CN111351742B - 生态袋渗透参数测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生态袋渗透参数测定装置及方法，属于生态袋检测技术领域。装置包括水头控制箱、第一压力箱、试验箱、第二压力箱、流量测量箱、三个第一压力传感器、第二压力传感器、数据处理器、控制器和三个充放气组件。方法采用上述装置进行。本发明能够极大程度地对生态袋在真实的工况下的状态进行还原，并测量计算生态袋之间缝隙处的相关参数，使得测定结果能够较为真实地反映出生态袋渗透参数，并降低生态袋因生态袋的重量和形态不同导致的实验误差，具有较强的可行性和实用性。
Description
技术领域
本发明属于生态袋检测技术领域，更具体地说，是涉及一种生态袋渗透参 数测定装置及方法。
背景技术
生态袋是由聚乙烯聚丙烯等高分子材料制成的双面熨烫针刺无纺布加工而 成的土工网袋，主要采用抗老化、抗UU、耐酸碱、无毒可降解、抗冻融的高分 子聚合物为基础材料。袋子内可以填入土壤和肥料。在护坡时，将生态袋叠摞， 辅以连接扣、生态加固粘合剂等，形成透水不透土、对植物友善的新型柔性结 构。生态袋结构面层可以透过植被的根系，同自然坡面结构形成一个有机的整 体。随着时间的延续，植被根系进一步发达，边坡的稳定性还会进一步加强。
发明人通过研究发现渗透性极大会影响生态袋护坡结构在荷载作用下的稳 定性，渗透性越大，渗透到结构内的水会越快的排出来，结构就会越稳定。但 是目前相关人员对于生态袋的渗透特性研究相对较少，并没有专门的、可行性 强的测定生态袋的渗透性的方案。由于生态袋的结构和形态与传统的水力学、 土力学模型具有一定区别，仅采用土体渗透性的测定方式并不能真实反映生态 袋的渗透性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生态袋渗透参数测定装置及方法，以解决现有 技术中存在的没有专门的、可行性强的测定生态袋的渗透性的方案的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种生态袋渗透参数测 定装置，包括水头控制箱、第一压力箱、试验箱、第二压力箱、流量测量箱、 三个第一压力传感器、第二压力传感器、数据处理器、控制器和三个充放气组 件，水头控制箱设有注水口；第一压力箱用于与水头控制箱下部连通；试验箱 上部设有密封盖，一侧与第一压力箱连通，且与第一压力箱之间设有第一止水 阀，用于放置叠摞放置若干生态袋；第二压力箱与试验箱另一侧连通；流量测 量箱与第二压力箱下部连通，用于收集从试验箱流入第二压力箱内的水；三个 第一压力传感器分别设在水头控制箱、第一压力箱和第二压力箱内，用于测定压强；三个充放气组件分别设在水头控制箱、第一压力箱和第二压力箱上，用 于通过充放气调节压强；若干第二压力传感器用于设在相邻的两个生态袋之间、 以测定压强；数据处理器分别与四个第一压力传感器和若干第二压力传感器通 过数据传输模块连接，以传递数据信号；控制器分别与数据处理器和四个充放 气组件电连接，用于根据四个第一压力传感器的数据信号对对应的充放气组件 的运行进行控制。
在本发明的一个实施例中，水头控制箱、第一压力箱、试验箱和第二压力 箱均为密封箱体，且均至少部分为透明结构，以便于观察内部状态。
在本发明的一个实施例中，流量测量箱为密封箱体，且也设有一个第一压 力传感器和一个充放气组件，第一压力传感器与数据处理器模块电连接，充放 气组件与控制器电连接。
在本发明的一个实施例中，每个充放气组件均包括用于与真空泵连接的排 气管、用于与充气泵连接的进气管和分别设在排气管和进气管上的电控阀门， 电控阀门均与控制器电连接。
在本发明的一个实施例中，流量测量箱侧壁为沿竖向均匀设置的筒状结构， 且侧壁上设有刻度线，以便于读取流量测量箱内的水容积；水头控制箱与第一 压力箱之间、试验箱与第二压力箱之间、第二压力箱与流量测量箱之间均设有 第二止水阀。
在本发明的一个实施例中，第一压力箱与试验箱之间以及试验箱与第二压 力箱之间共壁设置，且相同的侧壁上设有若干过水孔，第一止水阀包括设在试 验箱内侧壁的插板阀。
在本发明的一个实施例中，第一压力箱下部设有若干成排设置的进水喷头， 进水喷头通过管路与水头控制箱连接。
在本发明的一个实施例中，若干进水喷头水平设置、向下倾斜设置或者按 互成能够对冲的角度设置。
在本发明的一个实施例中，生态袋渗透参数测定装置还包括水位测量模块， 水位测量模块设在第一压力箱上，且与数据处理器电连接，用于测量第一压力 箱内的水位。
在本发明的一个实施例中，生态袋渗透参数测定装置还包括显示器和数据 输入模块，显示器与数据处理器电连接，以显示数据；数据输入模块与控制器 电连接，用于输入指令数据。
为实现上述目的，本发明又采用的技术方案是：提供一种生态袋非饱和状 态的渗透参数测定方法，采用上述的生态袋渗透参数测定装置进行测定，包括 以下步骤：
A、在试验箱内依次叠摞放置若干个生态袋，直至生态袋将试验箱两侧截断， 同时在相邻的两层生态袋之间的缝隙的两端分别置入第二压力传感器；
B、关闭第一止水阀，向水头控制箱内加入足量的水样，并使第一压力箱中 的水位到达预设位置，调节第一压力箱和第二压力箱中的压强至第一预设值；
C、打开第一止水阀，使水流进试验箱，开始渗水，同时通过控制水头控制 箱中的压强，保持第一压力箱内的水位和压强；
D、间隔第一预设时间t记录流量测量箱内的水量变化量Q，计算得到某一 点的流速
再结合生态袋内某一点的水力梯度
推算水相渗透 系数
其中，hw为该点的高度，iwt为某点水力梯度值，iwt+dt为某点水力梯度值增量。
为实现上述目的，本发明又采用的技术方案是：提供一种生态袋饱和状态 的渗透参数测定方法，采用上述的生态袋渗透参数测定装置进行测定，包括以 下步骤：
A、在试验箱内依次叠摞放置若干个生态袋，直至生态袋将试验箱两侧截断， 同时在相邻的两层生态袋之间的缝隙的两端分别置入第二压力传感器；
B、关闭第一止水阀，向水头控制箱内加入足量的水样，并使第一压力箱中 的水位到达预设位置，调节第一压力箱和第二压力箱中的压强至第一预设值；
E、将第二压力箱与试验箱之间封闭或将第二压力箱充入水样，打开第一止 水阀，使水流进试验箱，对生态袋饱水第二预设时间，同时通过控制水头控制 箱中的压强，保持第一压力箱内的水位和压强；
F、通过相邻生态袋同一缝隙两侧的第二压力传感器的读数得到相邻生态袋 同一缝隙两侧的压强差ΔP，并计算该缝隙间的水摩擦系数K摩擦；再将第二压力 箱与试验箱之间连通，间隔第一预设时间记录流量测量箱内的水量变化量Q， 计算生态袋的渗透系数k；
G、按顺序重复n次上述步骤B、E和F，且每次重复时均提高第一压力箱 中的水位，获得n组K摩擦和k，并进一步计算每次重复中水位升高部分对应的 生态袋的渗透系数K，最后对这些渗透系数K取加权平均数，得到平均渗透系 数Kx。
在本发明的一个实施例中，步骤E中通过控制水头控制箱的压强，保持第 一压力箱内的水位和压强的步骤包括：
通过对第一压力箱内的压强pB的测量，根据公式
计算水头控制箱中的压强pA，并利用水头控制箱上的第一压力传感器和充放气 组件的配合将水头控制箱中的气压调整为pA，式中，A1为第一压力箱和试验 箱的底面积之和，A2为水头控制箱的底面积，h1为待饱水的生态袋顶部的高度， h2为初始状态下水头控制箱中水面与底面之间的高度，X为定值，n>1。
在本发明的一个实施例中，步骤F中计算缝隙间的水摩擦系数的步骤包括：
根据层流速度
和层之间切应力 
得到缝隙间的渗透系数
其中， δ为测算或估测的缝隙高度，z为到最低面的竖向距离的自变量函数，Δh为试 验时水头差值，l为纵向生态袋总长度，μ为水流黏度，i为水力梯度。
在本发明的一个实施例中，步骤F中生态袋的渗透系数
其中，a为水头控制箱与第一压力箱连通处的横截面积， l为试验箱沿水流方向的长度，A为生态袋浸水侧面的面积，H1、H2分别为第一 压力箱和第二压力箱中的水头高度，t1、t2为分别为渗透的起止时间；第一次 执行所述步骤F时，水位升高部分对应的生态袋中区域的渗透系数K1＝k1；之后 每次重复中水位升高部分对应的生态袋中区域的渗透系数K1＝kn-kn-1，n为大于 等于2的正整数。
在本发明的一个实施例中，步骤G中，每次重复中水位升高部分对应的生 态袋的渗透系数K＝/b，其中K摩擦均取绝对值，a为该次重复中水位升高部分对 应的生态袋中的缝隙数量，b为该次重复中水位升高部分对应的生态袋中的生 态袋数量；平均渗透系数
H为生态袋的总高度，Hi为 每次重复上升的高度。
在本发明的一个实施例中，步骤G中，第一次执行步骤B时，第一压力箱 中水位的预设位置与第一层生态袋高度一致，之后每次重复执行步骤B第一压 力箱中的水位高度均升高一层生态袋的高度，则每次生态袋执行步骤E时水位 升高部分对应的生态袋的渗透系数依次为Ka＝K1+K摩擦1，Kb＝K2+K摩擦2， Kc＝K3+K摩擦3，Kd＝K4+K摩擦4，……，Ke＝Ki，其中K摩擦均取负值，之后 计算得出生态袋的平均渗透系数为
其中，H为生态袋 的总高度，Hi为每一层生态袋的具体高度。
本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的有益效果在于：与现有技术相比， 本发明利用位于试验箱两侧的第一压力箱和第二压力箱模拟生态袋在使用状态 下两侧的水头或压强，以还原出生态袋在真实的工况下的状态；并通过控制器、 第一压力传感器和充放气组件的配合，能够较为准确地控制对应各箱体中的压 强，从而能够利用水头控制箱控制试验箱内的水头和压强均能够在较长的时间 内始终保持在预设范围，能够极大程度地对生态袋在真实的工况下的状态进行 还原；同时，通过第二压力传感器能够测量并计算生态袋之间缝隙处的相关参 数，能够排除或增减生态袋之间的缝隙对生态袋自身渗透性的影响(因为使用 过程中可能由于粘结材料或压实等原因将缝隙完全封闭)，最终获得较为准确 地测定结果，而且结构简单，操作方便，具有较强的可行性和实用性。
本发明提供的生态袋非饱和状态的渗透参数测定方法的有益效果在于：与 现有技术相比，本发明通过利用上述装置，能够较为准确地模拟生态袋的工况， 并通过对生态袋饱水的步骤，能够实现对生态袋非饱和状态的测定，而且其中 需要的参数能够较为方便地读取或确定，有利于减小误差。
本发明提供的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法的有益效果在于：与现 有技术相比，本发明通过利用上述装置，能够较为准确地模拟生态袋的工况， 并通过对生态袋饱水的步骤，能够实现对生态袋饱和状态的测定，而且其中需 要的参数能够较为方便地读取或确定，有利于减小误差；同时通过对生态袋间 的缝隙压强进行量，能够得出缝隙的特性，最终对其影响进行增减或排除，提 高测定的准确性，使得测定结果能够较为真实地反映出生态袋渗透参数；另外， 通过对多层生态袋进行集中试验，能够降低生态袋因生态袋的重量和形态不同 导致的实验误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳 动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的生态袋渗透参数测定装置的侧视结构示意图；
图2为本发明实施例提供的生态袋渗透参数测定装置的俯视结构示意图。
其中，图中各附图标记：
10、水头控制箱；
20、第一压力箱；21、进水喷头；22、水位测量模块；
30、试验箱；31、第一止水阀；
40、第二压力箱；50、流量测量箱；
61、第一压力传感器；62、第二压力传感器；
71、数据处理器；72、控制器；
80、充放气组件；90、生态袋。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现对本发明提供的一种生态袋渗透参数测定装置及方法进行说明。
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描 述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现对本发明提供的一种生态袋渗透参数测定装置进行说明。
请一并参阅图1及图2，本发明提供的生态袋渗透参数测定装置，包括水 头控制箱10、第一压力箱20、试验箱30、第二压力箱40、流量测量箱50、三 个第一压力传感器61、第二压力传感器62、数据处理器71、控制器72和三个 充放气组件80，水头控制箱10设有注水口；第一压力箱20用于与水头控制箱 10下部连通；试验箱30上部设有密封盖，一侧与第一压力箱20连通，且与第 一压力箱20之间设有第一止水阀31，用于放置叠摞放置若干生态袋90；第二 压力箱40与试验箱30另一侧连通；流量测量箱50与第二压力箱40下部连通， 用于收集从试验箱30流入第二压力箱40内的水；三个第一压力传感器61分别 设在水头控制箱10、第一压力箱20和第二压力箱40内，用于测定压强；三个 充放气组件80分别设在水头控制箱10、第一压力箱20和第二压力箱40上， 用于通过充放气调节压强；若干第二压力传感器62用于设在相邻的两个生态袋 90之间、以测定压强；数据处理器71分别与四个第一压力传感器61和若干第 二压力传感器62通过数据传输模块连接，以传递数据信号；控制器72分别与数据处理器71和四个充放气组件80电连接，用于根据四个第一压力传感器61 的数据信号对对应的充放气组件80的运行进行控制。
本发明提供的生态袋渗透参数测定装置，与现有技术相比，利用位于试验 箱30两侧的第一压力箱20和第二压力箱40模拟生态袋在使用状态下两侧的水 头或压强，以还原出生态袋在真实的工况下的状态；并通过控制器72、第一压 力传感器61和充放气组件80的配合，能够较为准确地控制对应各箱体中的压 强，从而能够利用水头控制箱10控制试验箱30内的水头和压强均能够在较长 的时间内始终保持在预设范围，能够极大程度地对生态袋在真实的工况下的状 态进行还原；同时，通过第二压力传感器62能够测量并计算生态袋之间缝隙处 的相关参数，能够排除或增减生态袋之间的缝隙对生态袋自身渗透性的影响(因 为使用过程中可能由于粘结材料或压实等原因将缝隙完全封闭)，最终获得较 为准确地测定结果，而且结构简单，操作方便，具有较强的可行性和实用性。
作为本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的一种具体实施方式，水头控 制箱10、第一压力箱20、试验箱30和第二压力箱40均为密封箱体，且均至少 部分为透明结构，以便于观察内部状态。
请一并参阅图1和图2，作为本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的一 种具体实施方式，流量测量箱50为密封箱体，且也设有一个第一压力传感器 61和一个充放气组件80，第一压力传感器61与数据处理器71模块电连接，充 放气组件80与控制器72电连接，以便于进行非常压下的测定试验。
作为本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的一种具体实施方式，每个充 放气组件80均包括用于与真空泵连接的排气管、用于与充气泵连接的进气管和 分别设在排气管和进气管上的电控阀门，电控阀门均与控制器72电连接。
请一并参阅图1和图2，作为本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的一 种具体实施方式，流量测量箱50侧壁为沿竖向均匀设置的筒状结构，且侧壁上 设有刻度线，以便于读取流量测量箱50内的水容积；水头控制箱10与第一压 力箱20之间、试验箱30与第二压力箱40之间、第二压力箱40与流量测量箱 50之间均设有第二止水阀。
请一并参阅图1和图2，作为本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的一 种具体实施方式，第一压力箱20与试验箱30之间以及试验箱30与第二压力箱 40之间共壁设置，且相同的侧壁上设有若干过水孔，第一止水阀31包括设在 试验箱30内侧壁的插板阀。
请参阅图2，作为本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的一种具体实施 方式，第一压力箱20下部设有若干成排设置的进水喷头21，进水喷头21通过 管路与水头控制箱10连接。若干进水喷头21可以水平设置、向下倾斜设置或 者按互成能够对冲的角度设置，以对进水进行消能，降低水中的紊流对试验环 境产生扰动。
作为本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的一种具体实施方式，生态袋 渗透参数测定装置还包括水位测量模块22，水位测量模块22设在第一压力箱 20上，且与数据处理器71电连接，用于测量第一压力箱20内的水位，并利用 控制器等实现水头的自动控制。
作为本发明提供的生态袋渗透参数测定装置的一种具体实施方式，生态袋 渗透参数测定装置还包括显示器和数据输入模块，显示器与数据处理器71电连 接，以显示数据；数据输入模块与控制器72电连接，用于输入指令数据。
本发明提供的生态袋非饱和状态的渗透参数测定方法，采用上述的生态袋 渗透参数测定装置进行测定，包括以下步骤：
A、在试验箱30内依次叠摞放置若干个生态袋，直至生态袋将试验箱30 两侧截断，以阻挡水的通过，模拟生态袋的使用状态，同时在相邻的两层生态 袋之间的缝隙的两端分别置入第二压力传感器62；
B、关闭第一止水阀31，向水头控制箱10内加入足量的水样，并使第一压 力箱20中的水位到达与其中一层生态袋平齐的预设位置，利用第一压力传感器 61、充放气组件80、数据处理器71以及控制器72调节第一压力箱20和第二 压力箱40中的压强至第一预设值，以模拟生态袋工作时两侧的压强状态；
C、打开第一止水阀31，使水流进试验箱30，开始渗水，同时通过控制水 头控制箱10中的压强，保持第一压力箱20内的水位和压强；
D、间隔第一预设时间t记录流量测量箱50内的水量变化量Q，计算得到 某一点的流速
再结合生态袋内某一点的水力梯度
推算水相 渗透系数
其中，hw为该点的高度，iwt为某点水力梯度值， iwt+dt为某点水力梯度值增量。
本发明提供的生态袋非饱和状态的渗透参数测定方法，与现有技术相比， 本发明通过利用上述装置，能够较为准确地模拟生态袋的工况，并通过对生态 袋饱水的步骤，能够实现对生态袋非饱和状态的测定，而且其中需要的参数能 够较为方便地读取或确定，有利于减小误差。
本发明提供的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法，采用上述的生态袋渗 透参数测定装置进行测定，包括以下步骤：
A、在试验箱30内依次叠摞放置若干个生态袋，直至生态袋将试验箱30 两侧截断，以阻挡水的通过，模拟生态袋的使用状态，同时在相邻的两层生态 袋之间的缝隙的两端分别置入第二压力传感器62；
B、关闭第一止水阀31，向水头控制箱10内加入足量的水样，并使第一压 力箱20中的水位到达与其中一层生态袋平齐的预设位置，利用第一压力传感器 61、充放气组件80、数据处理器71以及控制器72调节第一压力箱20和第二 压力箱40中的压强至第一预设值，以模拟生态袋工作时两侧的压强状态；
E、将第二压力箱40与试验箱30之间封闭或将第二压力箱40充入水样， 打开第一止水阀31，使水流进试验箱30，对生态袋饱水第二预设时间，同时通 过控制水头控制箱10中的压强，保持第一压力箱20内的水位和压强；
F、通过相邻生态袋同一缝隙两侧的第二压力传感器62的读数得到相邻生 态袋同一缝隙两侧的压强差ΔP，并计算该缝隙间的水摩擦系数K摩擦；再将第二 压力箱40与试验箱30之间连通，间隔第一预设时间记录流量测量箱50内的水 量变化量Q，计算生态袋的渗透系数k；
G、按顺序重复n次上述步骤B、E和F，且每次重复时均提高第一压力箱 20中的水位，获得n组K摩擦和k，并进一步计算每次重复中水位升高部分对应 的生态袋的渗透系数K，最后对这些渗透系数K取加权平均数，得到平均渗透 系数Kx。
本发明提供的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法，与现有技术相比，本 发明通过利用上述装置，能够较为准确地模拟生态袋的工况，并通过对生态袋 饱水的步骤，能够实现对生态袋饱和状态的测定，而且其中需要的参数能够较 为方便地读取或确定，有利于减小误差；同时通过对生态袋间的缝隙压强进行 量，能够得出缝隙的特性，最终对其影响进行增减或排除，提高测定的准确性， 使得测定结果能够较为真实地反映出生态袋渗透参数；另外，通过对多层生态 袋进行集中试验，能够降低生态袋因生态袋的重量和形态不同导致的实验误差。
作为本发明提供的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法的一种具体实施方 式，步骤E中通过控制水头控制箱10的压强，保持第一压力箱20内的水位和 压强的步骤包括：
通过对第一压力箱(20)内的压强pB的测量，根据公式
计算水头控制箱(10)中的压强pA，并利用水头控制 箱(10)上的第一压力传感器(61)和充放气组件(80)的配合将水头控制箱 (10)中的气压调整为pA，式中，A1为第一压力箱(20)和试验箱(30)的 底面积之和，A2为水头控制箱(10)的底面积，h1为待饱水的生态袋顶部的高 度，h2为初始状态下水头控制箱(10)中水面与底面之间的高度，X为定值， n>1。
作为本发明提供的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法的一种具体实施方 式，步骤F中计算缝隙间的水摩擦系数的步骤包括：
根据层流速度
和层之间切应力 
得到缝隙间的渗透系数 
其中，δ为测算或估测的缝隙高度，z为到最低面的竖 向距离的自变量函数，Δh为试验时水头差值，l为纵向生态袋总长度，μ为水流黏度，i为水力梯度。
在本发明的一个实施例中，步骤F中生态袋的渗透系数
其中，a为水头控制箱10与第一压力箱20连通处的横截 面积，l为试验箱30沿水流方向的长度，A为生态袋浸水侧面的面积，H1、H2分别为第一压力箱20和第二压力箱40中的水头高度，t1、t2为分别为渗透的 起止时间；第一次执行所述步骤F时，水位升高部分对应的生态袋中区域的渗 透系数K1＝k1；之后每次重复中水位升高部分对应的生态袋中区域的渗透系数K1＝kn-kn-1，n为大于等于2的正整数。
即根据上述公式，水头到1第层得到k1，到第2层的k2，所以第2层的渗 透系数为K2＝k2-k1。水头到2第层得到k2，到第3层的k3，所以第3层的渗透系 数为K3＝k3-k2。依次类推。
作为本发明提供的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法的一种具体实施方 式，步骤G中，每次重复中水位升高部分对应的生态袋的渗透系数K＝(k-aK摩擦)/b，其中K摩擦均取绝对值，a为该次重复中水位升高部分对应的生态袋中的 缝隙数量，b为该次重复中水位升高部分对应的生态袋中的生态袋数量；平均 渗透系数
H为生态袋的总高度，Hi为每次重复上升 的高度。
作为本发明提供的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法的一种具体实施方 式，步骤G中，第一次执行步骤B时，第一压力箱20中水位的预设位置与第一 层生态袋高度一致，之后每次重复执行步骤B第一压力箱20中的水位高度均升 高一层生态袋的高度，则每次生态袋执行步骤E时水位升高部分对应的生态袋 的渗透系数依次为Ka＝K1+K摩擦1，Kb＝K2+K摩擦2，Kc＝K3+K摩擦3， Kd＝K4+K摩擦4，……，Ke＝Ki，其中K摩擦均取负值，之后计算得出生态袋的平均渗透系数为
其中，H为生态袋的总高度，Hi为每 一层生态袋的具体高度。
本发明提供的生态袋渗透参数测定方法的一种具体实施例如下。
1、在试验箱中放置好生态袋，且水头控制箱先储存好水样,每个箱真空泵 抽气排气，控制其气压相同，为PA。
2、接下来，基于瞬时截面法改良的方法测量非饱和系数。瞬时截面法测量 的核心在于将所需测试土体分段，跟踪土样在浸润吸水过程中不同位置处吸力 随时间的变化。在该试验方法中，我们将原先难以测量的基质吸力采用气压力 传感器连接电脑得到基质吸力数据。
具体实施方案如下：装样完毕，开始注水。打开各阀门，水在重力作用流 向生态袋放置区。直至水体漫过所有生态袋。记录数据，按照每过1h记录一次。 得到不同时间，不同生态袋的孔隙水压头随着排列高度变化规律。可得某一特 定时刻在土样内某点的水力梯度
某点的流速为
这一流速相 应于两个相邻时间所得水力梯度的平均值。可推算水相渗透系数 
3、接着，对基于饱和状态的渗透系数进行测量。
通过电脑软件用真空泵控制各仓室的气压值不同，分别为：水头控制箱为 pA，实验箱为pB，流量测量箱为pC。控制气压的目的是使得生态袋仓的水头 分别达到每个袋子的高度。其中有气压公式pbA1+ρgh1＝pAA2+ρgh2，A1为生 态袋放置区的气压仓的底面积，A2为水头控制区底面积，h1为第一次生态袋所 处位置的高度，h2为水头控制区水面离底面的高度。推导公式
X为定值，n>1。
开始试验，打开止水阀，开始渗水。先确定pA值，按照上述公式使用真空 泵调整值pB。待水头平稳后，静置试验器材1-2h，使之完全饱和。计算数据 得到第一层生态袋的渗透系数为k1。
在静置饱和期间，使用预先放置的气压力传感器，用来测定每两层生态袋 两端缝隙出口的压强差Δp＝p左_p右，如图1所示，根据流体力学公式，得到层 流速度公式
层之间切应力
得到缝隙 间的渗透系数
缝隙高度为δ。
接下来，按照上述方法及公式，分别进行4次试验，使得生态袋水头高度 分别达到各个层的高度，试验过后计算各个层生态袋渗透系数记为k2k3k4以及 各层的水摩擦系数。
首先将成层土的等效渗透概念与该试验类比，得到该实验装置的参数计算 方法。然后，将各层生态袋实验测得的渗透系数与袋与袋之间的空隙渗透系数 进行分类综合。最后可得：Ka＝K1+K摩擦1，Kb＝K2+K摩擦2，Kc＝K3+K摩擦3， Kd＝K4+K摩擦4，Ke＝K5因此可以得出该装置试验时的平均渗透系数为
其中H为生态袋的总高度，Hi为每一层生态袋的具体高度。 同时可得计算出的总流量预计值Q′＝KxiH。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
Claims (10)
1.一种生态袋渗透参数测定装置，其特征在于，包括：
水头控制箱(10)，设有注水口；
第一压力箱(20)，用于与所述水头控制箱(10)下部连通；
试验箱(30)，上部设有密封盖，一侧与所述第一压力箱(20)连通，且与所述第一压力箱(20)之间设有第一止水阀(31)，用于放置叠摞放置若干生态袋(90)；
第二压力箱(40)，与所述试验箱(30)另一侧连通；
流量测量箱(50)，与所述第二压力箱(40)下部连通，用于收集从试验箱(30)流入所述第二压力箱(40)内的水；
三个第一压力传感器(61)，分别设在所述水头控制箱(10)、所述第一压力箱(20)和所述第二压力箱(40)内，用于测定压强；
三个充放气组件(80)，分别设在所述水头控制箱(10)、所述第一压力箱(20)和所述第二压力箱(40)上，用于通过充放气调节压强；
若干第二压力传感器(62)，用于设在相邻的两个生态袋(90)之间、以测定压强；
数据处理器(71)，分别与四个所述第一压力传感器(61)和若干所述第二压力传感器(62)通过数据传输模块连接，以传递数据信号；
控制器(72)，分别与所述数据处理器(71)和四个所述充放气组件(80)电连接，用于根据四个所述第一压力传感器(61)的数据信号对对应的所述充放气组件(80)的运行进行控制；
所述水头控制箱(10)、所述第一压力箱(20)、所述第二压力箱(40)、试验箱(30)和所述流量测量箱(50)均为密封箱体，且均至少部分为透明结构；所述流量测量箱(50)也设有一个第一压力传感器(61)和一个充放气组件(80)，所述第一压力传感器(61)与所述数据处理器(71)模块电连接，所述充放气组件(80)与所述控制器(72)电连接。
2.如权利要求1所述的生态袋渗透参数测定装置，其特征在于：每个所述充放气组件(80)均包括用于与真空泵连接的排气管、用于与充气泵连接的进气管和分别设在所述排气管和所述进气管上的电控阀门，所述电控阀门均与所述控制器(72)电连接；所述生态袋渗透参数测定装置还包括水位测量模块(22)、显示器和数据输入模块，水位测量模块(22)设在所述第一压力箱(20)上，且与所述数据处理器(71)电连接，用于测量所述第一压力箱(20)内的水位；显示器与所述数据处理器(71)电连接，以显示数据；数据输入模块与所述控制器(72)电连接，用于输入指令数据。
3.如权利要求1所述的生态袋渗透参数测定装置，其特征在于：所述流量测量箱(50)侧壁为沿竖向均匀设置的筒状结构，且侧壁上设有刻度线，以便于读取所述流量测量箱(50)内的水容积；所述水头控制箱(10)与所述第一压力箱(20)之间、所述试验箱(30)与所述第二压力箱(40)之间、所述第二压力箱(40)与所述流量测量箱(50)之间均设有第二止水阀；所述第一压力箱(20)下部设有若干成排设置的进水喷头(21)，所述进水喷头(21)通过管路与所述水头控制箱(10)连接；若干所述进水喷头(21)水平设置、向下倾斜设置或者按互成能够对冲的角度设置；所述第一压力箱(20)与所述试验箱(30)之间以及所述试验箱(30)与所述第二压力箱(40)之间共壁设置，且相同的侧壁上设有若干过水孔，所述第一止水阀(31)包括设在所述试验箱(30)内侧壁的插板阀。
4.一种生态袋非饱和状态的渗透参数测定方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的生态袋渗透参数测定装置进行测定，包括以下步骤：
A、在试验箱(30)内依次叠摞放置若干个生态袋，直至生态袋将试验箱(30)两侧截断，同时在相邻的两层生态袋之间的缝隙的两端分别置入第二压力传感器(62)；
B、关闭第一止水阀(31)，向水头控制箱(10)内加入足量的水样，并使第一压力箱(20)中的水位到达预设位置，调节第一压力箱(20)和第二压力箱(40)中的压强至第一预设值；
C、打开第一止水阀(31)，使水流进试验箱(30)，开始渗水，同时通过控制水头控制箱(10)中的压强，保持第一压力箱(20)内的水位和压强；
D、间隔第一预设时间t记录流量测量箱(50)内的水量变化量Q，计算得到某一点的流速
再结合生态袋内某一点的水力梯度
推算水相渗透系数
其中，hw为该点的高度，iwt为某点水力梯度值，iwt+dt为某点水力梯度值增量。
5.一种生态袋饱和状态的渗透参数测定方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一项所述的生态袋渗透参数测定装置进行测定，包括以下步骤：
A、在试验箱(30)内依次叠摞放置若干个生态袋，直至生态袋将试验箱(30)两侧截断同时在相邻的两层生态袋之间的缝隙的两端分别置入第二压力传感器(62)；
B、关闭第一止水阀(31)，向水头控制箱(10)内加入足量的水样，并使第一压力箱(20)中的水位到达预设位置，调节第一压力箱(20)和第二压力箱(40)中的压强至第一预设值；
E、将第二压力箱(40)与试验箱(30)之间封闭或将第二压力箱(40)充入水样，打开第一止水阀(31)，使水流进试验箱(30)，对生态袋饱水第二预设时间，同时通过控制水头控制箱(10)中的压强，保持第一压力箱(20)内的水位和压强；
F、通过相邻生态袋同一缝隙两侧的第二压力传感器(62)的读数得到相邻生态袋同一缝隙两侧的压强差ΔP，并计算该缝隙间的水摩擦系数K摩擦；再将第二压力箱(40)与试验箱(30)之间连通，间隔第一预设时间记录流量测量箱(50)内的水量变化量Q，计算生态袋的渗透系数k；
G、按顺序重复n次上述步骤B、E和F，且每次重复时均提高第一压力箱(20)中的水位，获得n组K摩擦和k，并进一步计算每次重复中水位升高部分对应的生态袋的渗透系数K，最后对这些渗透系数K取加权平均数，得到平均渗透系数Kx。
6.如权利要求5所述的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法，其特征在于，所述步骤E中通过控制水头控制箱(10)的压强，保持第一压力箱(20)内的水位和压强的步骤包括：
通过对第一压力箱(20)内的压强pB的测量，根据公式
计算水头控制箱(10)中的压强pA，并利用水头控制箱(10)上的第一压力传感器(61)和充放气组件(80)的配合将水头控制箱(10)中的气压调整为pA，式中，A1为第一压力箱(20)和试验箱(30)的底面积之和，A2为水头控制箱(10)的底面积，h1为待饱水的生态袋顶部的高度，h2为初始状态下水头控制箱(10)中水面与底面之间的高度，X为定值，n>1。
7.如权利要求5所述的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法，其特征在于，所述步骤F中计算缝隙间的水摩擦系数的步骤包括：
根据层流速度
和层之间切应力
得到缝隙间的渗透系数
其中，δ为测算或估测的缝隙高度，z为到最低面的竖向距离的自变量函数，Δh为试验时水头差值，l为纵向生态袋总长度，μ为水流黏度，i为水力梯度。
8.如权利要求5所述的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法，其特征在于:所述步骤F中生态袋的渗透系数
其中，a为水头控制箱(10)与第一压力箱(20)连通处的横截面积，l为试验箱(30)沿水流方向的长度，A为生态袋浸水侧面的面积，H1、H2分别为第一压力箱(20)和第二压力箱(40)中的水头高度，t1、t2分别为渗透的起止时间；
第一次执行所述步骤F时，水位升高部分对应的生态袋中区域的渗透系数K1＝k1；之后每次重复中水位升高部分对应的生态袋中区域的渗透系数K1＝kn-kn-1，n为大于等于2的正整数。
9.如权利要求5所述的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法，其特征在于：所述步骤G中，每次重复中水位升高部分对应的生态袋的渗透系数K＝(k-aK摩擦)/b，其中K摩擦均取绝对值，a为该次重复中水位升高部分对应的生态袋中的缝隙数量，b为该次重复中水位升高部分对应的生态袋中的生态袋数量；平均渗透系数
H为生态袋的总高度，Hs为每次重复上升的高度。
10.如权利要求5或9所述的生态袋饱和状态的渗透参数测定方法，其特征在于：所述步骤G中，第一次执行步骤B时，第一压力箱(20)中水位的预设位置与第一层生态袋高度一致，之后每次重复执行步骤B第一压力箱(20)中的水位高度均升高一层生态袋的高度，则每次生态袋执行步骤E时水位升高部分对应的生态袋的渗透系数依次为：Ka＝K1+K摩擦1，Kb＝K2+K摩擦2，Kc＝K3+K摩擦3，Kd＝K4+K摩擦4，……，Ke＝Ki，其中K摩擦均取负值，之后计算得出生态袋的平均渗透系数为
其中，H为生态袋的总高度，H1为每一层生态袋的具体高度。
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