CN110907326A - 达西渗流测定的自循环试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及实验室土壤实验设备领域,用于演示并验证达西定律的试验装置。一种达西渗流测定的自循环试验装置,包括固定板架、供水装置、达西仪筒体、测压管、量筒;所述固定板架的结构包含空心底座、立板,所述立板的板面上设有刻度尺;所述供水装置包含储水槽、水泵、方形供水槽,所述方形供水槽可上下滑动连接于立板上,所述达西仪筒体置于空心底座上,上端开口周边设有环形水槽,所述达西仪筒体壁上设有不同高度的三个水压孔,分别与外侧的三个测压管相连通;所述方形供水槽上的出水管,与所述达西仪筒体底部的进水孔相连通。本发明结构合理,可适用于学校教学、实验室演示,操作方便,能够满足实际需要、经济实用。
Description
技术领域
本发明涉及实验室土壤实验设备领域,具体而言,是一种用于演示并验证达西定律,关于达西渗流测定的自循环试验装置。
背景技术
1856年,法国工程师达西进行了水通过饱和砂的实验研究,发现了圆筒过水断面的渗流量与圆筒断面和水力坡度成正比,并和土壤的透水性能有关。此实验被称为达西实验,可以用来测定岩石的渗透系数。
在野外确定渗透系数常用的方法有:井孔抽水、注水及试坑渗水、压水试验等方法,在室内常用达西仪、戚姆仪及渗压仪、渗流槽等实验方法测定。为了教学需要,需要一种适合实验室内使用,便于学生掌握实验室测定孔隙介质渗透系数的方法,加深对岩石渗透系数的认识,从而可验证达西定律,提高学生对直线渗透定律的理解的教学用具,本发明就是为此而设计的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理、经济实用,能够较好地测定试验样本的渗透系数值,通过渗流量和水头损失的关系,用于演示并验证达西定律,能实现准确快速测量的达西渗流测定的自循环试验装置。
一种达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于主要包括固定板架、供水装置、达西仪筒体、测压管、量筒;
所述固定板架的结构包含空心底座、立板,所述立板的板面上设有刻度尺;
所述供水装置包含储水槽、水泵、方形供水槽,所述水泵置于储水槽内,所述方形供水槽可上下滑动连接于立板上,所述方形供水槽的结构包含上端开口的方形槽体,方形槽体内设有竖向隔板,所述竖向隔板的上沿低于所述方形槽体的上沿,所述竖向隔板将方形槽体空间分为前室与后室,所述方形槽体后侧壁设有供水孔,供水孔上设有管状供水嘴,所述供水嘴穿过后室连通前室,从水泵引出的输水管,与所述供水嘴相连通,使得水泵里的水通过供水嘴进入前室;所述前室及后室的底部,分别设有出水孔、回水孔,所述出水孔连接有出水管,所述回水孔连接有回水管,所述回水管与储水槽相连通;
所述达西仪筒体置于空心底座上,所述达西仪筒体上端开口,下端设有进水孔,上端开口周边设有环形水槽,所述环形水槽的槽底低于达西仪筒体的上端开口,所述环形水槽上设有溢水孔,溢水孔通过溢水管与量筒相连通;所述达西仪筒体内设有过滤板,过滤板上放置试验样本;所述达西仪筒体壁上设有不同高度的三个水压孔,分别与外侧的三个测压管相连通,三个所述测压管分别与立板固定连接;
所述方形供水槽上的出水管,与所述达西仪筒体底部的进水孔相连通。
作为优选,所述的方形供水槽的后侧设有延长壁,所述延长壁上设有螺孔,螺孔上设有顶紧螺栓,所述延长壁靠近所述立板侧壁,通过顶紧螺栓与立板侧壁相对固定。将顶紧螺栓拧松或拧紧,可以使得方形供水槽上下调节固定位置。
作为优选,三个所述测压管的形状,均是包含水平管、直立管两部分组成的“L”型折管,三个所述测压管的直立管部分,分别与立板固定连接。
作为优选,所述方形供水槽背后的立板上开有穿洞,所述出水管、回水管从穿洞中穿过。
作为优选,所述的空心底座上设有穿孔,所述方形供水槽上的出水管穿过空心底座上的穿孔,从空心底座内部与所述达西仪筒体底部的进水孔相连通。
作为优选,所述的出水管上设有阀门。
作为优选,所述达西仪筒体内部所放置的试验样本,为砾石层、粗砂层或砾石粗砂混合层交替铺设形成的样本层,最下层为粗砂层,每层层高为2~3cm,砾石的粒径为5~10mm,粗砂的粒径为0.6~0.8mm。
本发明设计了一种演示并验证达西定律的试验装置,是在达西定律原理基础上设计的。操作时收集从溢流孔流出的水量并计时,将实验测得的渗流速度与达西定律计算的渗流速度进行对比,即可验证达西定律;达西仪筒体内装有实验样土,在达西仪筒体的不同高度连接测压管,来测量样土对应位置的水压,由此验证渗流速度与压力的线性关系。
本发明在使用时,包括以下步骤:
(1)、测量仪器的几何侧参数:实验用达西仪筒体的内径D、测土柱渗透距离L、测孔间距Lab、Lbc并记录。
(2)、装填试样:将试验样土分层(每层厚约2~3厘米)送入有机玻璃筒,每层均用捣棒轻轻捣实,以控制孔隙比。直至试验样土装到高出最上测压孔3~4厘米为止。
(3)、饱和试样:
启动水泵,将储水槽里面的水供给进入方形供水槽,将方形供水槽在立板上移动,使其管口高于溢水孔,打开阀门使水由仪器底部的出水管向上渗透,到水面与溢水孔齐平为止,多出的水由溢水孔流出,检查测压管水位是否同一水平,各测压管水位相差0.5毫米以内为准,否则表示仪器内有漏水或集气现象,应设法纠正。
(4)、调试仪器:
调整方形供水槽高度,打开进水阀门,水充满整个试验样本后通过样本渗透,溢流孔7会有水流出,此时达西仪筒体的有机玻璃筒水面保持不变。测压管A、测压管C读数之差最大,使测压管A、B的水头与测压管B.C的水头差相等。
(5)测定水头:
待A、B、C三个测压管的水位稳定后(在5分钟内测压管水位变动不超过0.5亳米,或两次所测流量差不超过5%为准),读出个测压管的水头值(读弯月面下缘估计到0.1厘米),并计算各测压管间的水位差。
把A、B、C三个测压管的水位的数值读写出来,记录到下表中:
(6)、测定流量:
在进行步骤(5)的同时,利用秒表和量筒测量t时间内从达西仪筒体中流出到量筒的水的体积,及时计算流量Q。连测3次,使流量的相对误差小于5%,取平均值。
其中Q为流量,A为过水断面面积,J为水力坡度,K为渗透系数,V为断面平均流速。
(7)、将方形供水槽的位置由高调低、改变A、B、C三个测压管的读数,重复步骤(5)和(6)3次,即完成了3次实验,取3组实验数据。
表1渗透系数计算表
表2水力坡度计算表
分析同一实验测得相关的数据,给出渗流速度v和水力坡度J的关系曲线,并在同一坐标系内绘出三种试样的v-J曲线,并用这些曲线分别求出渗透系数K值。
完成实验目的:
1、测定试验样土柱的渗透系数K值;
2、测定通过试验样土柱渗流量与水头损失的关系,验证渗透的达西定律v=KJ。
本发明中的达西仪筒体:一般为有机玻璃圆筒,顶部开孔,顶端设有开口的环形水槽环绕在外部,防止水量过多时导致漫出。三个测压管子被固定在支架上,与达西仪筒体的三个测压孔进行连接,即可测得当时的水流压力,测压管后有一个刻度尺,可以进行读数。水泵从储水槽中抽水,通过输水管进行输水进入方形供水槽内。方形供水槽中间有一个竖向隔板,供水嘴将来水导入前室内,当水面达到一定高度漫过竖向隔板时,水可进入后室,进而通过回水管回流,进入储水槽循环使用,出水管的水通过进水孔进入达西仪筒体,从下部进行渗流供水。所述方形供水槽可以根据需要,通过手动调整与立板相连接的顶紧螺栓,将方形供水槽的上下位置进行移动,来改变实验水头与流量。
所述达西仪筒体中装入均质样土砂,底部装一块滤板,实验用水由方形供水槽的出水管供水,恒定水流由样土砂体下部进入,渗过样土砂体的水由达西仪筒体顶溢出,用量筒与停表测定渗流量,在达西仪筒体侧壁上装三只测压管,以测定渗流水头损失。
本发明结构简单,使用方便,可以测定样土均质沙柱的渗透系数的值。
本发明是一种用于演示并验证达西定律的自循环渗流试验装置,可以测定均质沙柱的渗透系数值,通过渗流量和水头损失的关系,验证渗流的达西实验。其结构合理,可适用于学校教学、实验室演示使用,操作方便,能够满足实际需要,是一种经济实用的达西渗流测定的自循环试验装置。
附图说明
图1为本发明主视结构示意图。
图2为图1的俯视结构示意图。
图3为本发明结构中达西仪筒体的剖视结构示意图。
图4为图1中方形供水槽的剖视结构示意图。
图5为方形供水槽的俯视结构示意图。
图6为本发明实验获得的渗流速度v和水力坡度J的关系曲线图。
图中所示:1为空心底座,2为进水孔,3为过滤板,4为量筒,5为达西仪筒体,6为溢水管,7为溢水孔,8为水压孔c,9为水压孔b,10为水压孔a,11为环形水槽,12为测压管A,13为测压管B,14为测压管C,15为刻度尺,16为立板,17为顶紧螺栓,18为方形供水槽,19为出水孔,20为穿洞,21为输水管,22为出水管,23为储水槽,24为水泵,25为阀门,26为穿孔,27为直立管,28为水平管,29为回水管,30为竖向隔板,31为供水嘴,32为延长壁,33为方形槽体,34为供水孔,35为后室,36为回水孔,37为出水孔,38为前室,39试验样土。
具体实施方式
实施例1:
参照图1-图5,为本发明实施例的结构示意图,一种达西渗流测定的自循环试验装置,主要包括固定板架、供水装置、达西仪筒体5、测压管、量筒4;
所述固定板架的结构包含空心底座1、立板16,所述立板16的板面上设有刻度尺15;
所述供水装置包含储水槽23、水泵24、方形供水槽18,所述水泵24置于储水槽23内,所述方形供水槽18可上下滑动连接于立板16上,所述方形供水槽18的结构包含上端开口的方形槽体33,方形槽体内设有竖向隔板30,所述竖向隔板30的上沿低于所述方形槽体33的上沿,所述竖向隔板30将方形槽体33空间分为前室38与后室35,所述方形槽体33后侧壁设有供水孔34,供水孔34上设有管状供水嘴31,所述供水嘴31穿过后室35连通前室38,从水泵24引出的输水管21,与所述供水嘴31相连通,使得水泵24里的水通过供水嘴31进入前室38;所述前室38及后室35的底部,分别设有出水孔37、回水孔36,所述出水孔37连接有出水管22,所述回水孔36连接有回水管29,所述回水管29与储水槽23相连通;
所述达西仪筒体5置于空心底座1上,所述达西仪筒体5上端开口,下端设有进水孔2,上端开口周边设有环形水槽11,所述环形水槽11的槽底低于达西仪筒体5的上端开口,所述环形水槽11上设有溢水孔7,溢水孔7通过溢水管6与量筒4相连通;所述达西仪筒体5内设有过滤板3,过滤板3上放置试验样土39;所述达西仪筒体5壁上设有不同高度的三个水压孔,分别与外侧的三个测压管相连通,三个所述测压管分别与立板16固定连接;
所述方形供水槽18上的出水管22,与所述达西仪筒体5底部的进水孔2相连通。
所述的方形供水槽18的后侧设有延长壁32,所述延长壁32上设有螺孔,螺孔上设有顶紧螺栓17,所述延长壁32靠近所述立板16侧壁,通过顶紧螺栓17与立板16侧壁相对固定。
三个所述测压管的形状,均是包含水平管28、直立管27两部分组成的“L”型折管,三个所述测压管的直立管27部分,分别与立板16固定连接。
所述的空心底座1上设有穿孔26,所述方形供水槽18上的出水管22穿过空心底座1上的穿孔26,从空心底座1内部与所述达西仪筒体5底部的进水孔2相连通。
所述的出水管22上设有阀门25。所述达西仪筒体5内部所放置的试验样土39,为砾石层、粗砂层或砾石粗砂混合层交替铺设形成的样本层,最下层为粗砂层,每层层高为2~3cm,砾石的粒径为5~10mm,粗砂的粒径为0.6~0.8mm。
三个测压管连接于达西仪筒体5上是等间距的,并且测压管被固定在立板16上,后面还有刻度尺15可以查看读数。
所述方形供水槽18连接有三个管子,其中一个为输水管21,连接储水槽23,通过水泵24来进行输水;另一个为出水管22,连接达西仪筒体5底部的进水孔2,将方形供水槽18中的水输入达西仪筒体5;还有一个连接供水孔34,当方形供水槽18前室38里面的水位到达一定高度时候,多出来的水会通过竖向隔板30溢流入后室35,从回水管29返回到储水槽23,并且方形供水槽18可以通过手动调整顶紧螺栓17来移动上下位置,用来改变实验水头与流量。
所述达西仪筒体5为透明壳体,底部固定于空心底座1上,所述进水孔2刚好与空心底座1上的穿孔26位置相对应,所述出水管22从穿孔26中穿出,与进水孔2相连通,在达西仪筒体5的中下部所设置的过滤板3与底部间隔一定距离,形成一个存水处,水流可以通过存水处均匀的往实验样土中渗透。
实施例2:
与实施例1相比,其不同地方在于:所述方形供水槽18背后的立板16上开有穿洞20,所述出水管22、回水管29从穿洞20中穿过,便于管路的通行。
Claims (10)
1.一种达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于主要包括固定板架、供水装置、达西仪筒体、测压管、量筒;
所述固定板架的结构包含空心底座、立板,所述立板的板面上设有刻度尺;
所述供水装置包含储水槽、水泵、方形供水槽,所述水泵置于储水槽内,所述方形供水槽可上下滑动连接于立板上,所述方形供水槽的结构包含上端开口的方形槽体,方形槽体内设有竖向隔板,所述竖向隔板的上沿低于所述方形槽体的上沿,所述竖向隔板将方形槽体空间分为前室与后室,所述方形槽体后侧壁设有供水孔,供水孔上设有管状供水嘴,所述供水嘴穿过后室连通前室,从水泵引出的输水管,与所述供水嘴相连通,使得水泵里的水通过供水嘴进入前室;所述前室及后室的底部,分别设有出水孔、回水孔,所述出水孔连接有出水管,所述回水孔连接有回水管,所述回水管与储水槽相连通;
所述达西仪筒体置于空心底座上,所述达西仪筒体上端开口,下端设有进水孔,上端开口周边设有环形水槽,所述环形水槽的槽底低于达西仪筒体的上端开口,所述环形水槽上设有溢水孔,溢水孔通过溢水管与量筒相连通;所述达西仪筒体内设有过滤板,过滤板上放置试验样土;所述达西仪筒体壁上设有不同高度的三个水压孔,分别与外侧的三个测压管相连通,三个所述测压管分别与立板固定连接;
所述方形供水槽上的出水管,与所述达西仪筒体底部的进水孔相连通。
2.如权利要求1所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于所述的方形供水槽的后侧设有延长壁,所述延长壁上设有螺孔,螺孔上设有顶紧螺栓,所述延长壁靠近所述立板侧壁,通过顶紧螺栓与立板侧壁相对固定。
3.如权利要求1或2所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于三个所述测压管的形状,均是包含水平管、直立管两部分组成的“L”型折管,三个所述测压管的直立管部分,分别与立板固定连接。
4.如权利要求1或2所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于所述方形供水槽背后的立板上开有穿洞,所述出水管、回水管从穿洞中穿过。
5.如权利要求3所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于所述方形供水槽背后的立板上开有穿洞,所述出水管、回水管从穿洞中穿过。
6.如权利要求1或2所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于所述的空心底座上设有穿孔,所述方形供水槽上的出水管穿过空心底座上的穿孔,从空心底座内部与所述达西仪筒体底部的进水孔相连通。
7.如权利要求5所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于所述的空心底座上设有穿孔,所述方形供水槽上的出水管穿过空心底座上的穿孔,从空心底座内部与所述达西仪筒体底部的进水孔相连通。
8.如权利要求1或2所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于所述的出水管上设有阀门。
9.如权利要求7所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于所述的出水管上设有阀门。
10.如权利要求9所述的达西渗流测定的自循环试验装置,其特征在于所述达西仪筒体内部所放置的试验样土,为砾石层、粗砂层或砾石粗砂混合层交替铺设形成的样本层,最下层为粗砂层,每层层高为2~3cm,砾石的粒径为5~10mm,粗砂的粒径为0.6~0.8mm。
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Cited By (2)
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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 |
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