CN115452680A - 一种渗透系数试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及渗透系数试验技术领域，具体而言，涉及一种渗透系数试验装置及其试验方法，包括试验箱，试验箱的内腔水平设置透水置物板，试验箱的底部设置第一排水管，第一排水管上设置第一控制阀和流量计，试验箱的顶部设置进水管，进水管上设置控温装置，且试验箱的顶部设置水箱，水箱的底部设置第二排水管，第二排水管的排水口与进水管连通，第二排水管上设置第二控制阀，水箱上还设置溢水口；试验箱的顶部还设置水泵，水泵的出水端通过连通管与进水管连通，连通管上设置有第三控制阀；试验箱内设置水压监测机构。本发明能够同时完全满足“常水头法”和“变水头法”两种试验，而且测试粘性土渗透系数时，能够缩短渗透时间，提高试验效率。

Description

一种渗透系数试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及渗透系数试验技术领域，具体而言，涉及一种渗透系数试验装置及其试验方法。

背景技术

渗透试验是利用试验仪器测定岩土的渗透系数的试验,分为室内试验和野外测定试验两大类，在试验室中测定渗透系数k从试验原理上大体可分为“常水头法”和“变水头法”两种。“常水头法”主要适用于渗透性较好的粗粒土，“变水头法”主要适用于渗透性较差的细粒土。

对于现有的室内渗透试验仪器实用性较低，不能同时完全满足“常水头法”和“变水头法”两种试验，而且对于渗透系数很小的粘性土，目前现有“常水头法”试验设备提供2m水头差的情况下，通过土样的渗流十分缓慢，导致变水头试验耗时过久，效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种渗透系数试验装置，其能够同时完全满足“常水头法”和“变水头法”两种试验，而且测试粘性土渗透系数时，能够节省试验时间，提高试验效率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种渗透系数试验装置，包括试验箱，试验箱的内腔水平设置透水置物板，透水置物板上用于放置试验材料，透水置物板的外围与试验箱的内壁对应贴合，试验箱的底部设置有第一排水管，第一排水管上设置有第一控制阀和流量计，试验箱的顶部设置有进水管，进水管上设置有控温装置，且试验箱的顶部设置有水箱，水箱的底部设置有第二排水管，第二排水管的排水口与进水管连通，第二排水管上设置有第二控制阀，水箱上还设置有溢水口；

试验箱的顶部还设置有水泵，水泵的出水端通过连通管与进水管连通，连通管上设置有第三控制阀；

试验箱内设置有水压监测机构，水压监测机构能够测试处于透水置物板之上的进水压力和处于透水置物板之下的排水压力。

进一步地，还包括法向测试结构，法向测试机构设置于试验箱内的顶部，用于法向压力条件下的渗透系数试验。

进一步地，法向测试机构包括升降机构和压板，升降机构安装于试验箱内的顶部，压板水平设置，升降机构的底部与压板连接，升降机构用于带动压板沿竖直方向升降。

进一步地，试验箱的顶部设置有开口，开口处设置有可拆卸的密封盖；

法向测试结构还包括安装架，安装架设置于试验箱内的顶部，安装架上安装升降机构，安装架上还设置有压力传感器，压力传感器能够监测升降机构带动压板升降时所施加的压力。

进一步地，升降机构选用电动推杆、液压杆或伸缩气缸。

进一步地，水压监测机构包括第一水压传感器和第二水压传感器，第一水压传感器设置于试验箱内且位于透水置物板之上，第二水压传感器设置于试验箱内且位于透水置物板之下。

进一步地，第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀均为电磁阀。

相比于现有技术而言，本发明的有益效果是：

本发明设计试验箱，试验箱的内腔水平设置透水置物板，透水置物板的外围与试验箱的内壁对应贴合，试验箱的底部设置有第一排水管，第一排水管上设置有第一控制阀和流量计，试验箱的顶部设置有进水管，进水管上设置有控温装置，且试验箱的顶部设置有水箱，水箱的底部设置有第二排水管，第二排水管的排水口与进水管连通，第二排水管上设置有第二控制阀，水箱上还设置有溢水口；试验箱的顶部还设置有水泵，水泵的出水端通过连通管与进水管连通，连通管上设置有第三控制阀；试验箱内设置有水压监测机构，水压监测机构能够测试处于透水置物板之上的进水压力和处于透水置物板之下的排水压力。因此本发明通过该技术方案能够同时完全满足“常水头法”和“变水头法”两种试验，而且测试粘性土渗透系数时，通过水泵可以控制进入渗透容器的水压，缩短渗透时间，提高试验效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中渗透系数试验装置的部分结构示意图；

图2为本发明实施例1中渗透系数试验装置中试验箱一侧壁被剖开后的结构示意图；

图3为本发明实施例1渗透系数试验装置正视结构示意图；

图4为本发明实施例1试验箱内部结构剖视图。

图中：(附图标记说明)

100-试验箱；110-支柱；120-控制中心；130-透明观察板；140-第一排水管；150-流量计；160-第一控制阀；200-安装板；210-安装柱；220-水箱；230-第二排水管；240-第二控制阀；250-控温装置；260-水泵；270-第三控制阀；280-连通管；290-溢水管；300-密封盖；400-支撑块；410-透水置物板；420-限位架；430-横杆；440-承重架；450-连接板；460-压力传感器；470-升降机构；480-压板；500-第一水压传感器；600-第二水压传感器。

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

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“设置”、“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，也可以是电连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

参照图1-图4，本实施提供一种技术方案，如下所示：

一种渗透系数试验装置，包括试验箱100，优选地将试验箱100设计为矩形箱体，所述试验箱100的内腔水平设置透水置物板410，透水置物板410的内部设置多个纵向贯穿的透水孔，所述透水置物板410上用于放置试验材料，透水置物板410的四壁可以与试验箱100的四壁为一体结构，能够保证其间的密封性，或者，透水置物板410与试验箱100为可拆卸连接。

本实施例中优选地将透水置物板410与试验箱100设计为可拆卸连接。具体地，所述透水置物板410的外围与所述试验箱100的内壁对应贴合，保证其间不存在缝隙或者存在很小的缝隙，相应地在试验箱100的内壁设置支撑块400，用以支撑透水置物板410。更具体地，试验箱100内壁的四角位置均固定设置支撑块400，四个支撑块400的顶面处于同一水平面，以保证透水置物板410安装后的水平度。

所述试验箱100的底部设置有第一排水管140，优选地将第一排水管140水平设置且与试验箱100内的底面相齐平，所述第一排水管140上设置有第一控制阀160和流量计150，第一控制阀160用于控制第一排水管140内水流的开和关，流量计150用以测得第一排水管140内单位时间内水流的流量，所述试验箱100的顶部设置有进水管，所述进水管上设置有控温装置250，控温装置250用以对进水管内的水流加热以控制进水管内的水流温度，控温装置250可以选用加热丝(加热丝只是控温装置250的其中一种选择方式，其选择方式并不限于此)，且所述试验箱100的顶部设置有水箱220，具体地，在试验箱100顶部一侧部设置安装板200，安装板200优选地水平设置，所述安装板200的顶部竖直设置有安装柱210，安装柱210优选地竖直设置，所述安装柱210的顶部设置有水箱220，本申请还设置注水机构，注水机构能够向水箱220内注水。

所述水箱220的底部设置有第二排水管230，第二排水管230优选地竖直设置，且所述第二排水管230的排水口与所述进水管连通，所述第二排水管230上设置有第二控制阀240，所述水箱220上还设置有溢水口，该溢水口处可以设置溢水管290。本申请还可以设置溢水回收机构(图中未示出)，使得溢水管290的出口端通向溢水回收机构，通过溢水回收机构回收溢水。

所述试验箱100的顶部还设置有水泵260，所述水泵260的出水端通过连通管280与所述进水管连通，所述连通管280上设置有第三控制阀270；具体地，水泵260安装于安装板200上。

所述试验箱100内设置有水压监测机构，所述水压监测机构能够测试处于所述透水置物板410之上的进水压力和处于所述透水置物板410之下的排水压力。具体地，所述水压监测机构包括第一水压传感器500和第二水压传感器600，所述第一水压传感器500设置于所述试验箱100内且位于所述透水置物板410之上，通过第一水压传感器500监测试验箱100内的进水水压，所述第二水压传感器600设置于所述试验箱100内且位于所述透水置物板410之下，通过第二水压传感器600监测试验箱100内的排水压力。

在本实施例中，试验箱100的底部设置有支柱110，所述支柱110的底部设置有防滑垫，支柱110的底部可以安装滚轮，以便于试验箱100的自由移动。

在本实施例中，还设置了法向测试结构，所述法向测试机构设置于所述试验箱100内的顶部，用于法向压力条件下的渗透系数试验，该法向即为与水平面相垂直的竖直方向。

所述法向测试机构包括升降机构470和压板480，所述升降机构470安装于所述试验箱100内的顶部，所述压板480水平设置，所述升降机构470的底部与所述压板480连接，所述升降机构470用于带动所述压板480沿竖直方向升降。

试验箱100的顶部可以为密封结构而不设置顶部开口，保证试验箱100顶部密封即可，但在本实施例中优选的实施方式是，在试验箱100的顶部设置开口，并在开口处设置有可拆卸的密封盖300，以便于试验箱100内部部件的安装和取下，并在密封盖300上设置把手。相应地，所述法向测试结构还包括安装架，所述安装架设置于所述试验箱100内的顶部，所述安装架上安装所述升降机构470，所述安装架上还设置有压力传感器460，所述压力传感器460能够监测所述升降机构470带动所述压板480升降时所施加的压力。

在本实施例中，安装架包括限位架420、横杆430、承重架440和连接板450。具体地如图4所示，在试验箱100顶部的两侧均设置限位架420，两组限位架420的内部活动插接横杆430，在所述横杆430的中部活动套接承重架440，所述承重架440内腔的底部设置压力传感器460，所述承重架440的底部设置连接板450，所述连接板450的底部安装升降机构470。在本实施例中，所述升降机构470选用电动推杆、液压杆或伸缩气缸，优选地，升降机构470选用电动推杆。

在本实施例中，所述第一控制阀160、所述第二控制阀240和所述第三控制阀270均选用为电磁阀，且本申请还设置控制中心120，控制中心与所述第一控制阀160、所述第二控制阀240、所述第三控制阀270、第一水压传感器500、第二水压传感器600、水泵260、控温装置250、升降机构470和压力传感器460通过电性连接，控制中心120能够对其控制。优选地将控制中心120设置于试验箱100的外侧壁上，控制中心120具有控制面板，在控制面板上方便操作和统一控制。在试验箱100的一侧壁开设有观察口，观察口内安装透明观察板130，透明观察板130的外围与观察口的内壁对应密封连接以保证密封，透明观察板130能够便于人实时观察试验箱100内的试验情况，并优选地，将透明观察板130和控制中心120设置于试验箱100外的同一侧，人在观察的同时，便于及时操作控制中心120。

实施例2

本实施例提供一种基于实施例1中所述的渗透系数试验装置的试验方法，该试验方法为采用常水头法测量试验材料，包括以下步骤：

S11：试验准备，试验材料为粗粒土，将试验材料加工成与透水置物板410相同长度和宽度的板状结构，然后在试验材料的底面和顶面均放置透水性缓冲材料层，再将试验材料和透水性缓冲材料的组合一并放置于透水置物板410上，并将试验材料和透水性缓冲材料的组合的外围与试验箱100内壁接触的位置用密封材料封闭严密；

S12：向水箱220注水，打开第二控制阀240，通过控温装置250对进水管内的水流加温并维持在20℃，然后进水管内的水流进入试验箱100内并对待测试的试验材料进行渗透测试；

S13：在渗透过程中，调节第一控制阀160，使进入试验箱100内的进水量略多于试验箱100排出的排水量，使水箱220上的溢水口始终有余水溢出，以保持常水位，同时保证试验箱100内且位于透水置物板410之下的容腔内充满水；

S14：待水压监测机构所测得的排水压力处于稳定后，在一定的测试时间t内，通过流量计150测得第一排水管140内的流出排水量Q，水压监测机构测得试验箱100内的进水压力P₁和排水压力P₂；

S15：通过测得数据并配合试验材料的厚度、水的重度以及透水置物板410的透水孔的面积，计算出相应的渗透系数，该渗透系数的公式为：

其中：Q为排水量(m³)，L为试验材料的厚度(m)，γ_w为水的重度(kN/m³)，A为透水置物板410)上的透水孔的面积(m²)，(P₁-P₂)为进水压力与排水压力之差(kPa)，t为实验时间(s)。

需要注意的是，在步骤S15之前，可以重复步骤S11-步骤S14，获取多次的测量数据Q和排水压力P₂，使得测量数据更加准确。并且在步骤S15中，具体地为：将测得数据传输到计算机，并配合用户输入的试验材料的厚度、水的重度以及透水置物板410的透水孔的面积，计算出相应的渗透系数。

实施例3

本实施例提供一种基于实施例1中所述的渗透系数试验装置的试验方法，该试验方法为采用变水头法测量试验材料，包括以下步骤：

S21：试验准备，试验材料为细粒土，将试验材料加工成与透水置物板410相同长度和宽度的板状结构，然后在试验材料的底面和顶面均放置透水性缓冲材料层，关闭第一控制阀160，将试验箱100内且位于透水置物板410之下的容腔充满水，再将试验材料和透水性缓冲材料的组合一并放置于透水置物板410上，并将试验材料和透水性缓冲材料的组合的外围与试验箱100内壁接触的位置用密封材料封闭严密；

S22：打开第三控制阀270，通过水泵260向试验箱100注水，先根据试验材料的渗透性设定进水压力，然后向水中施加稳定的进水压力P₁₀，通过控温装置250对水流进行加温，使进水管内的水流温度维持在20℃，进水管内的水流进入试验箱100内并对待测试的试验材料进行渗透测试；

S23：在稳定的进水压力P₁₀的作用下静置一段时间，使试验材料充分浸泡达到饱和,同时调节第一控制阀160，使溢水口始终有水溢出，并使水压监测机构所测得的排水压力处于稳定；

S24：关闭第三控制阀270，开始进行试验测定，此时记录水压监测机构所测得的试验箱100内的进水压力P₁₀和排水压力P₂₀，经过时间t后，再次记录水压监测机构所测得的试验箱100内的进水压力P₁₁和排水压力P₂₁。

S25：将测得数据并配合试验材料的厚度、水的重度以及透水孔的面积，计算出相应的渗透系数，该渗透系数的公式为：

其中：a为试验箱100内的横截面积(m²)，L为试验材料的厚度(m)，A为透水置物板410上的透水孔的面积(m²)，(P₁₀-P₂₀)为试验开始时进水压力与排水压力之差(kPa)，(P₁₁-P₂₁)为时间t进水压力与排水压力之差(kPa)。

需要注意的是，在步骤S25之前，可以重复步骤S21-步骤S24，连续测记2-3次数据，使得测量数据更加准确。并且在步骤S25中，具体地为：将测得数据传输到计算机，并配合用户输入的试验材料的厚度、水的重度以及透水置物板410的透水孔的面积，计算出相应的渗透系数。

实施例4

本实施例提供一种基于实施例1中所述的渗透系数试验装置的试验方法，该试验方法为高水头下的渗透系数试验，包括以下步骤：

S31：试验准备：试验材料为粘性土，将试验材料加工成与透水置物板410相同长度和宽度的板状结构，然后在试验材料的底面和顶面均放置透水性缓冲材料层，关闭第一控制阀160，让试验箱100内且位于透水置物板410之下的容腔充满水，将试验材料和透水性缓冲材料的组合放置于透水置物板410上，并将试验材料和透水性缓冲材料的组合的外围与试验箱100内壁接触的位置用密封材料封闭严密；

S32：打开第三控制阀270，通过水泵260向试验箱100注水，先根据试验材料的实际工况设定进水压力，然后向水中施加稳定的进水压力P₁，通过控温装置250对进水管内的水流进行加温，使水流的温度维持在20℃，进水管内的水流进入试验箱100内并对待测试的试验材料进行渗透测试；

S33：待测试的试验材料充分浸泡达到饱和且水压监测机构所测得的排水压力处于稳定后，在一定的测试时间t内，通过流量计150测得第一排水管140内的排水量Q，水压监测机构测得试验箱100内的进水压力P₁和排水水压力P₂；

S34：将测得数据配合试验材料的厚度、水的重度以及透水孔的面积，计算出相应的渗透系数，该渗透系数的公式为：

其中：Q为排水量(m³),L为试验材料的厚度(m)，γ_w为水的重度(kN/m³)，A为透水置物板410上的透水孔的面积(m²)，(P₁-P₂)为试验箱100内的进水压力与排水压力之差(kPa)，t为实验时间(s)。

需要注意的是，在步骤S35之前，可以重复步骤S31-步骤S34，获取多次的测量数据Q和排水压力P₂，使得测量数据更加准确。若改变法向应力和水头大小，重复上述实验，可获取不同法向压力条件和不同水头条件下渗透特性的变化。

并且在步骤S35中，具体地为：将测得数据传输到计算机，并配合用户输入的试验材料的厚度、水的重度以及透水置物板410的透水孔的面积，计算出相应的渗透系数。

实施例4

本实施例提供一种基于实施例1中所述的渗透系数试验装置的试验方法，该试验方法为法向压力条件下的渗透系数试验，包括以下步骤：

S41：启动升降机构470,升降机构470的伸缩端带动底部连接的压板480进行下降移动，压板480对样品施加压力，使得试验材料受到一个法向应力，在承重架440的内部设置有压力传感器460，在升降机构470启动的时候，通过压力传感器460进行监测施加压力的大小。

S42：法向压力施加完成以后，在施加法向压力的基础上，再进行实施例2中的采用常水头法测量试验材料的渗透试验步骤或者实施例3中采用变水头法测量试验材料的渗透实验步骤进行渗透试验。

由于现有技术中的室内渗透试验仪器实用性较低，不能完全满足“常水头法”和“变水头法”两种试验，同时试验过程中还需要工作人员进行配合测量出渗水量和水头等数据，较为麻烦，而且对于渗透系数很小的粘性土，目前现有“常水头法”试验设备提供2m水头差的情况下，通过土样的渗流十分缓慢，导致变水头试验耗时过久，效率低下。对于支挡工程墙背岩土体及其反滤层材料、隧道衬砌背后的岩土体及其反滤层材料，其承受的压力和渗流的方向是一致的，在法向压力作用下，由于土体易被挤压密室，导致材料的孔隙体积减小、渗流通道压缩，如果采用现有渗透设备，由于没有考虑法向压力作用，故得出的渗透系数偏大，偏于不安全。对于一些工程中，工程介质如钢板桩围堰、地下连续墙、防渗帷幕等常常处在几米到20多米的水头差之下，在这种情况下，对工程介质在工程中的渗透状况的试验室研究中，需要高压水头，而现有的渗透设备还无法提供。

因此，本发明设计了新的技术方案，本发明涉及铁路、公路、水利水电等多个领域的地基勘察试验领域，本发明的技术方案的有益效果至少有：

1、本装置可以实现一个装置进行多项测试试验，包括常水头渗透试验和变水头渗透试验，减少测试装置的数量，进行多样化功能，便于进行使用操作。

2、本装置采用智能化数据采集，通过传感器(统称)、流量计150等设备进行实时读数，提高了工作效率，同时也避免了人工读数时易出现的人为误差。

3、本装置可以对控温装置250试验过程的温度进行精确的控制，使试验时水温度维持在20℃，也能根据测试材料的真实环境，对试验温度进行设定。

4、本装置在变水头试验中，不再局限于压力水管的长度，通过水泵260可以控制进入渗透容器的水压，缩短渗透时间，提高试验效率。另一方面，压力传感器460实时监控试验箱中的水压，当水压达到预设值时，由计算机控制电磁阀关闭。

5、本装置在常规渗透试验的基础上，还可用于土体材料在法向压力下的渗透性能的测试，较为真实模拟挡墙、隧道衬砌等工程背后土体及返滤材料实际工作状态的渗透特性，更为符合工程实际。同时也可以研究不同法向压力下的渗透特性指标。

6、本装置可以通过水泵260提供持续的高压水头，可以较为真实的模拟一些水利工程和水下工程下土体实际工作状态的渗透特性，更为符合工程实际。同时也可以研究在不同水头下对渗透特性的影响。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种渗透系数试验装置，包括试验箱(100)，其特征在于，所述试验箱(100)的内腔水平设置透水置物板(410)，所述透水置物板(410)上用于放置试验材料，所述透水置物板(410)的外围与所述试验箱(100)的内壁对应贴合，所述试验箱(100)的底部设置有第一排水管(140)，所述第一排水管(140)上设置有第一控制阀(160)和流量计(150)，所述试验箱(100)的顶部设置有进水管，所述进水管上设置有控温装置(250)，且所述试验箱(100)的顶部设置有水箱(220)，所述水箱(220)的底部设置有第二排水管(230)，所述第二排水管(230)的排水口与所述进水管连通，所述第二排水管(230)上设置有第二控制阀(240)，所述水箱(220)上还设置有溢水口；

所述试验箱(100)的顶部还设置有水泵(260)，所述水泵(260)的出水端通过连通管(280)与所述进水管连通，所述连通管(280)上设置有第三控制阀(270)；

所述试验箱(100)内设置有水压监测机构，所述水压监测机构能够测试处于所述透水置物板(410)之上的进水压力和处于所述透水置物板(410)之下的排水压力。

2.根据权利要求1所述的渗透系数试验装置，其特征在于，还包括法向测试结构，所述法向测试机构设置于所述试验箱(100)内的顶部，用于法向压力条件下的渗透系数试验。

3.根据权利要求2所述的渗透系数试验装置，其特征在于，所述法向测试机构包括升降机构(470)和压板(480)，所述升降机构(470)安装于所述试验箱(100)内的顶部，所述压板(480)水平设置，所述升降机构(470)的底部与所述压板(480)连接，所述升降机构(470)用于带动所述压板(480)沿竖直方向升降。

4.根据权利要求3所述的渗透系数试验装置，其特征在于，所述试验箱(100)的顶部设置有开口，所述开口处设置有可拆卸的密封盖(300)；

所述法向测试结构还包括安装架，所述安装架设置于所述试验箱(100)内的顶部，所述安装架上安装所述升降机构(470)，所述安装架上还设置有压力传感器(460)，所述压力传感器(460)能够监测所述升降机构(470)带动所述压板(480)升降时所施加的压力。

5.根据权利要求3所述的渗透系数试验装置，其特征在于，所述升降机构(470)选用电动推杆、液压杆或伸缩气缸。

6.根据权利要求1所述的渗透系数试验装置，其特征在于，所述水压监测机构包括第一水压传感器(500)和第二水压传感器(600)，所述第一水压传感器(500)设置于所述试验箱(100)内且位于所述透水置物板(410)之上，所述第二水压传感器(600)设置于所述试验箱(100)内且位于所述透水置物板(410)之下。

7.根据权利要求1所述的渗透系数试验装置，其特征在于，所述第一控制阀(160)、所述第二控制阀(240)和所述第三控制阀(270)均为电磁阀。

8.基于权利要求1-7中任一项所述的渗透系数试验装置的试验方法，其特征在于，所述试验方法为采用常水头法测量试验材料，包括以下步骤：

S11：试验准备，试验材料为粗粒土，将试验材料加工成与透水置物板(410)相同长度和宽度的板状结构，然后在试验材料的底面和顶面均放置透水性缓冲材料层，再将试验材料和透水性缓冲材料的组合一并放置于透水置物板(410)上，并将试验材料和透水性缓冲材料的组合的外围与试验箱(100)内壁接触的位置用密封材料封闭严密；

S12：向水箱(220)注水，打开第二控制阀(240)，通过控温装置(250)对进水管内的水流加温并维持在20℃，然后进水管内的水流进入试验箱(100)内并对待测试的试验材料进行渗透测试；

S13：在渗透过程中，调节第一控制阀(160)，使进入试验箱(100)内的进水量略多于试验箱(100)排出的排水量，使水箱(220)上的溢水口始终有余水溢出，以保持常水位，同时保证试验箱(100)内且位于透水置物板(410)之下的容腔内充满水；

S14：待水压监测机构所测得的排水压力处于稳定后，在测试时间t内，通过流量计(150)测得第一排水管(140)内的流出排水量Q，水压监测机构测得试验箱(100)内的进水压力P₁和排水压力P₂；

S15：通过测得数据并配合试验材料的厚度、水的重度以及透水置物板(410)的透水孔的面积，计算出相应的渗透系数，该渗透系数的公式为：

其中：Q为排水量，L为试验材料的厚度，γ_w为水的重度，A为透水置物板(410)上的透水孔的面积，(P₁-P₂)为进水压力与排水压力之差，t为实验时间。

9.基于权利要求1-7中任一项所述的渗透系数试验装置的试验方法，其特征在于，所述试验方法为采用变水头法测量试验材料，包括以下步骤：

S21：试验准备，试验材料为细粒土，将试验材料加工成与透水置物板(410)相同长度和宽度的板状结构，然后在试验材料的底面和顶面均放置透水性缓冲材料层，关闭第一控制阀(160)，将试验箱(100)内且位于透水置物板(410)之下的容腔充满水，再将试验材料和透水性缓冲材料的组合一并放置于透水置物板(410)上，并将试验材料和透水性缓冲材料的组合的外围与试验箱(100)内壁接触的位置用密封材料封闭严密；

S22：打开第三控制阀(270)，通过水泵(260)向试验箱(100)注水，先根据试验材料的渗透性设定进水压力，然后向水中施加稳定的进水压力P₁₀，通过控温装置(250)对水流进行加温，使进水管内的水流温度维持在20℃，进水管内的水流进入试验箱(100)内并对待测试的试验材料进行渗透测试；

S23：在稳定的进水压力P₁₀的作用下静置一段时间，使试验材料充分浸泡达到饱和,同时调节第一控制阀(160)，使溢水口始终有水溢出，并使水压监测机构所测得的排水压力处于稳定；

S24：关闭第三控制阀(270)，开始进行试验测定，此时记录水压监测机构所测得的试验箱(100)内的进水压力P₁₀和排水压力P₂₀，经过测试时间t后，再次记录水压监测机构所测得的试验箱(100)内的进水压力P₁₁和排水压力P₂₁；

S25：将测得数据并配合试验材料的厚度、水的重度以及透水孔的面积，计算出相应的渗透系数，该渗透系数的公式为：

其中：a为试验箱(100)内的横截面积，L为试验材料的厚度，A为透水置物板(410)上的透水孔的面积，(P₁₀-P₂₀)为试验开始时进水压力与排水压力之差，(P₁₁-P₂₁)为时间t进水压力与排水压力之差。

10.基于权利要求1-7中任一项所述的渗透系数试验装置的试验方法，其特征在于，所述试验方法为高水头下的渗透系数试验，包括以下步骤：

S31：试验准备：试验材料为粘性土，将试验材料加工成与透水置物板(410)相同长度和宽度的板状结构，然后在试验材料的底面和顶面均放置透水性缓冲材料层，关闭第一控制阀(160)，让试验箱(100)内且位于透水置物板(410)之下的容腔充满水，将试验材料和透水性缓冲材料的组合放置于透水置物板(410)上，并将试验材料和透水性缓冲材料的组合的外围与试验箱(100)内壁接触的位置用密封材料封闭严密；

S32：打开第三控制阀(270)，通过水泵260向试验箱(100)注水，先根据试验材料的实际工况设定进水压力，然后向水中施加稳定的进水压力P₁，通过控温装置(250)对进水管内的水流进行加温，使水流的温度维持在20℃，进水管内的水流进入试验箱(100)内并对待测试的试验材料进行渗透测试；

S33：待测试的试验材料充分浸泡达到饱和且水压监测机构所测得的排水压力处于稳定后，在测试时间t内，通过流量计(150)测得第一排水管(140)内的排水量Q，水压监测机构测得试验箱(100)内的进水压力P₁和排水水压力P₂；

S34：将测得数据配合试验材料的厚度、水的重度以及透水孔的面积，计算出相应的渗透系数，该渗透系数的公式为：

其中：Q为排水量,L为试验材料的厚度，γ_w为水的重度，A为透水置物板(410)上的透水孔的面积，(P₁-P₂)为试验箱(100)内的进水压力与排水压力之差，t为实验时间。

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