CN114965224B - 一种多功能岩土渗透系数测定装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种多功能岩土渗透系数测定装置及测试方法，涉及土壤渗透系数测试领域。本发明是为了解决现有的土壤渗透测定装置无法针对不同温度、不同冻融循环次数及不同荷载作用下的土壤渗透系数进行测定的问题。本发明中隔热保温箱体的顶部开有进水口，底部开有出水口；岩土渗透承载机构的底部开有出水口，岩土渗透承载机构放置在隔热保温箱体中，岩土渗透承载机构底部的出水口与隔热保温箱体底部的出水口相通；储水管通过水管连接到隔热保温箱体顶部的进水口，为岩土渗透承载机构供水；控温机构连接在隔热保温箱体上，用于隔热保温箱体内温度的调控；加压器连接在储水管上，用于调节流过岩土渗透承载机构中的水压。本发明主要用于测试土壤的透水系数。

Description

一种多功能岩土渗透系数测定装置及测试方法

技术领域

本发明涉及土壤渗透系数测试领域，尤其涉及一种多功能岩土渗透系数测定装置及测试方法。

背景技术

土壤渗透性是综合反映土体渗透能力的一个重要的物理指标。渗透性的优劣主要取决于土体颗粒的形状、大小、有机质的含量和水的粘滞性等，在土壤水分平衡、灌溉、排水、土壤改良等研究中，经常需要进行测定。现有土壤渗透测定装置存在以下问题：无法实现温度控制，只能通过温度修正进行；无法模拟荷载作用下岩土渗透性能的变化规律；无法实现冻融作用后土体渗透系数的测定。本发明针对目前渗透测定装置存在的上述问题进行了改良，使得不同温度、不同冻融循环次数及不同荷载作用下土壤渗透系数的测定得到简化。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有的土壤渗透测定装置无法针对不同温度、不同冻融循环次数及不同荷载作用下的土壤渗透系数进行测定；进而提供一种多功能岩土渗透系数测定装置及测试方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种多功能岩土渗透系数测定装置，包括隔热保温箱体、储水管、岩土渗透承载机构、控温机构和加压器；所述隔热保温箱体的顶部开有进水口，隔热保温箱体的底部开有出水口；所述的岩土渗透承载机构中装有待测岩土，岩土渗透承载机构的底部开有出水口，所述的岩土渗透承载机构放置在隔热保温箱体中，岩土渗透承载机构底部的出水口与隔热保温箱体底部的出水口相通；所述的储水管通过水管连接到隔热保温箱体顶部的进水口，为岩土渗透承载机构供水；所述的控温机构连接在隔热保温箱体上，用于隔热保温箱体内温度的调控；所述的加压器连接在储水管上，用于调节流过岩土渗透承载机构中的水压。

利用测定装置测量待测岩土渗透系数的方法，具体测量过程如下：

步骤1：将待测岩土置于环刀内静压成型，成型后用热熔胶将环刀外壁上接有导线处密封；

步骤2：将一定量的凡士林均匀涂抹到环刀的外壁及导热型保护壳的内壁，然后将环刀放于导热型保护壳内，保证环刀与导热型保护壳之间的空隙被凡士林完全填充；

步骤3：将装有环刀的导热型保护壳置于两块透水石之间，并确保两块透水石分别与环刀的上端面和下端面紧密贴合，然后通过螺栓将上盖体及下箱体紧密贴合密封；

步骤4：通过控制控温机构调节隔热保温箱体内的温度，使得待测岩土处于冻融循环状态或者某一温度状态下；

步骤5：打开连接在储水管与隔热保温箱体之间的调节阀，由储水管向隔热保温箱体内的岩土渗透承载机构注入测定用水，测试用水在重力作用下依次经由处于上方的透水石、待测岩土、处于下方的透水石、支撑环、导热型保护壳和隔热保温箱体流出；待有水滴自隔热保温箱体出水口流出时，开始多次读取储水管水位的高度、小型孔隙水压力传感器以及温度传感器所测孔隙水压力及温度；

步骤6：将隔热保温箱体的出水口封堵上，加压器与储水管之间的调节阀打开，启动加压器以实现岩土渗透承载机构中待测岩土的加载，通过位于加压器与储水管之间的气压计测得水压并调节加压器的压力，待加载结束后关闭加压器并释放压力，以进行后续渗透系数的测定；

步骤7：计算岩土在温度传感器所示温度下的渗透系数k：

设测定过程中，任意相临时刻储水管中水位差为Δh，经dt时间后，储水管中水位下降dh，则dt时间内流入待测岩土的流量dV_s为：

dV_s＝-adh

式中，a为储水管的内径面积cm²；

根据达西定律，则dt时间内流出待测岩土的水量dV为：

式中，A为待测岩土的过水面积，即环刀的横截面积cm²；L为渗径，即环刀的高度cm；

由于水流为连续流体，因此dV_s＝dV，故可得到：

用常用对数表示，则为：

式中，k为温度传感器所示温度下待测岩土的渗透系数，Δt为相临两次读取储水管中水位的时间差s，H₁、H₂分别为相临两次读取的储水管中水位距离隔热保温箱体出水口的高度。

本发明与现有技术相比产生的有益效果是：

本发明可以通过控温机构实现待测岩土周围环境温度控制，从而实现待测岩土渗透环境的温度控制，并模拟冻融作用后土体渗透系数的变化规律，模拟寒区土体渗透性能变化规律；本发明可以通过加压器模拟待测岩土荷载作用或超孔压作用后土体的渗透性能、渗流流量的测定。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为隔热保温箱体的结构示意图；

图3为岩土渗透承载机构的结构示意图；

图4为电加热组件的竖剖图。

图中：1-隔热保温箱体；1-1-上盖体；1-2-下箱体；1-3-分隔环；1-4-进水腔；1-5-放置腔；2-储水管；3-水管；4-透水石；5-环刀；6-导热型保护壳；7-支撑环；8-小型孔隙水压力传感器；9-冷凝空气压缩机；10-循环导气管；11-电加热组件；11-1-桶状耐热铁丝网；11-2-热电阻；12-温度传感器；13-双向温控开关；14-控温单元；15-储气瓶；16-交换接口；17-数据读取器；18-加压器；19-调节阀；20-气压计；21-排水腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图5所示，本申请实施例提供一种多功能岩土渗透系数测定装置，包括隔热保温箱体1、储水管2、岩土渗透承载机构、控温机构和加压器18；所述的隔热保温箱体1用于待测岩土的装载，保证待测岩土的温度恒定；所述隔热保温箱体1的顶部开有进水口，隔热保温箱体1的底部开有出水口，隔热保温箱体1上的进水口与出水口用于待测岩土的过水；所述的岩土渗透承载机构中装有待测岩土，岩土渗透承载机构的底部开有出水口，所述的岩土渗透承载机构放置在隔热保温箱体1中，岩土渗透承载机构底部的出水口与隔热保温箱体1底部的出水口相通，保证测定用水可以顺利流过待测岩土，并通过隔热保温箱体1出水口观察水滴流出情况；所述的储水管2通过水管3连接到隔热保温箱体1顶部的进水口，为测定待测岩土的透水系数提供测定用水，所述储水管2的内径与水管3的内径相同；所述的控温机构连接在隔热保温箱体1上，用于隔热保温箱体1内温度的调控，使得待测岩土实现固定温度渗透或施加冻融作用测定待测岩土的渗透系数；所述的加压器18连接在储水管2上，用于调节流过岩土渗透承载机构中待测岩土的水压。

本实施例中，所述的储水管2与加压器18之间设置有调节阀19和气压计20，所述的气压计20用于测量储水管2与加压器18之间管段的气压，一般此管段内的压力设为2个大气压，通过储水管2与加压器18之间调节阀19的开启与关闭为待测岩土提供一定的压力或切断压力；所述的储水管2与隔热保温箱体1之间设置有调节阀19，通过调节阀19的开启与关闭为待测岩土提供测试用水或者切断测试用水。

本实施例中，由于测试待测岩土透水系数时，需要测量连接隔热保温箱体1进水口的水管3的截面以及储水管的截面，为了方便计算故将储水管2的内径与水管3的内径设置成相同的形式，保证待测岩土透水系数测试的准确性。

在一种可能的实施例中，所述的隔热保温箱体1包括上盖体1-1、下箱体1-2和分隔环1-3；所述的上盖体1-1、下箱体1-2和分隔环1-3可以为圆形，也可以为方形；所述的上盖体1-1和下箱体1-2均为端口处设置连接法兰的类桶状结构；所述的上盖体1-1设置在下箱体1-2的上开口处，上盖体1-1和下箱体1-2之间通过连接法兰、密封橡胶圈和多个螺栓进行连接，上盖体1-1与下箱体1-2之间形成密封腔体，在上盖体1-1和下箱体1-2的连接法兰之间设置密封橡胶圈可以防止水流出；所述分隔环1-3的内径小于等于岩土渗透承载机构的外径，所述的分隔环1-3将上盖体1-1与下箱体1-2所形成的密封腔体分隔成两个腔体，分隔环1-3与上盖体1-1之间形成进水腔1-4，分隔环1-3与下箱体1-2之间形成放置腔1-5，所述的岩土渗透承载机构设置在隔热保温箱体1的放置腔1-5中。

本实施例中，当需要测试待测岩土的渗透系数时，打开储水管2与隔热保温箱体1之间的调节阀19，储水管2中的测试用水靠自身重力依次进入到进水腔1-4和隔热保温箱体1中的岩土渗透承载机构中，测试用水在进水腔1-4的定向引流作用下直接渗透到岩土渗透承载机构中的待测岩土中，保证了待测岩土渗透系数测试的准确性。

本实施例中，所述的上盖体1-1和下箱体1-2的内部填充有隔热材料，保证隔热保温箱体1中温度的恒定。

在一种可能的实施例中，岩土渗透承载机构包括两块透水石4、环刀5和导热型保护壳6；所述导热型保护壳6的顶端安装在分隔环1-3的下端面处，用于承载装有待测岩土的环刀5与两块透水石4，所述的导热型保护壳6具有很好的导热性能，保证通过控温机构所调节的隔热保温箱体1内的温度可以顺利的传递给待测岩土；两块透水石4和环刀5放置在导热型保护壳6内，所述的环刀5与导热型保护壳6之间填充有隔水材料凡士林，保证测试用水可以完全透过待测岩土，从而保证待测岩土透水系数测试的准确性；所述的两块透水石4分别处于环刀5的顶部和底部，保证环刀5与两块透水石4之间的精密贴合，从而保证两块透水石4可以将待测岩土完全封堵在环刀5内；所述导热型保护壳6靠近底部的位置开有出水口，所述的下箱体1-2上开有出水口，所述的导热型保护壳6上的出水口与下箱体1-2上的出水口相通。

在一种可能的实施例中，所述的岩土渗透承载机构还包括一个支撑环7，所述的支撑环7设置在导热型保护壳6内并处于下方的透水石4下面，支撑环7与导热型保护壳6的壳底之间形成排水腔21。

本实施例中，所述的支撑环7用于承载环刀5、待测岩土与两块透水石4，并且为温度传感器12提供安装空间。

在一种可能的实施例中，所述环刀5的内壁上均匀嵌有多个小型孔隙水压力传感器8，所述的多个小型孔隙水压力传感器8通过交换接口16与数据读取器17相连接；所述的交换接口16位于环刀5与导热型保护壳6之间。

本实施例中，通过多个均匀设置的小型孔隙水压力传感器8测定待测岩土的水压。

在一种可能的实施例中，所述的控温机构包括冷凝空气压缩机9、循环导气管10、电加热组件11、多个温度传感器12、双向温控开关13和控温单元14；所述的电加热组件11安装在隔热保温箱体1内，用于待测岩土的升温；所述循环导气管10的进气端和出气端分别连接在隔热保温箱体1相对的两侧侧壁上，并与隔热保温箱体1的内腔相通，所述循环导气管10的进气端和出气端与隔热保温箱体1的连接点处进行密封处理；所述的冷凝空气压缩机9安装在循环导气管10上，用于待测岩土的降温；所述电加热组件11的升温功能与冷凝空气压缩机9的降温功能实现待测岩土处于冻融循环状态时测试待测岩土渗透系数的目的；或者通过单个电加热组件11或者冷凝空气压缩机9实现待测岩土处于某一温度状态下测试土体渗透系数的目的。

所述的多个温度传感器12设置在支撑环7的下面并通过耐热性连杆固定在导热型保护壳6的底部，温度传感器12的感温端与处于下方的透水石4的下表面相接触，用于测量待测岩土的温度；所述的多个温度传感器12通过电源线与控温单元14相连接；所述的冷凝空气压缩机9、电加热组件11和控温单元14分别通过电源线与双向温控开关13相连，所述的双向温控开关13用于冷凝空气压缩机9的开启与关闭或者电加热组件11的开启与关闭，以实现隔热保温箱体1内温度的控制，进而实现待测岩土温度的控制；所述的控温单元14通过温度传感器12传递来的温度来控制双向温控开关13的调节。

本实施例中，所述的冷凝空气压缩机9将冷凝过后的空气通过循环导气管10的出气端进入到隔热保温箱体1中，由于循环导气管10的进气端与出气端相对设置在隔热保温箱体1的两端，故冷凝的空气可以在隔热保温箱体1中循环一周，当隔热保温箱体1中的冷凝空气达到一定压力时，隔热保温箱体1中的气体通过循环导气管10的进气端进入到循环导气管10中，从而回流至冷凝空气压缩机9进行下一轮冷凝。

在一种可能的实施例中，所述循环导气管10的进气端与冷凝空气压缩机9之间的管段上沿着气体的流动方向依次设置有一个气压计20、一个储气瓶15和一个调节阀19，所述储气瓶15的开口管段上设置有一个调节阀19。

本实施例中，所述的储气瓶15用于调节隔热保温箱体1内冷凝空气的量，当隔热保温箱体1内处于制冷状态时，关闭储气瓶15开口管段上的调节阀19，打开循环导气管10上的调节阀19，储气瓶15仅具有导气的作用；当隔热保温箱体1内处于升温状态时，关闭循环导气管10上的调节阀19，打开储气瓶15开口管段上的调节阀19，隔热保温箱体1中的冷凝空气通过储气瓶15的开口排出隔热保温箱体1，直至隔热保温箱体1内的冷凝气处于大气压状态。

在一种可能的实施例中，所述的电加热组件11包括一个桶状耐热铁丝网11-1和多个热电阻11-2，所述的桶状耐热铁丝网11-1套在导热型保护壳6外，保证导热型保护壳6受热均匀或者隔热保温箱体1内温度均匀，桶状耐热铁丝网11-1的顶端安装在分隔环1-3的下端面上；所述的多个热电阻11-2均匀设置在桶状耐热铁丝网11-1上，用于隔热保温箱体1内的升温。

本实施例中，所述的桶状耐热铁丝网11-1可以为圆形，也可以方形，具体根据岩土渗透承载机构的形状而定。

在一种可能的实施例中，所述的加压器18为空气压缩机，所述的空气压缩机安装在储水管2的进水口处，所述的加压器18与储水管2之间的管段上沿着气体的流动方向依次设置一个调节阀19和一个气压计20。

本实施例中，通过空气压缩机增加储水管2水面的气压，通过气压计20测得气压数值，一般为2个大气压，使得透过待测岩土的测定用水具有一定的压力，从而实现待测岩土在一定的荷载下测定待测岩土透水系数的目的。

利用多功能岩土渗透系数测定装置测量待测岩土渗透系数的方法，具体测量过程如下：

步骤1：将岩土渗透系数测定装置尽可能置于恒温恒湿、无晃动的平整位置处，以保证测量结果的准确性；

步骤2：在待测岩土渗透系数测量之前，对岩土渗透系数测定装置进行密封性检查；

步骤3：将待测岩土置于环刀5内静压成型，成型后用热熔胶将环刀5外壁上接有导线处密封；

步骤4：将一定量的凡士林均匀涂抹到环刀5的外壁上及导热型保护壳6的内壁上，而后将环刀5放于导热型保护壳6内，确保两者之间的空隙被凡士林完全填充；

步骤5：将装有环刀5的导热型保护壳6置于两块透水石4之间，并确保两块透水石4分别与环刀5的上端面和下端面紧密贴合，然后通过螺栓将上盖体1-1及下箱体1-2紧密贴合密封；

步骤6：如若需要测定经冻融循环或某一温度下土体的渗透系数，则于控温单元14设定相应温度及相应时间，而后启动控温机构；在降温环节时，控温单元14控制双向控温开关13将冷凝空气压缩机9启动，逐步将隔热保温箱体1内的温度降至预设温度，而后控温单元14开始计时，控制双向控温开关13处于关闭状态，同时通过温度传感器12实时监测岩土渗透承载机构所处环境的温度，待温度升高时再次启动冷凝空气压缩机9，直至达到既定作用时间；在升温环节时，控温单元14控制双向控温开关13将热电阻11-2通电，待到隔热保温箱体1内的温度达到预设温度时，控温单元14开始计时，断开双向控温开关13，若温度稍有下降时，则再次将双向控温开关13闭合，直至以设定温度达到预设时间；

步骤7：打开连接在储水管2与隔热保温箱体1之间的调节阀19，由储水管2向隔热保温箱体1内的岩土渗透承载机构注入测定用水，测试用水在重力作用下依次经由处于上方的透水石4、待测岩土、处于下方的透水石4、支撑环7、导热型保护壳6和隔热保温箱体1流出；待有水滴自隔热保温箱体1出水口流出时，开始多次读取储水管2水位的高度、小型孔隙水压力传感器8以及温度传感器12所测孔隙水压力及温度；

步骤8：将隔热保温箱体1的出水口封堵上，加压器18与储水管1之间的调节阀19打开，启动加压器18以实现岩土渗透承载机构中待测岩土的加载，通过位于加压器18与储水管1之间的气压计20测得气压，使得气压保持在2个大气压左右，待加载结束后，关闭加压器18并释放压力，以进行后续渗透系数的测定；

步骤9：计算岩土在温度传感器12所示温度下的渗透系数k：

设测定过程中，任意相临时刻间水头差为Δh，经dt时间后，储水管中水位下降dh，则dt时间内流入土样的流量dV_s为：

dV_s＝-adh

式中a为储水管内径面积cm²，负号是为了表示水量随Δh的减小而增大，从而得到流量为正值。

根据达西定律，则dt时间内流出试样的水量dV为：

式中A为土样的过水面积即土样上表面积cm²，L为渗径即试样高度cm；

又因为水流为连续流体，因此dV_s＝dV，故可得到：

用常用对数表示，则为：

式中k为温度传感器所示温度下土样的渗透系数，Δt为相临两次读取水头的时间差s，H₁、H₂分别为相临两次读取的水头位置距离出水口的高度。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (5)

1.一种多功能岩土渗透系数测定装置，其特征在于：包括隔热保温箱体(1)、储水管(2)、岩土渗透承载机构、控温机构和加压器(18)；所述隔热保温箱体(1)的顶部开有进水口，隔热保温箱体(1)的底部开有出水口；所述的岩土渗透承载机构中装有待测岩土，岩土渗透承载机构的底部开有出水口，所述的岩土渗透承载机构放置在隔热保温箱体(1)中，岩土渗透承载机构底部的出水口与隔热保温箱体(1)底部的出水口相通；所述的储水管(2)通过水管(3)连接到隔热保温箱体(1)顶部的进水口，为岩土渗透承载机构供水；所述的控温机构连接在隔热保温箱体(1)上，用于隔热保温箱体(1)内温度的调控；所述的加压器(18)连接在储水管(2)上，用于调节流过岩土渗透承载机构中的水压；

所述的隔热保温箱体(1)包括上盖体(1-1)、下箱体(1-2)和分隔环(1-3)，所述的上盖体(1-1)设置在下箱体(1-2)的上开口处并与下箱体(1-2)之间形成密封腔体；所述的分隔环(1-3)将上盖体(1-1)与下箱体(1-2)所形成的密封腔体分隔成两个腔体，分隔环(1-3)与上盖体(1-1)之间形成进水腔(1-4)，分隔环(1-3)与下箱体(1-2)之间形成放置腔(1-5)，所述的岩土渗透承载机构设置在隔热保温箱体(1)的放置腔(1-5)中；

岩土渗透承载机构包括两块透水石(4)、环刀(5)和导热型保护壳(6)；所述的导热型保护壳(6)的顶端安装在分隔环(1-3)的下端面处，两块透水石(4)和环刀(5)放置在导热型保护壳(6)内，所述的两块透水石(4)分别处于环刀(5)的顶部和底部，用于将待测岩土封堵在环刀(5)内，所述导热型保护壳(6)靠近底部的位置开有出水口，所述的下箱体(1-2)上开有出水口，所述的导热型保护壳(6)上的出水口与下箱体(1-2)上的出水口相通；

所述的岩土渗透承载机构还包括一个支撑环(7)，所述的支撑环(7)设置在导热型保护壳(6)内并处于下方的透水石(4)下面，支撑环(7)与导热型保护壳(6)的壳底之间形成排水腔(21)；

所述环刀(5)的内壁上均匀安装有多个小型孔隙水压力传感器(8)，所述的多个小型孔隙水压力传感器(8)通过交换接口(16)与数据读取器(17)相连接；所述的交换接口(16)位于环刀(5)与导热型保护壳(6)之间；

所述的控温机构包括冷凝空气压缩机(9)、循环导气管(10)、电加热组件(11)、多个温度传感器(12)、双向温控开关(13)和控温单元(14)；所述的电加热组件(11)安装在隔热保温箱体(1)内，用于岩土渗透承载机构的升温；所述循环导气管(10)的进气端和出气端分别连接在隔热保温箱体(1)相对的两侧侧壁上，并与隔热保温箱体(1)的内腔相通；所述的冷凝空气压缩机(9)安装在循环导气管(10)上；所述的多个温度传感器(12)设置在排水腔(21)中，温度传感器(12)的感温端与处于下方的透水石(4)的下表面相接触；所述的多个温度传感器(12)通过电源线与控温单元(14)相连接；所述的冷凝空气压缩机(9)、电加热组件(11)和控温单元(14)分别通过电源线与双向温控开关(13)相连。

2.根据权利要求1所述的一种多功能岩土渗透系数测定装置，其特征在于：所述循环导气管(10)的进气端与冷凝空气压缩机(9)之间的管段上沿着气体的流动方向依次设置有一个气压计(20)、一个储气瓶(15)和一个调节阀(19)，所述储气瓶(15)的开口管段上设置有一个调节阀(19)。

3.根据权利要求2所述的一种多功能岩土渗透系数测定装置，其特征在于：所述的电加热组件(11)包括一个圆桶状耐热铁丝网(11-1)和多个热电阻(11-2)，所述的圆桶状耐热铁丝网(11-1)套在导热型保护壳(6)外，圆桶状耐热铁丝网(11-1)的顶端安装在分隔环(1-3)的下端面上；所述的多个热电阻(11-2)均匀设置在圆桶状耐热铁丝网(11-1)上。

4.根据权利要求3所述的一种多功能岩土渗透系数测定装置，其特征在于：所述的加压器(18)为空气压缩机，所述的空气压缩机安装在储水管(2)的进水口处。

5.利用权利要求4所述的一种多功能岩土渗透系数测定装置测试待测岩土渗透系数的方法，其特征在于：具体测量过程如下：

步骤1：将待测岩土置于环刀(5)内静压成型，成型后用热熔胶将环刀(5)外壁上接有导线处密封；

步骤2：将一定量的凡士林均匀涂抹到环刀(5)的外壁及导热型保护壳(6)的内壁，然后将环刀(5)放于导热型保护壳(6)内，保证环刀(5)与导热型保护壳(6)之间的空隙被凡士林完全填充；

步骤3：将装有环刀(5)的导热型保护壳(6)置于两块透水石(4)之间，并确保两块透水石(4)分别与环刀(5)的上端面和下端面紧密贴合，然后通过螺栓将上盖体(1-1)及下箱体(1-2)紧密贴合密封；

步骤4：通过控制控温机构调节隔热保温箱体(1)内的温度，使得待测岩土处于冻融循环状态或者某一温度状态下；

步骤5：打开连接在储水管(2)与隔热保温箱体(1)之间的调节阀，由储水管(2)向隔热保温箱体(1)内的岩土渗透承载机构注入测定用水，测试用水在重力作用下依次经由处于上方的透水石(4)、待测岩土、处于下方的透水石(4)、支撑环(7)、导热型保护壳(6)和隔热保温箱体(1)流出；待有水滴自隔热保温箱体(1)出水口流出时，开始多次读取储水管(2)水位的高度、小型孔隙水压力传感器(8)以及温度传感器(12)所测孔隙水压力及温度；

步骤6：将隔热保温箱体(1)的出水口封堵上，加压器(18)与储水管(1)之间的调节阀打开，启动加压器(18)以实现岩土渗透承载机构中待测岩土的加载，通过位于加压器(18)与储水管(1)之间的气压计测得水压并调节加压器(18)的压力，待加载结束后关闭加压器(18)并释放压力，以进行后续渗透系数的测定；

步骤7：计算岩土在温度传感器(12)所示温度下的渗透系数k：

设测定过程中，任意相临时刻储水管(2)中水位差为Δh，经dt时间后，储水管(2)中水位下降dh，则dt时间内流入待测岩土的流量dV_s为：

dV_s＝-adh

式中，a为储水管(2)的内径面积(cm²)；

根据达西定律，则dt时间内流出待测岩土的水量dV为：

式中，A为待测岩土的过水面积，即环刀(5)的横截面积(cm²)；L为渗径，即环刀(5)的高度(cm)；

由于水流为连续流体，因此dV_s＝dV，故可得到：

用常用对数表示，则为：

式中，k为温度传感器(12)所示温度下待测岩土的渗透系数，Δt为相临两次读取储水管(2)中水位的时间差(s)，H₁、H₂分别为相临两次读取的储水管(2)中水位距离隔热保温箱体(1)出水口的高度。

Images