CN113155706A - 一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法 - Google Patents

一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法 Download PDF

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    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/0806—Details, e.g. sample holders, mounting samples for testing

Abstract

本发明公开了一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，包括以下操作步骤：S1、选择试验场地：在野外选取粘性较高的土层位置。涉及土质检测技术领域。该野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，主要通过试坑双环渗透方式进行测试，整体操作步骤清晰、完整且统一，经过重复试验得到最佳的测试数据，对试坑的参数要求、内外环的要求以及操作时记录数据的要求，均精确到具体的范围内，保证数据的精准度，在实际动手操作时，容易上手，成功率较高，该方法详细的将分为选择试验场地、试坑挖掘、设备安装、双环注水等步骤，进行了系统化的完善，改变了传统的复杂的操作，更好的进行推广。

Description

一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法
技术领域
本发明涉及土质检测技术领域，具体为一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法。
背景技术
渗透系数又称水力传导系数，在各向同性介质中，它定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙骨架的难易程度，表达式为：K＝kρg/η，式中k为孔隙介质的渗透率，它只与固体骨架的性质有关，K为渗透系数；η为动力粘滞性系数；ρ为流体密度；g为重力加速度，在各向异性介质中，渗透系数以张量形式表示，渗透系数愈大，岩石透水性愈强，强透水的粗砂砾石层渗透系数>10米/昼夜；弱透水的亚砂土渗透系数为1～0.01米/昼夜；不透水的粘土渗透系数<0.001米/昼夜，据此可见土壤渗透系数决定于土壤质地，渗透系数K是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义,影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的粘滞性等，要建立计算渗透系数k 的精确理论公式比较困难，通常可通过试验方法，包括试验室测定法和现场测定法或经验估算法来确定k值。
目前，在对野外测定包气带非饱和松散岩层渗透系数测定时，多采用试坑法或单环法，对粘性土应采用的是试坑双环法，而现有的试坑双环测试方法，在实际操作时缺乏完整统一的流程，操作步骤相对简单，使得测试的数据准确度存在较大的偏差，且使用手工操作和记录，相对繁琐。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，解决了现有的试坑双环测试方法，在实际操作时缺乏完整统一的流程，操作步骤相对简单，使得测试的数据准确度存在较大的偏差的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，包括以下操作步骤：
S1、选择试验场地：在野外选取粘性较高的土层位置；
S2、试坑挖掘：使用铁锹在S1中选择好的试验场地进行挖掘，使用测量尺标记出试坑直径，并将试坑中多余的土块清除干净；
S3、试坑水平测量：将水量变换探测杆垂直插在试坑底部，然后先将外环放入试坑，使其底部缓压层接触试坑底部，并与水量变换探测杆连接，通过水准仪观察，调整外环至水平状态；
S4、设备安装：首先将直径为0.25m的内环插入试坑中间位置，然后再将直径为0.5m的外环插接在试坑中，并使得外环位于与内环保持在同一圆心上，并将供水瓶放入内环的上方，使用支架固定；
S5、双环注水：分别向内环和外环内部倒入清水，保证双环内部中的水不会溢出，保证内外环的水面高度保持一致；
S6、试验数据记录：最开始按照10-15分钟的时间间隔观测内外环的渗入水量，之后逐渐增加观测时间间隔，直至单位时间渗入水量达到相对稳定，并将所有观测的数据记录下来，即可停止试验；
S7、拆卸试验设备：内环和外环中的使用吸水器将其全部排干，然后取下试验设备，并将试坑填埋平整，完成本次试验实地操作部分；
S8、渗透系数计算：将S6中记录下来的观测数据进行整理，并按照公式： K＝QL/F(HK+Z+L)，计算出多组数据的渗透系数K，并取平均值作为测定的土壤包气带非饱和松散岩层渗透系数。
进一步地，所述S1中潜水埋藏深度大于5m使其渗透路径足够长，当潜水埋深小于2m时，则会因渗透路径太短，使得测得的渗透系数不真实，就没有必要使用渗水试验。
进一步地，所述S2中在试坑挖掘好之后，为了保证试验数据的真实性，不要对试坑内部做任何处理。
进一步地，所述S4中内外提环的插入试坑的地下深度为0.1-0.15m，两者的插入深度始终保持一致。
进一步地，所述S6中在观察内环水位变化时，通过供水瓶随时保持内外环的水柱在同一高度上，且向供水瓶注水时，做好水量转换的换算。
进一步地，所述S8中公式中Q为稳定渗流量，L为在试验时间段内，水由试坑底部向土层中的渗透深度，F为试坑内环的渗水面积，HK为水向干土中渗透时，所产生的毛细压力，以水柱高度表示，Z为渗坑内水层厚度。
进一步地，所述S4中用于插接在试坑底部的外环，所述外环外部的两侧均设置有取出结构，所述取出结构包括卡扣，所述卡扣的一侧固定连接有把手，所述把手的外部套接有保护垫，所述卡扣的一侧开设有弧形槽。
进一步地，所述外环外部的两侧均开设有固定槽，所述固定槽内表面的一侧固定连接有弧形凸块，所述卡扣的外部与所述卡扣的外部卡接，所述外环顶部的两侧均开设有定位槽。
进一步地，当所述内环与外环使用完之后需要放置时，还包括用于放置所述内环和外环的存放装置，所述存放装置包括放置筒和顶盖，所述顶盖的内部设置有固定结构，所述顶出结构包括挤压块、两个推动块和两个卡接块，所述推动块的内部滑动连接有限位杆，所述限位杆的外表面且位于所述推动块的一侧套接有弹性件，所述挤压块的顶部固定连接有按动件。
进一步地，所述顶盖的内部开设有活动槽，所述放置筒内壁的两侧均开设有伸缩孔，所述卡接块的外部与所述伸缩孔的内部滑动连接，所述卡接块的一侧与所述伸缩孔相对的一侧之间固定连接有支撑弹簧，卡接块的两侧均开设有限位轴，所述伸缩孔内表面的两侧均连通有限位槽，所述限位槽的内部与所述限位轴的内部滑动连接，所述放置筒的顶部开设有两个放置槽。
(三)有益效果
本发明具有以下有益效果：
该野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，主要通过试坑双环渗透方式进行测试，整体操作步骤清晰、完整且统一，经过重复试验得到最佳的测试数据，对试坑的参数要求、内外环的要求以及操作时记录数据的要求，均精确到具体的范围内，保证数据的精准度，在实际动手操作时，容易上手，成功率较高，该方法详细的将分为选择试验场地、试坑挖掘、设备安装、双环注水、试验数据记录和渗透系数计算六个步骤，进行了系统化的完善，改变了传统的复杂的操作，更好的进行推广。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1为本发明提供的野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法测测定仪器安装结构示意图；
图2为本发明提供的野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法中外环外部的结构示意图；
图3为图2所示的外环内部的局部结构意图；
图4为图2所示的外环顶部的结构示意图；
图5为图3所示的A部放大示意图；
图6为本发明提供的野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法第二实施例的结构示意图；
图7为图6所示的B部放大示意图。
图中，1-内环、2-取出结构、21-卡扣、22-把手、23-保护垫、24-弧形槽、3-固定槽、4-弧形凸块、5-定位槽、6-外环、7-供水瓶、8-支架、9-试坑、10-放置筒、11-顶盖、12-固定结构、121-挤压块、122-推动块、123-卡接块、124-限位杆、125-弹性件、126-按动件、127-支撑弹簧、128-限位轴、 13-活动槽、14-伸缩孔、15-限位槽、16-放置槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-3，本发明实施例提供一种技术方案：一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，包括以下操作步骤：
S1、选择试验场地：在野外选取粘性较高的土层位置；
S2、试坑挖掘：使用铁锹在S1中选择好的试验场地进行挖掘，使用测量尺标记出试坑直径，并将试坑中多余的土块清除干净；
S3、试坑水平测量：将水量变换探测杆垂直插在试坑底部，然后先将外环放入试坑，使其底部缓压层接触试坑底部，并与水量变换探测杆连接，通过水准仪观察，调整外环至水平状态；
S4、设备安装：首先将直径为0.25m的内环插入试坑中间位置，然后再将直径为0.5m的外环插接在试坑中，并使得外环位于与内环保持在同一圆心上，并将供水瓶放入内环的上方，使用支架固定；
S5、双环注水：分别向内环和外环内部倒入清水，保证双环内部中的水不会溢出，保证内外环的水面高度保持一致；
S6、试验数据记录：最开始按照10-15分钟的时间间隔观测内外环的渗入水量，之后逐渐增加观测时间间隔，直至单位时间渗入水量达到相对稳定，并将所有观测的数据记录下来，即可停止试验；
S7、拆卸试验设备：内环和外环中的使用吸水器将其全部排干，然后取下试验设备，并将试坑填埋平整，完成本次试验实地操作部分；
S8、渗透系数计算：将S6中记录下来的观测数据进行整理，并按照公式： K＝QL/F(HK+Z+L)，计算出多组数据的渗透系数K，并取平均值作为测定的土壤包气带非饱和松散岩层渗透系数。
所述S1中潜水埋藏深度大于5m使其渗透路径足够长，当潜水埋深小于 2m时，则会因渗透路径太短，使得测得的渗透系数不真实，就没有必要使用渗水试验。
所述S2中在试坑挖掘好之后，为了保证试验数据的真实性，不要对试坑内部做任何处理。
所述S4中内外提环的插入试坑的地下深度为0.1-0.15m，两者的插入深度始终保持一致。
所述S6中在观察内环水位变化时，通过供水瓶随时保持内外环的水柱在同一高度上，且向供水瓶注水时，做好水量转换的换算。
所述S8中公式中Q为稳定渗流量，L为在试验时间段内，水由试坑底部向土层中的渗透深度，F为试坑内环的渗水面积，HK为水向干土中渗透时，所产生的毛细压力，以水柱高度表示，Z为渗坑内水层厚度。
所述S4中用于插接在试坑底部的外环，所述外环6外部的两侧均设置有取出结构2，所述取出结构2包括卡扣21，所述卡扣21的一侧固定连接有把手22，所述把手22的外部套接有保护垫23，所述卡扣21的一侧开设有弧形槽24。
所述外环6外部的两侧均开设有固定槽3，所述固定槽3内表面的一侧固定连接有弧形凸块4，所述卡扣21的外部与所述卡扣21的外部卡接，所述外环6顶部的两侧均开设有定位槽5。
两个取出结构2分别位于外环6外部的左右两侧，在试验完成之后，用于辅助工作人员将双环从试坑中取出，卡扣21与固定槽3适配设置，卡扣21 卡接在该固定槽3内部，把手22为手握的位置，保护垫23用于对手部进行保护，避免在操作把手22时，对手部造成磨损，弧形槽24与弧形凸块4适配设置，两者配合卡接，使得卡扣21能够卡接在固定槽3内部，由于两者均为弧形设置，在需要将卡扣21拆卸时，可以直接向下按动把手22，即可使得两者分离，在安装时，将卡扣21放入固定槽3内部，然后向上用力抬起，即可使得两者卡接，操作起来十分方便，实现取出结构2的快速安装与拆卸，定位槽5用于卡接支架，使得支架能够与外环保持相对稳定状态。
工作原理：
S1、选择试验场地：在野外选取粘性较高的土层位置，使其渗透路径足够长，当潜水埋深小于2m时，则会因渗透路径太短，使得测得的渗透系数不真实，就没有必要使用渗水试验；
S2、试坑挖掘：使用铁锹在S1中选择好的试验场地进行挖掘，使用测量尺标记出试坑直径，并将试坑中多余的土块清除干净，在试坑挖掘好之后，为了保证试验数据的真实性，不要对试坑内部做任何处理；
S3、试坑水平测量：将水量变换探测杆垂直插在试坑底部，然后先将外环放入试坑，使其底部缓压层接触试坑底部，并与水量变换探测杆连接，通过水准仪观察，调整外环至水平状态；
S4、设备安装：首先将直径为0.25m的内环插入试坑中间位置，然后再将直径为0.5m的外环插接在试坑中，并使得外环位于与内环保持在同一圆心上，并将供水瓶放入内环的上方，使用支架固定，内外提环的插入试坑的地下深度为0.1-0.15m，两者的插入深度始终保持一致；
S5、双环注水：分别向内环和外环内部倒入清水，保证双环内部中的水不会溢出，保证内外环的水面高度保持一致；
S6、试验数据记录：最开始按照10-15分钟的时间间隔观测内外环的渗入水量，之后逐渐增加观测时间间隔，直至单位时间渗入水量达到相对稳定，并将所有观测的数据记录下来，即可停止试验，在观察内环水位变化时，通过供水瓶随时保持内外环的水柱在同一高度上，且向供水瓶注水时，做好水量转换的换算；
S7、拆卸试验设备：内环和外环中的使用吸水器将其全部排干，然后取下试验设备，并将试坑填埋平整，完成本次试验实地操作部分；
S8、渗透系数计算：将S6中记录下来的观测数据进行整理，并按照公式： K＝QL/F(HK+Z+L)，计算出多组数据的渗透系数K，并取平均值作为测定的土壤包气带非饱和松散岩层渗透系数，公式中Q为稳定渗流量，L为在试验时间段内，水由试坑底部向土层中的渗透深度，F为试坑内环的渗水面积，HK为水向干土中渗透时，所产生的毛细压力，以水柱高度表示，Z为渗坑内水层厚度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
第二实施例
基于本发明的第一实施例一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，本发明的第二实施例提供另一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其中，第二实施例并不会妨碍第一实施例的技术方案的独立实施。
具体的，本发明的提供另一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法不同之处在于：
当所述内环与外环使用完之后需要放置时，还包括用于放置所述内环和外环的存放装置，所述存放装置包括放置筒10和顶盖11，所述顶盖11的内部设置有固定结构12，所述顶出结构12包括挤压块121、两个推动块122和两个卡接块123，所述推动块122的内部滑动连接有限位杆124，所述限位杆124 的外表面且位于所述推动块122的一侧套接有弹性件125，所述挤压块121的顶部固定连接有按动件126。
所述顶盖11的内部开设有活动槽13，所述放置筒10内壁的两侧均开设有伸缩孔14，所述卡接块123的外部与所述伸缩孔14的内部滑动连接，所述卡接块123的一侧与所述伸缩孔14相对的一侧之间固定连接有支撑弹簧127，卡接块123的两侧均开设有限位轴128，所述伸缩孔14内表面的两侧均连通有限位槽15，所述限位槽15的内部与所述限位轴128的内部滑动连接，所述放置筒1的顶部开设有两个放置槽16。
放置筒10硬度较高的塑料材质，顶盖11则用于对放置筒10的顶部进行密封，两个推动块122分别位于挤压块121的左右两侧，并与推动块122的一侧贴合，两者设置有相同的斜面，通过挤压块121向下移动，可以同时向左右两侧以及推动块122移动，卡接块123的外部卡接与活动槽13的内部，卡接块123的一侧与推动块122的一侧贴合，通过推动块122移动，可以挤压卡接块123，使其向伸缩孔14内部收缩，进而使得卡接块123与活动槽13 分离，此时顶盖11不再受到卡接块123的卡接作用，便可以向上将顶盖11 取下来，限位杆124对推动块122起到限位作用，使得推动块122可以稳定的在活动槽13内部移动，弹性件125为推动块122提供弹力支持，在推动块 122向外移动时，可以压缩弹性件125，按动件126的顶端由顶盖7的内部延伸至顶盖7的顶部，通过在外部向下按动按动件126，能够使得挤压块121在活动槽13内部向下移动，支撑弹簧127为卡接块123提供弹力支持，使得卡接块123在不受到推动块122的挤压时，能够保持与活动槽13内部卡接，限位轴128与限位槽15适配设置，通过两者配合滑动，使得卡接块123能够稳定的在伸缩孔14内部水平方向移动，通过设置该固定结构12，能够实现顶盖 2与放置筒10快速拆卸，在需要取出内外环时，可以快速将顶盖2拆卸下来，同时在安装顶盖2时，也只需将顶盖2与放置筒10的顶部对齐卡接即可，操作简单、方便，能够很好的满足人们的使用需求。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1、选择试验场地：在野外选取粘性较高的土层位置；
S2、试坑挖掘：使用铁锹在S1中选择好的试验场地进行挖掘，使用测量尺标记出试坑直径，并将试坑中多余的土块清除干净；
S3、试坑水平测量：将水量变换探测杆垂直插在试坑底部，然后先将外环放入试坑，使其底部缓压层接触试坑底部，并与水量变换探测杆连接，通过水准仪观察，调整外环至水平状态；
S4、设备安装：首先将直径为0.25m的内环插入试坑中间位置，然后再将直径为0.5m的外环插接在试坑中，并使得外环位于与内环保持在同一圆心上，并将供水瓶放入内环的上方，使用支架固定；
S5、双环注水：分别向内环和外环内部倒入清水，保证双环内部中的水不会溢出，保证内外环的水面高度保持一致；
S6、数据记录：最开始按照10-15分钟的时间间隔观测内外环的渗入水量，之后逐渐增加观测时间间隔，直至单位时间渗入水量达到相对稳定，并将所有观测的数据记录下来，即可停止试验；
S7、拆卸试验设备：内环和外环中的使用吸水器将其全部排干，然后取下试验设备，并将试坑填埋平整，完成本次试验实地操作部分；
S8、渗透系数计算：将S6中记录下来的观测数据进行整理，并按照公式：K＝QL/F(HK+Z+L)，计算出多组数据的渗透系数K，并取平均值作为测定的土壤包气带非饱和松散岩层渗透系数。
2.根据权利要求1所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：所述S1中潜水埋藏深度大于5m使其渗透路径足够长，当潜水埋深小于2m时，则会因渗透路径太短，使得测得的渗透系数不真实，就没有必要使用渗水试验。
3.根据权利要求1所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：所述S2中在试坑挖掘好之后，为了保证试验数据的真实性，不要对试坑内部做任何处理。
4.根据权利要求1所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：所述S4中内外提环的插入试坑的地下深度为0.1-0.15m，两者的插入深度始终保持一致。
5.根据权利要求1所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：所述S6中在观察内环水位变化时，通过供水瓶随时保持内外环的水柱在同一高度上，且向供水瓶注水时，做好水量转换的换算。
6.根据权利要求1所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：所述S8中公式中Q为稳定渗流量，L为在试验时间段内，水由试坑底部向土层中的渗透深度，F为试坑内环的渗水面积，HK为水向干土中渗透时，所产生的毛细压力，以水柱高度表示，Z为渗坑内水层厚度。
7.根据权利要求1所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：所述S4中用于插接在试坑底部的外环，所述外环(1)外部的两侧均设置有取出结构(2)，所述取出结构(2)包括卡扣(21)，所述卡扣(21)的一侧固定连接有把手(22)，所述把手(22)的外部套接有保护垫(23)，所述卡扣(21)的一侧开设有弧形槽(24)。
8.根据权利要求7所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：所述外环(1)外部的两侧均开设有固定槽(3)，所述固定槽(3)内表面的一侧固定连接有弧形凸块(4)，所述卡扣(21)的外部与所述卡扣(21)的外部卡接，所述外环(1)顶部的两侧均开设有定位槽(5)。
9.根据权利要求1所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：当所述内环与外环使用完之后需要放置时，还包括用于放置所述内环和外环的存放装置，所述存放装置包括放置筒(10)和顶盖(11)，所述顶盖(11)的内部设置有固定结构(12)，所述顶出结构(12)包括挤压块(121)、两个推动块(122)和两个卡接块(123)，所述推动块(122)的内部滑动连接有限位杆(124)，所述限位杆(124)的外表面且位于所述推动块(122)的一侧套接有弹性件(125)，所述挤压块(121)的顶部固定连接有按动件(126)。
10.根据权利要求9所述的一种野外土壤测定包气带非饱和松散岩层渗透系数的方法，其特征在于：所述顶盖(11)的内部开设有活动槽(13)，所述放置筒(10)内壁的两侧均开设有伸缩孔(14)，所述卡接块(123)的外部与所述伸缩孔(14)的内部滑动连接，所述卡接块(123)的一侧与所述伸缩孔(14)相对的一侧之间固定连接有支撑弹簧(127)，卡接块(123)的两侧均开设有限位轴(128)，所述伸缩孔(14)内表面的两侧均连通有限位槽(15)，所述限位槽(15)的内部与所述限位轴(128)的内部滑动连接，所述放置筒(1)的顶部开设有两个放置槽(16)。
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