CN112525797A - 土体水平渗透系数测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土体渗透系数检测装置领域，尤其是一种可原位直接测定平面各个方向上的水平渗透系数的土体水平渗透系数测试装置，包括渗透水箱和水平设置的至少一个土样套管，所述渗透水箱侧壁设置有至少一个土样套管孔，每个土样套管孔与土样套管之间为密封连接，所述土样套管上设置有至少一个水位测定装置。在实际检测时，由于本发明采用了水平设置的土样套管，从而成功的实现了源自渗透水箱的渗流路径可控，水在土体内的渗流为水平方向，从而真正解决了传统结构中的由于水的自重和渗流路径不可控，试验所得为渗流路径倾斜时的土体渗透系数的误差。本发明尤其适用于土体水平渗透系数测试之中。
Description
技术领域
本发明涉及土体渗透系数检测装置领域，尤其是一种土体水平渗透系数测试装置。
背景技术
土是散粒材料，在水压力作用下可能会产生管涌、流土等渗流破坏，大多数的工程安全问题均与土的渗流存在一定关系。土也是一种各向异性材料，成因复杂，水平渗透系数与竖向渗透系数存在差异，水平各个方向的渗透系数也存在差异。现有原位测试技术一般采用注水或抽水试验，由于水的自重和渗流路径不可控，试验所得为渗流路径倾斜时的土体渗透系数，将该渗透系数作为沉井涌砂、大坝绕渗等对水平渗透系数较为敏感的工程分析时，存在一定的误差，而室内试验则存在土样扰动问题，原状性难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可原位直接测定平面各个方向上的水平渗透系数的土体水平渗透系数测试装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：土体水平渗透系数测试装置，包括渗透水箱和水平设置的至少一个土样套管，所述渗透水箱侧壁设置有至少一个土样套管孔，每个土样套管孔与土样套管之间为密封连接，所述土样套管上设置有至少一个水位测定装置。
进一步的是，包括套接设置于渗透水箱外壁面的土体限位环，所述土样套管通过土体限位环的土样套管孔与渗透水箱的土样套管孔连通。
进一步的是，所述土样套管孔绕渗透水箱中心轴线均匀设置于渗透水箱侧壁上。
进一步的是，所述土样套管由原状土样套管、环刀接头和防水连接件组成，其中，相邻的原状土样套管通过防水连接件连接。
进一步的是，所述防水连接件包括防水密封垫圈和螺纹连接件。
进一步的是，所述水位测定装置为水位测定管，其中，所述水位测定管内设置有水压力计。
进一步的是，所述渗透水箱内设置有水位控制槽。
进一步的是，包括设置于渗透水箱内的至少一个多向渗流控制系统，所述多向渗流控制系统包括分隔水仓、设置于分隔水仓上的防水流量计、电控阀门和连接管，其中，分隔水仓与土样套管孔之间一一对应设置。
进一步的是，包括采集控制系统，所述采集控制系统包括传感器数据线和采集控制模块。
进一步的是，包括进排水系统，所述进排水系统包括进水管、排水泵和电子流量计。
本发明的有益效果是：在实际检测时，由于本发明采用了水平设置的土样套管，从而成功的实现了源自渗透水箱的渗流路径可控，水在土体内的渗流为水平方向，从而真正解决了传统结构中的由于水的自重和渗流路径不可控，试验所得为渗流路径倾斜时的土体渗透系数的误差。其次，本发明的结构还具备分步或同步的水平多向渗透系数测定能力，考虑了土体各向异性，解决试验条件变化的影响。本发明尤其适用于土体水平渗透系数测试之中。
附图说明
图1是本发明的装置整体布置的主视图。
图2是本发明的装置整体布置图俯视图。
图3是本发明的渗流及采集控制系统示意图。
图4是图3的俯视图。
图5是本发明的土样套管的结构示意图。
图6是本发明的土样套管的结构示意图。
图7是本发明的防水连接件拆卸示意图。
图8是本发明的同一多级土样套管双向测试示意图。
图中标记为：渗透水箱1、土体限位环2、土样套管3、水位测定装置4、温度传感器6、土样套管孔9、水位控制槽10、土样套管孔12、原状土样套管13、环刀接头14、防水连接件15、水位测定管孔16、防水密封垫圈18、螺纹连接件19、水压力计20、分隔水仓21、防水流量计22、电控阀门23、连接管24、进水管25、排水泵26、电子流量计27、传感器数据线28、采集控制模块29。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1至图8所示的土体水平渗透系数测试装置，包括渗透水箱1和水平设置的至少一个土样套管3，所述渗透水箱1侧壁设置有至少一个土样套管孔9，每个土样套管孔9与土样套管3之间为密封连接，所述土样套管3上设置有至少一个水位测定装置4。
本发明通过结构上的创造性改进，创建了保证渗透水可以沿水平方向进行渗透的试验环境，消除了传统的方式中渗透水因为受到重力作用而实际上是倾斜向下渗透的状态，真正的保证了对渗透水的水平渗透系数的测试。土样套管3内设置的土样也就构建了水平渗透的途径，保证了水平渗透系数测试的准确。
由于渗透水箱1为设置在土体内，在实际安装时，为了防止周围土体进入到渗透水箱1内，优选增设套接设置于渗透水箱1外壁面的土体限位环2，所述土样套管3通过土体限位环2的土样套管孔11与渗透水箱1的土样套管孔9连通。土体限位环2可以与土样套管孔塞配合使用，即首先将土体限位环2套接于渗透水箱11外壁面，待土体限位环2的土样套管孔11与渗透水箱1的土样套管孔9对准后，再将原本将土样套管孔11堵塞住的土样套管孔塞取出，从而防止了安装土体限位环2时出现的土体渗入土样套管孔11的隐患。另外，土体限位环2和土样套管3配合，还可以减小测试时土体扰动对测试带来的干扰。在实际制作时，优选土体限位环2由薄壁钢板制成，两端开口，其形状、高度及侧面开孔大小位置与渗透水箱1一致，可套在渗透水箱1外侧，并在侧面设置土样套管孔12，并设置土样套管孔塞。所述土样套管孔塞可实现开孔的开闭，关闭后其外侧表面与土体限位环2外侧表面平齐。
本装置可以实现同时对多个水平方向渗透系数的测试。由于渗透水箱1侧壁设置有至少一个土样套管孔9，一般优选所述土样套管孔9绕渗透水箱1中心轴线均匀设置于渗透水箱1侧壁上。如图2所示，可以设置四个土样套管孔9，并各自匹配相应的土样套管3，当渗透水经由渗透水箱1渗出时，四个方向的初始渗透状态一致，后续通过对四个方向上的渗透状态的检测，从而一次性的检测得到四个方向水平渗透系数，其检测效率十分高效，大大提高了检测的效率和准确度。如图8所示，本装置也可以实现同一多级土样套管双向测试示意图。
所述土样套管3由原状土样套管13、环刀接头14和防水连接件15组成，其中，相邻的原状土样套管13通过防水连接件15连接。其中，土样设置于原状土样套管13内，相邻的原状土样套管13之间通过防水连接件15连接并构成贯通的土样渗透通道。由于测试的环境要求，优选所述防水连接件15包括防水密封垫圈18和螺纹连接件19，从而保证防止渗透水渗出土样套管3外。在实际制作时，所述原状土样套管13优选由钢管制成，内外表面均光滑，单节长度不超过土体限位环2直径或宽度，两端设置内侧螺纹，中间设置水位测定管孔16和水位测定管孔塞。所述防水连接件15包括防水密封垫圈18和螺纹连接件19，可将多根原状土样套管13、环刀接头14连接。所述水位测定管孔塞17可实现水位测定管孔16关闭，关闭后其内侧表面与原状土样套管13内侧表面平齐。
就实际检测而言，优选所述水位测定装置4为水位测定管，其中，所述水位测定管内设置有水压力计20。如图1、图2和图6所示，水位测定管通过水位测定管孔16而测得土样套管3内的渗透参数。
为了实时对渗透水箱1内水位进行控制，从而保证渗透的稳定性，优选在所述渗透水箱1内设置水位控制槽10。如图1所示，所述水位控制槽10优选由钢板拼接，侧面开口，保证与试验水箱1连通。
为了实现对渗透水箱1内的渗透水的控制，优选这样的方案：包括设置于渗透水箱1内的至少一个多向渗流控制系统，所述多向渗流控制系统包括分隔水仓21、设置于分隔水仓21上的防水流量计22、电控阀门23和连接管24，其中，分隔水仓21与土样套管孔9之间一一对应设置。实际设置时，可以让所述分隔水仓21与渗透水箱1相连，所述电控阀门23由电信号控制阀门的开闭，通过连接管24将电控阀门23与分隔水仓21相连。所述防水流量计22可测量进入分隔仓的液体流量。同时，优选增设温度传感器6，温度传感器6设置于试验水箱1内部，表面与水接触，测量试验时的水温。
优选增设进排水系统，所述进排水系统包括进水管25、排水泵26和电子流量计27。如图1所示，所述进水管25外接水源，可调节流量。所述排水泵26可调节抽水速度，水管插入于水位控制槽内，所述电子流量计27测定进排水管内流量。
优选增设采集控制系统，所述采集控制系统包括传感器数据线28和采集控制模块29。如图1、图3和图8所示，所述采集系统8包括传感器数据线28和采集控制模块29。传感器数据线28将温度传感器6、水压计20、防水流量计22、电控阀门23、电子流量计27与采集控制模块29相连，所述采集控制模块29记录并处理相关数据。
在实际试验时，选定试验场地并进行平整，可以选择首先在土中插入土体限位环2，再对土体限位环2内侧土体进行开挖清理，拔出土样套管孔塞，经土样套管孔12压入土样套管3，第一根压入的土样套管3的端部连接环刀接头14，另一侧通过防水连接件15与其余套管相连。根据试验需要，确定多级土样套管的总长度，各向套管均安装完毕后，放入渗透水箱1，将土样套管3与渗透水箱1连接。随后在水位测定管底部埋设水压力计20，传感器数据线28引出管口，再对开挖处进行回填压实。水位测定管安装完毕后，关闭分隔水仓，关闭电控阀门，对渗透水箱1进行蓄水至充满水箱。蓄水完成后，根据试验设计，可分步或同时打开各向电控阀门，当各向电控阀门为同时打开时，装置可在完全相同的试验条件下，同时测得各向的水平渗透系数。阀门打开后，分隔仓内充满水，调节进排水系统控制流量，流量稳定后。根据采集控制系统确定各传感器参数，通过防水流量计和电子流量计确定稳定的总流量和各方向流量，通过水压计确定各土样套管内的水压和水头差，通过温度计确定试验时的水温。根据不同温度下水的动力黏滞系数变化，将其换算成20℃时土体标准温度下的水平渗透系数。
本发明有效的解决了传统方案中由于水的自重和渗流路径不可控带来的测试误差，其技术优势十分明显，市场推广前景十分广阔。
Claims (10)
1.土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：包括渗透水箱(1)和水平设置的至少一个土样套管(3)，所述渗透水箱(1)侧壁设置有至少一个土样套管孔(9)，每个土样套管孔(9)与土样套管(3)之间为密封连接，所述土样套管(3)上设置有至少一个水位测定装置(4)。
2.如权利要求1所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：包括套接设置于渗透水箱(1)外壁面的土体限位环(2)，所述土样套管(3)通过土体限位环(2)的土样套管孔(11)与渗透水箱(1)的土样套管孔(9)连通。
3.如权利要求1或2所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：所述土样套管孔(9)绕渗透水箱(1)中心轴线均匀设置于渗透水箱(1)侧壁上。
4.如权利要求1或2所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：所述土样套管(3)由原状土样套管(13)、环刀接头(14)和防水连接件(15)组成，其中，相邻的原状土样套管(13)通过防水连接件(15)连接。
5.如权利要求4所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：所述防水连接件(15)包括防水密封垫圈(18)和螺纹连接件(19)。
6.如权利要求1或2所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：所述水位测定装置(4)为水位测定管，其中，所述水位测定管内设置有水压力计(20)。
7.如权利要求1或2所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：所述渗透水箱(1)内设置有水位控制槽(10)。
8.如权利要求1或2所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：包括设置于渗透水箱(1)内的至少一个多向渗流控制系统，所述多向渗流控制系统包括分隔水仓(21)、设置于分隔水仓(21)上的防水流量计(22)、电控阀门(23)和连接管(24)，其中，分隔水仓(21)与土样套管孔(9)之间一一对应设置。
9.如权利要求1或2所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：包括采集控制系统，所述采集控制系统包括传感器数据线(28)和采集控制模块(29)。
10.如权利要求1或2所述的土体水平渗透系数测试装置，其特征在于：包括进排水系统，所述进排水系统包括进水管(25)、排水泵(26)和电子流量计(27)。
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