CN114594036B - 土料渗透系数快速测定装置 - Google Patents

Abstract

一种土料渗透系数快速测定装置。本发明的钻具设置在内套筒内，内套筒设置在外套筒内且固定连接，外套筒的上外筒、上密封乳胶膜、渗透套筒、下密封乳胶膜、下外筒由上至下依次固定连接；渗透套筒设置有径向透水孔；外套筒的上密封乳胶膜、渗透套筒、下密封乳胶膜与内套筒的环形空间由上至下依次分隔为独立的上密封腔、渗透腔、下密封腔；内套筒内设置有钻具钻出土料的向上移动通道；给水压力控制系统通过注水管分别向上密封腔、渗透腔、下密封腔供水并控制压力。其有益效果是，结构设计合理，方便携带，便于操作；可以快速测定土料渗透系数，节省人力和时间，降低成本；通过压力控制和密封段乳胶膜的使用，实现土料渗透系数的精确测定。

Description

土料渗透系数快速测定装置

技术领域

本发明涉及一种土料渗透系数测定装置，尤其是涉及一种土料渗透系数快速测定装置，属于水利工程建设技术领域。

背景技术

近年来，随着土石坝工程快速发展，筑坝土料的渗透系数是土石坝渗流分析中最基本的计算参数之一，是土体中孔隙的大小、数量以及连通等构成情况的综合反映，需要在筑坝之前对其进行测定。在水利工程建设过程中，可通过现场试验获取筑坝土料的渗透系数。根据《水利水电工程注水试验规程》（SL 345-2007），目前比较常用的土料渗透系数现场测定方法主要包括试坑注水试验和钻孔注水试验两种方法。试坑注水试验的缺点有：需要在测试现场挖坑，工作量较大，尤其是当土料压实度较大时更难挖掘；需要对试验铁环与土料的接触处进行密封，容易出现密封不严的情况；在试验过程中需要试验人员长时间观测和记录数据，人力成本消耗较大。钻孔注水试验的缺点有：使用笨重的钻机在土料中钻孔，操作不便；采用栓塞止水，效果不容易保证；工艺较为复杂，工程实践中使用不便。

发明内容

为了克服现有土料渗透系数现场测定装置存在的上述不足，本发明提供一种土料渗透系数快速测定装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种土料渗透系数快速测定装置，包括钻具，所述钻具设置在内套筒内，内套筒设置在外套筒内且固定连接，外套筒的上外筒、上密封乳胶膜、渗透套筒、下密封乳胶膜、下外筒由上至下依次固定连接；渗透套筒设置有径向透水孔；所述外套筒的上密封乳胶膜、渗透套筒、下密封乳胶膜与内套筒的环形空间由上至下依次分隔为独立的上密封腔、渗透腔、下密封腔。

所述内套筒内设置有钻具钻出土料的向上移动通道。

给水压力控制系统通过注水管分别向上密封腔、渗透腔、下密封腔供水并控制压力。

所述内套筒的套筒体上端固定安装有上定位套；所述上定位套的内套Ⅰ与外套Ⅰ通过沿圆周均布的3个以上的筋板Ⅰ固定连接，上定位套的外套与套筒体固定连接。

所述套筒体下端固定安装有下定位套；所述下定位套的内套Ⅱ与外套Ⅱ通过沿圆周均布的3个以上的筋板Ⅱ固定连接，下定位套的外套Ⅱ与导向连接套固定连接。

所述套筒体与下外筒通过导向连接套固定连接。

所述钻具包括钻杆、钻头，钻杆上端与驱动装置连接，钻杆下端固定安装有钻头，由上定位套将钻杆轴向定位；

所述钻杆外圆周固定设置有螺旋叶片，设置有螺旋叶片的钻杆部位位于套筒体内形成土料的向上移动通道。

所述上密封腔、下密封腔设置有排气管。

所述导向连接套的下端内孔为上小下大的喇叭口。

所述下外筒与套筒体径向之间为下空腔，导向连接套的上端安装在下空腔内，将套筒体与下外筒固定连接。

所述注水管包括与上密封腔连通的注水管Ⅰ、与渗透腔连通的注水管Ⅱ、与下密封腔连通的注水管Ⅲ，注水管Ⅰ、注水管Ⅱ、注水管Ⅲ沿内套筒与外套筒之间的环空由上向下设置，注水管进水口位于测定装置的上方。

所述排气管包括与上密封腔连通的排气管Ⅰ、与下密封腔连通的排气管Ⅲ，排气管Ⅰ、排气管Ⅲ分别与供水管Ⅰ、供水管Ⅲ并行设置。

本发明的有益效果是，结构设计合理，方便携带，便于操作；可以用于快速测定土料渗透系数，节省人力和时间，降低成本；通过压力体积控制器和密封段乳胶膜的使用，实现土料渗透系数的精确测定。

附图说明

图1是本发明土料渗透系数快速测定装置的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是图1的B向视图。

图中：1.钻杆，2.螺母，3.注水管Ⅰ，4.注水管Ⅱ，5.注水管Ⅲ，6.向上移动通道，7.套筒体，8.上外筒，9.上密封乳胶膜，10.渗透套筒，11.下密封乳胶膜，12.下外筒，13.下定位套，14.导向连接套，15.径向透水孔，16.上定位套，17.筋板Ⅰ，18.钻头，19.螺旋叶片，20.排气管Ⅰ，21.排气管Ⅲ，22.上密封腔，23.渗透腔，24.下密封腔，25.下空腔，26.主刀翼，100.钻具，200.内套筒，300.外套筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。但是，本领域技术人员应该知晓的是，本发明不限于所列出的具体实施方式，只要符合本发明的精神，都应该包括于本发明的保护范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“垂直”、“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见附图1-3。本发明一种土料渗透系数快速测定装置，包括钻具100、内套筒200、外套筒300、给水压力控制系统，所述钻具100设置在内套筒200内，内套筒200设置在外套筒300内且固定连接。

所述外套筒300的上外筒8、上密封乳胶膜9、渗透套筒10、下密封乳胶膜11、下外筒12由上至下依次固定连接；渗透套筒10设置有多个径向透水孔15，通常径向透水孔15沿渗透套筒10的轴向和径向均布。所述外套筒300的上密封乳胶膜9、渗透套筒10、下密封乳胶膜11与内套筒200的环形空间由上至下依次分隔为独立的上密封腔22、渗透腔23、下密封腔24。优选的，上密封腔22、渗透腔23、下密封腔24之间的分隔板为环形，分隔板的内孔与内套筒200的套筒体7设置为一体或固定连接为一体，外圆与外套筒300固定连接。

所述内套筒200内设置有钻具100钻出土料的向上移动通道6。

所述给水压力控制系统通过注水管分别向上密封腔22、渗透腔23、下密封腔24供水并对供水压力进行控制。

所述内套筒200的套筒体7的上下两端分别安装有上定位套16、下定位套13。

所述套筒体7上端固定安装有上定位套16，上定位套16的内套Ⅰ与外套Ⅰ通过沿圆周均布的3个以上的筋板Ⅰ17固定连接，相邻筋板Ⅰ17之间的空隙为土料通道。上定位套16的外套与套筒体7固定连接（参见附图2）。

所述套筒体7下端固定安装有下定位套13，下定位套13的内套Ⅱ与外套Ⅱ通过沿圆周均布的3个以上的筋板Ⅱ固定连接，相邻筋板Ⅱ之间的空隙为土料通道。下定位套13的外套Ⅱ与导向连接套14固定连接。

所述套筒体7与下外筒12通过导向连接套14固定连接。

所述套筒体7与下外筒12径向之间为下空腔25，导向连接套14的上端部分安装在下空腔25内；优选的，导向连接套14将套筒体7与下外筒12的下端封闭。

所述钻具100包括钻杆1、钻头18，钻杆1上端与驱动装置连接，优选的，驱动装置选用电机。钻杆1下端固定安装有钻头18，钻头18的主刀翼26直径与下外筒12的外径相同（参见附图3）。

所述钻杆1外圆周固定设置有螺旋叶片19，设置有螺旋叶片19的钻杆1部位位于套筒体7的上定位套16、下定位套13之间，形成土料的向上移动通道6，钻头18钻进过程中产生的土料通过下定位套13进入套筒体7内，沿向上移动通道6向上通过上定位套16排出测定装置。

所述钻杆1的上端部穿过上定位套16，在钻杆1安装有螺母2，螺母2位于上定位套16上方，限定了钻杆1与套筒体7的轴向位置。

所述导向连接套14的下端部内孔为上小下大的喇叭口，钻头18与导向连接套14的喇叭口之间有间隙；导向连接套14的底端为尖角，便于在钻头1钻进过程中测定装置向下进入钻孔中。

所述注水管包括与上密封腔22连通的注水管Ⅰ3、与渗透腔23连通的注水管Ⅱ4、与下密封腔24连通的注水管Ⅲ5，注水管Ⅰ3、注水管Ⅱ4、注水管Ⅲ5沿内套筒200与外套筒300之间的环空由上向下设置，注水管进水口位于测定装置的上方，与给水压力控制系统连接。

所述上密封腔22、下密封腔24设置有排气管，排气管与大气连通，用于初期注水时，密封腔体内部气体的排出。

所述排气管包括与上密封腔22连通的排气管Ⅰ20、与下密封腔24连通的排气管Ⅲ21，排气管Ⅰ20、排气管Ⅲ21分别与供水管Ⅰ3、供水管Ⅲ5并行设置。

所述给水压力控制系统包括3台压力体积控制器（图中未示出），分别控制向上密封腔22、渗透腔23、下密封腔24供水及其压力控制，压力体积控制器包括电机和储水缸体，电机可驱动缸内的水流出，通过控制电机的转速可实现水头压力的控制。

本发明土料渗透系数快速测定装置的使用方法如下：首先，在选定位置进行垂直钻进至设计深度；然后，压力体积控制器通过注水管Ⅰ3、注水管Ⅲ5分别向上密封腔22、下密封腔24供水并控制压力，上密封腔22、下密封腔24内充满水之后，乳胶膜向外膨胀，紧贴待测土料的孔壁，直至水无法再注入并稳定水压，实现测定装置与孔壁的径向密封；之后，压力体积控制器通过注水管Ⅱ4向渗透腔23内注水，其注水压力设定值小于上密封腔22、下密封腔24的稳定水压压力值，待水充满渗透腔23并通过渗透套筒10的径向透水孔15排出进入渗入孔壁（待测土料）中；保持注水压力不变，待流量稳定后，即可通过计算得到待测土料的渗透系数。

本发明申请人就土料渗透系数快速测定装置的测定方法另行申请了专利，故在此不再赘述。

本发明土料渗透系数快速测定装置优点在于：

1、相比其他渗透系数现场测定设备，体积小（外径8cm，内径6cm，长100cm），重量轻，便于携带，操作方便；

2、采用自钻式钻机可以快速钻进待测土料中，压力体积控制器施加测试所需的水及压力，直接、快捷，可以节省时间，达到快速测定土料渗透系数的目的；

3、设置上下密封段，注水后密封段乳胶膜与孔壁紧贴，起到密封作用，防止测试用水向上下渗漏，而是全部水平进入待测土料中；渗透段采用压力体积控制器控制压力注水，有效控制压力并实时测得注水流量，保证测试结果的准确性。

应该注意的是，上述实施例是示例而非限制本发明，本领域技术人员将能够设计很多替代实施例而不脱离本专利的权利要求范围。

Claims (7)

1.一种土料渗透系数快速测定装置，包括钻具，其特征是：

所述钻具设置在内套筒内，内套筒设置在外套筒内且固定连接，外套筒的上外筒、上密封乳胶膜、渗透套筒、下密封乳胶膜、下外筒由上至下依次固定连接；渗透套筒设置有径向透水孔；所述外套筒的上密封乳胶膜、渗透套筒、下密封乳胶膜与内套筒的环形空间由上至下依次分隔为独立的上密封腔、渗透腔、下密封腔；

所述内套筒内设置有钻具钻出土料的向上移动通道；

给水压力控制系统通过注水管分别向上密封腔、渗透腔、下密封腔供水并控制压力；

所述注水管包括与上密封腔连通的注水管Ⅰ、与渗透腔连通的注水管Ⅱ、与下密封腔连通的注水管Ⅲ；注水管Ⅰ、注水管Ⅱ、注水管Ⅲ沿内套筒与外套筒之间的环空由上向下设置，注水管进水口位于测定装置的上方。

2.根据权利要求1所述土料渗透系数快速测定装置，其特征是：

所述内套筒的套筒体上端固定安装有上定位套；所述上定位套的内套Ⅰ与外套Ⅰ通过沿圆周均布的3个以上的筋板Ⅰ固定连接，上定位套的外套与套筒体固定连接；

所述套筒体下端固定安装有下定位套；所述下定位套的内套Ⅱ与外套Ⅱ通过沿圆周均布的3个以上的筋板Ⅱ固定连接，下定位套的外套Ⅱ与导向连接套固定连接；

所述套筒体与下外筒通过导向连接套固定连接。

3.根据权利要求2所述土料渗透系数快速测定装置，其特征是：所述钻具包括钻杆、钻头，钻杆上端与驱动装置连接，钻杆下端固定安装有钻头，由上定位套将钻杆轴向定位；

所述钻杆外圆周固定设置有螺旋叶片，设置有螺旋叶片的钻杆部位位于套筒体内形成土料的向上移动通道。

4.根据权利要求1-3任一所述土料渗透系数快速测定装置，其特征是：所述上密封腔、下密封腔设置有排气管。

5.根据权利要求4所述土料渗透系数快速测定装置，其特征是：所述导向连接套的下端内孔为上小下大的喇叭口。

6.根据权利要求5所述土料渗透系数快速测定装置，其特征是：所述下外筒与套筒体径向之间为下空腔，导向连接套的上端安装在下空腔内，将套筒体与下外筒固定连接。

7.根据权利要求6所述土料渗透系数快速测定装置，其特征是：所述排气管包括与上密封腔连通的排气管Ⅰ、与下密封腔连通的排气管Ⅲ，排气管Ⅰ、排气管Ⅲ分别与供水管Ⅰ、供水管Ⅲ并行设置。

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