透系数,单位cm/s。
式中:a的单位cm2;L为试样的高度,单位cm;A为试样的横截面积,单位cm2;△t为试验开始到结束的时长,单位为s;h1和h2单位为cm。
Claims (8)
1.一种测定土体渗透系数的自动化装置,其特征在于,它包括定-变水头转换及水压输入系统、试样盒和据测量与采集系统;
所述定-变水头转换及水压输入系统包括供水管(1),所述供水管(1)上安装有加压泵(2),所述加压泵(2)的出水口通过横管与开口玻璃细管(6)相连,在开口玻璃细管(6)的底部连接有进水管(7);
所述进水管(7)与试样盒(10)的底部侧壁相连通,所述试验盒(10)的内部放置环刀(12),所述环刀(12)内部放置土样,所述试验盒(10)的顶部连接有出水管(18)。
2.根据权利要求1所述一种测定土体渗透系数的自动化装置,其特征在于:所述据测量与采集系统包括安装在进水管(7)上的进水管压力传感器(8)和进水管电子温度计(9)以及安装在出水管(18)上的出水管压力传感器(19)和出水管电子流量计(20),所述进水管压力传感器(8)、进水管电子温度计(9)、出水管压力传感器(19)和出水管电子流量计(20)分别通过对应的第一数据传输线(23)、第二数据传输线(24)、第三数据传输线(22)和第四数据传输线(21)同时与数据采集装置(25)相连。
3.根据权利要求1所述一种测定土体渗透系数的自动化装置,其特征在于:所述横管上安装有稳压阀(3)和第一阀门(4)。
4.根据权利要求1所述一种测定土体渗透系数的自动化装置,其特征在于:所述开口玻璃细管(6)上安装有第二阀门(5)。
5.根据权利要求1所述一种测定土体渗透系数的自动化装置,其特征在于:所述试验盒(10)的内部底端设置有下部透水石(11),在其内部顶端设置有上部透水石(13),并在其顶端通过第一固定螺栓(15)和第二固定螺栓(16)安装有试验盒顶盖(14)。
6.根据权利要求1所述一种测定土体渗透系数的自动化装置,其特征在于:所述出水管(18)上安装有第三阀门(17)。
7.采用权利要求1-6任意一项所述测定土体渗透系数的自动化装置在固定水头条件下测定渗透系数的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤1,按对应的密实度要求将试验土样填满环刀(12)并饱和;
步骤2,将下部透水石(11)、带土样的环刀(12)、上部透水石(13)依次放入试样盒(10)中,盖上试样盒顶盖(14),拧紧第一固定螺栓(15)和第二固定螺栓(16);
步骤3,开启第一阀门(4)和第三阀门(17),慢速自由排水,排除管道及透水石的气泡;
步骤4,关闭第三阀门(17),开启加压泵(2),调节稳压阀(3)使水压稳定;
步骤5,开启进水管压力传感器(8)、出水管压力传感器(19)、进水管电子温度计(9)和出水管电子流量计(20);
步骤6,开启数据采集装置(25);
步骤7,开启第三阀门(17),以出水管电子流量计(20)有度数为试验开始起点;
步骤8,经过设定时间段t后关闭加压泵(2)、稳压阀(3)、第一阀门(4)、第三阀门(17),停止试验;
步骤9,提取采集系统存储的进水管压力传感器(8)的数据h1、出水管压力传感器(19)数据h2和电子流量计(20)的水量Q;
步骤10,根据定水头计算公式:
确定该土样的饱和渗透系数,单位cm/s;
式中:Q为流经试样的水量,单位cm3;L为试样的高度,单位cm;A为试样的横截面积,单位cm2;t为时间,单位s;h1和h2分别为试样进水管和出水管的压力水头,单位为cm。
8.采用权利要求1-6任意一项所述测定土体渗透系数的自动化装置在变水头条件下测定渗透系数的方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
步骤1,按要求的密度或孔隙比将试验土样填满环刀(12)并饱和;
步骤2,将下部透水石(11)、带土样的环刀(12)、上部透水石(13)依次放入试样盒(10)中,盖上试样盒顶盖(14),拧紧第一固定螺栓(15)和第二固定螺栓(16);
步骤3,开启第一阀门(4)和第三阀门(17),慢速自由排水,排除管道及透水石的气泡;
步骤4,关闭第三阀门(17),开启加压泵(2);
步骤5,向开口玻璃细管(6)内充满水;
步骤6,开启进水管压力传感器(8)、出水管压力传感器(19)、进水管电子温度计(9)和出水管电子流量计(20);
步骤7,开启数据采集装置(25);
步骤8,开启第二阀门(5)和第三阀门(17),以电子流量计(20)有度数为试验开始起点;
步骤9,待开口玻璃细管(6)内的水位降至较低的位置时,关闭第二阀门(5)和第三阀门(17),停止试验;
步骤10,提取采集系统存储数据,设试验开始时和结束时进水管压力传感器(8)的数据分别为出水管压力传感器(19)数据分别为开口玻璃细管(6)的内截面积为a;电子流量计(20)的水量Q可印证细玻璃管的水位变化值;
步骤11,根据变水头计算公式确定该土样的饱和渗透系数,单位cm/s。
式中:a的单位cm2;L为试样的高度,单位cm;A为试样的横截面积,单位cm2;△t为试验开始到结束的时长,单位为s;h1和h2单位为cm。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200131 |
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