CN117054311A - 一种土工织物垂直渗透测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种土工织物垂直渗透测试装置，夹持单元中伸缩模块带动压头实现自动试样定位与固定，测控终端读取渗透单元溢流时的水压及恒水头单元提供试样两侧的压差并提供试样垂直渗透系数，实现自动试验与数据处理，避免人工误差，节约人力，提高测试效率及准确性。渗透单元、夹持单元与恒水头单元组成一试验机位，能够设置多个相同和/或不同的试验机位以同时进行多种试样多种压差的测试，提高测试效率及装置应用效率。恒水头单元还设置玻璃管及量尺，标定和校准压差传感器，提高测试可靠性及准确性；设置进水阀实现单个腔室单独水流流速控制，简单灵活，提高测试效率；设置多个压力变送器，准确地反馈空腔内压力变化，进一步提高测试准确性。

Description

一种土工织物垂直渗透测试装置

技术领域

本发明涉及渗透性能测试技术领域，特别是涉及一种土工织物垂直渗透测试装置。

背景技术

土工织物是由聚酯原料通过纺织或针刺而成具有一定透水性的土工合成材料，在岩土工程领域的应用十分广泛。土工织物的垂直渗透性能是其重要的水力学特性之一，要求土工织物既能避免土壤颗粒随水流失，又要具有一定的透水性能。相关技术表明，常规的垂直渗透装置主要由进水管、夹持装置、排水桶和量筒组成，试验时需要人工将土工织物固定在夹持装置并放于排水桶中，进水管向排水桶底部注水，通过人工调节水流使水头差稳定，最后测定量筒中溢流的水量和时间，计算土工织物的渗透性能。

容易关注到，常规的垂直渗透装置存在夹持试样操作费时费力、水头差控制精度低、人工测读数据误差大等问题，因此提供一种土工织物垂直渗透测试装置能够自动夹持试样、自动显示土工织物垂直渗透，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种土工织物垂直渗透测试装置，用于解决现有技术中夹持试样操作费时费力、水头差控制精度低、人工测读数据误差大等问题的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种土工织物垂直渗透测试装置，具有以下有益效果：于底座上设置渗透单元、夹持单元、恒水头单元、供水箱单元及测控终端，通过所述夹持单元中伸缩模块带动压头固定土工织物试样，实现自动化的试样定位与固定，节约人力，提高固定效率；测控终端自动读取所述渗透单元溢流时的水压及所述恒水头单元提供试样两侧的压差，转化后自动提供试样的渗透系数，实现土工织物垂直渗透参数的自动试验与数据处理，避免人工读数的误差，提高测试准确性。所述渗透单元、所述夹持单元与所述恒水头单元组成一试验机位，所述底座上可以设置多个相同和/或不同所述试验机位以进行多种试样多种压差的同步测试，提高测试效率及装置的应用效率。

另外恒水头单元中还设置玻璃管及量尺，标定和校准压差传感器，提高测试的可靠性及准确性；设置进水阀对单个腔室进行单独的水流流速控制，简单灵活，提高测试效率；设置多个压力变送器，准确地实时反馈空腔内压力变化，进一步提高测试准确性。

附图说明

图1显示为本发明实施例中土工织物垂直渗透测试装置的结构示意图。

图2显示为图1中A部分的放大结构示意图。

图3显示为本发明实施例中土工织物垂直渗透测试装置的俯视结构示意图。

标号说明

1、底座；2、连接杆；3、供水箱；301、进水口；4、进水管；5、球阀；6、腔室；601、第一腔室；602、第二腔室；7、透水板；8、测压筒；801、溢流口；9、压力变送器；10、支撑柱；11、支撑面板；12、驱动气缸；13、活塞杆；14、压头；15、密封圈；16、固定框；17、测控终端；18、量尺；19、第一玻璃管；20、第二玻璃管；21、压差传感器；220、第一三通阀门；2201、第一三通阀门的第一接口；2202、第一三通阀门的第二接口；2203、第一三通阀门的第三接口；230、第二三通阀门；2301、第二三通阀门的第一接口；2302、第二三通阀门的第二接口；2303、第二三通阀门的第三接口

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本申请提供一种土工织物垂直渗透测试装置，至少包括：

底座1；

渗透单元，包括腔室6、透水板7、测压筒8及压力变送器9，腔室6由相连通成倒凸字形的第一腔室601与第二腔室602组成，下方小的第一腔室601固定于底座1上，透水板7设置于两腔室连接处，测压筒8密封连接于第二腔室602的外围并于两者之间形成空腔，测压筒8顶部设置溢流口801而底部设置压力变送器9；

夹持单元，包括压头14、伸缩模块及支撑模块，压头14为空心结构并位于所述伸缩模块朝向腔室6的一端，所述伸缩模块与所述支撑模块连接，通过所述支撑模块固定于底座1上，压头14悬置于腔室6正上方，并在所述伸缩模块伸展后进入腔室6以配合夹持透水板7上的土工织物试样；

恒水头单元，至少包括压差传感器21，压差传感器21的一端接口与第一腔室601连通，另一端接口对应与第二腔室602连通；

供水箱单元，至少包括供水箱3，供水箱3固定于底座1的一侧且与第一腔室601连通，相对于底座1供水箱3高于溢流口801；

测控终端17，固定于底座1上，至少与压差传感器21、压力变送器9电通信；

其中，所述渗透单元、所述夹持单元与所述恒水头单元组成一试验机位，至少一个所述试验机位固定于底座1上。

具体的，如图1，腔室6固定于底座1上，其固定方式包括螺丝固定等可拆卸固定方式。每个腔室6由透明塑料材质制成，呈上大下小连通的倒凸字形空腔结构，透水板7设置于大小空腔连接处并将腔室6分隔为位于上方大的第二腔室602及固定于底座1上小的第一腔室601。根据垂直渗透测试标准，透水板7的透水面积不小于20cm²，透水板7上方放置土工织物试样，根据土工织物试样垂直渗透性能不同，垂直渗透性小的土工织物试样应采用容积大的腔室6和透水面积大的透水板7，垂直渗透性大的土工织物试样应采用容积小的腔室6和透水面积小的透水板7，因为国标和水利标准规定试验过程中需要保持一定水头差，垂直渗透系数小的织物透水性差，若采用透水面积小的透水板会导致水头差过大无法调整；反之，垂直渗透系数大的织物透水性好，若采用透水面积大的透水板会导致水头差太小。

第二腔室602外围还密封连接如胶接有测压筒8，测压筒8与第二腔室602之间存在空腔，且容量确定。测压筒8底部开设贯通孔，并于所述贯穿孔中连接压力变送器9，测压筒8顶部还开设有溢流口801。如此，在垂直渗透试验过程中，水流透过透水板7和位于透水板7上的土工织物试样后通过第二腔室602进入测压筒8，并在一段时间后从溢流口801溢出，压力变送器9实时读取这段时间所述空腔内压力的变化，直至水溢出后压力稳定。通过压力变送器9读取空腔内压力变化更加稳定，能够准确反馈土工织物试样的流量。

底座1上还设支撑模块、伸缩模块及压头14。在一示例中，如图1、图3，所述支撑模块包括支撑柱10及垂直设置在支撑柱10顶部的支撑面板11，支撑柱10固定于腔室6靠近底座中心一侧的底座1上，支撑面板11对应位于腔室6正上方。所述伸缩模块包括驱动气缸12与配套设置的活塞杆13，支撑面板11中心处固接驱动气缸12，活塞杆13朝向腔室6的一端固接空心的压头14，以使压头14悬置于腔室6的正上方。进一步的，活塞杆13的总长度与压头14高度的总和等于支撑面板11到透水板7的距离，驱动气缸12通过气压推动活塞杆13向下运动，活塞杆带动压头14进入腔室以配合透水板7夹持固定土工织物试样。优选地，支撑面板11的直径大于测压筒8的直径，从而具有足够的稳定性，使压头稳定地下降夹持土工织物试样，保证固定效果。当然上述示例为非限制性示例，所述支撑模块也可以采用其他形式，所述伸缩模块也可以为驱动液压缸及配套的活塞杆，或伸缩电机及配套的伸缩杆，具体根据实际需求进行设置，此处不做严格限制。

恒水头单元至少包括压差传感器21，压差传感器21一端接口与第二腔室602设定高度处连通，压差传感器21另一端接口对应与第一腔室601设定高度处连通，实时读取土工织物试样上方和下方的压差。一般情况下，第二腔室602设定高度处与土工织物试样之间的高度等于第一腔室601设定高度处与土工织物试样之间的高度。设定高度为既不过高造成水头损失又不过低影响试样附近水流稳定性的适合高度，具体根据实际情况进行设置，此处不做限制。

供水箱单元至少包括供水箱3，供水箱3通过连接杆2固接在底座1一侧，以提供更多空间设置其他测试设备。优选地，连接杆2的顶部与供水箱3通过螺纹等形成可拆卸固定连接。相对于底座1，供水箱3的顶部或底部高于溢流口801，具体根据实际需要进行设置。供水箱3还与第一腔室601连通，以源源不断提供试验水流。

由于测压筒8及第二腔室602的容积已确定，其之间空腔的容量也就对应确定，测控终端17接收压力变送器9传输的压力信号并将其转变为流量，同时测控终端17也获取压力变送器9传输的压力信号变化对应的时间间隔，测控终端17接收压差传感器21传输的压差数据并将其转换为水头差，然后根据达西定律自动计算土工织物试样的渗透系数。

所述渗透单元、所述夹持单元与所述恒水头单元组成一试验机位，底座上可以设置一所述试验机位以进行一个试样垂直渗透特性的试验，也可以同时设置两个或大于两个所述试验机位以同时进行多个试样垂直渗透特性的试验，方便灵活。通过所述伸缩模块带动压头14固定土工织物试样，实现自动化的试样定位与固定，节约人力，提高固定效率。测控终端17自动读取溢流时的水压及试样两侧的压差，转化后自动提供试样的渗透系数，避免人工读数的误差，提高测量准确性。

作为示例，所述恒水头单元还包括固定框16和位于固定框16竖直平面上的第一玻璃管19、第一三通阀门220、第二玻璃管20、第二三通阀门230、量尺18，固定框16固定于底座1的中部且其顶部放置测控终端17，第一玻璃管19、第二玻璃管20对称固定于量尺18两侧，压差传感器21固定于固定框16竖直平面上且位于量尺18下方，第一三通阀门220位于第一玻璃管19的下方，并与第一玻璃管19的底部接口连通、与压差传感器21的一端接口连通及与第二腔室602连通，第二三通阀门230位于第二玻璃管20的下方，并与第二玻璃管20的底部接口连通、与压差传感器21的另一端接口连通及与第一腔室601连通。

具体的，如图1，本实施例中，所述恒水头单元包括共用的固定框16，固定框16固接在底座1的中心位置，固定框16的顶部设置有测控终端17，从而将共用设备集中放置于中间位置，便于余留更多周边空间以设置更多的所述试验机位，节约测试时间，提高测试效率。

如图1、图2，每个第一玻璃管19的下方设置有第一三通阀门220，每个第一三通阀门的第一接口2201与第一玻璃管19下方的接口连通，每个第一三通阀门的第二接口2202与压差传感器21的左侧接口连通，每个第一三通阀门的第三接口2203与透水板7上方的第二腔室602连通，每个第二玻璃管20的下方设置有第二三通阀门230，每个第二三通阀门的第一接口2301与第二玻璃管20下方的接口连通，每个第二三通阀门的第二接口2302与压差传感器21的右侧接口连通，每个第二三通阀门的第三接口2303与透水板7下方的第一腔室601连通。当然三通阀门的不同接口连接也并不限于采用上述连接方式，只要一个三通阀门连通一玻璃管、压差传感器21的一端接口及第二腔室602，另一三通阀门连通另一玻璃管、压差传感器21的另一端接口及第一腔室601，能够实时测量试样上方下方的压差及显示试样上方下方的水位差即可，此处不做严格限制。

进一步的，第一玻璃管19用于标定试样下游水位，第二玻璃管20用于标定试样上游水位，压差传感器21实时读取试样上方和下方的压差，并经测控终端17将压差数据转换为水头差数据以监控水头差波动，读取第一玻璃管19和第二玻璃管20两者的水位差可用于标定和校准压差传感器21，提高测试的可靠性及准确性。

作为示例，所述供水箱单元还包括与第一腔室601一一对应设置的进水阀，供水箱3底部设有进水口301，进水口301通过进水管4依次连通所述进水阀与第一腔室601连通。如图1，供水箱3底部设有进水口301，进水口301与进水管4连通，进水管4与另一端的两个球阀5连通，每个球阀5与每个第一腔室601连通。此处的球阀5便为所述进水阀的一种，它与第一腔室601一一对应，也即与所述试验机位一一对应，试验人员通过旋转球阀5阀门调整水流进入每个腔室6的流速以调整试样两端的压差，实现利用同一供水箱3同时进行不同压差的各种试样测试，提高测试效率。当然，所述进水阀并不局限于球阀5，根据实际需求可以选取其他可以调节流速的阀门，此处不做限制。

作为示例，所述供水箱单元还包括伸缩连接杆，供水箱3通过所述伸缩连接杆固定于底座1的一侧。也即连接杆2为可伸缩连接杆，能够调整供水箱3的高度，进一步调整试样两端的压差范围。

作为示例，测控终端17还与所述夹持单元、所述供水箱单元电通信以进行控制。根据实际需求，可以通过测控终端17控制所述夹持单元中所述伸缩模块以进行伸缩，控制所述供水箱单元中所述进水阀的开度以调节流速，控制所述供水箱单元中所述伸缩连接杆的高度以调节供水箱3高度，智能调节更加精准，避免人工误差，节约人力。

作为示例，透水板7的直径等于第一腔室601的内径，压头14的内径等于透水板7的直径，且压头14周向设置有密封圈15，压头14和密封圈15能确保试样外圈的密封性，消除漏液的误差。

作为示例，压力变送器9的数量大于等于2，且周向均匀地分布于测压筒8的底部，从而能够更加准确地实时反馈空腔内压力变化，提高测试准确性。

作为示例，底座1上设置若干个所述试验机位，所述试验机位包括相同、不相同之一或组合，根据实际需求可以设置相同尺寸的腔室以形成相同所述试验机位，进行相同试样不同压差的测试；也可以设置不同尺寸的腔室以形成不同所述试验机位，进行不同试样的测试；更可以设置部分相同尺寸的腔室以形成相同所述试验机位、部分不同尺寸的腔室以形成不同所述试验机位，进行多种试样多种压差的同步测试，提高测试效率及装置的应用效率。

综上所述，本发明提供一种土工织物垂直渗透测试装置，于底座上设置渗透单元、夹持单元、恒水头单元、供水箱单元及测控终端，通过所述夹持单元中伸缩模块带动压头固定土工织物试样，实现自动化的试样定位与固定，节约人力，提高固定效率；测控终端自动读取所述渗透单元溢流时的水压及所述恒水头单元提供试样两侧的压差，转化后自动提供试样的渗透系数，实现土工织物垂直渗透参数的自动试验与数据处理，避免人工读数的误差，提高测试准确性。所述渗透单元、所述夹持单元与所述恒水头单元组成一试验机位，所述底座上可以设置多个相同和/或不同所述试验机位以进行多种试样多种压差的同步测试，提高测试效率及装置的应用效率。

另外恒水头单元中还设置玻璃管及量尺，标定和校准压差传感器，提高测试的可靠性及准确性；设置进水阀对单个腔室进行单独的水流流速控制，简单灵活，提高测试效率；设置多个压力变送器，准确地实时反馈空腔内压力变化，进一步提高测试准确性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于，所述土工织物垂直渗透测试装置至少包括：

底座；

渗透单元，包括腔室、透水板、测压筒及压力变送器，所述腔室由相连通成倒凸字形的第一腔室与第二腔室组成，下方小的所述第一腔室固定于所述底座上，所述透水板设置于两腔室连接处，所述测压筒密封连接于所述第二腔室的外围并于两者之间形成空腔，所述测压筒顶部设置溢流口而底部设置所述压力变送器；

夹持单元，包括压头、伸缩模块及支撑模块，所述压头为空心结构并位于所述伸缩模块朝向所述腔室的一端，所述伸缩模块与所述支撑模块连接，通过所述支撑模块固定于所述底座上，所述压头悬置于所述腔室正上方，并在所述伸缩模块伸展后进入所述腔室以配合夹持所述透水板上的土工织物试样；

恒水头单元，至少包括压差传感器，所述压差传感器的一端接口与所述第一腔室连通，另一端接口对应与所述第二腔室连通；

供水箱单元，至少包括供水箱，所述供水箱固定于所述底座的一侧且与所述第一腔室连通，相对于所述底座所述供水箱高于所述溢流口；

测控终端，固定于所述底座上，至少与所述压差传感器、所述压力变送器电通信；

其中，所述渗透单元、所述夹持单元与所述恒水头单元组成一试验机位，至少一个所述试验机位固定于所述底座上。

2.根据权利要求1所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述恒水头单元还包括固定框和位于所述固定框竖直平面上的第一玻璃管、第一三通阀门、第二玻璃管、第二三通阀门、量尺，所述固定框固定于所述底座的中部且其顶部放置所述测控终端，所述第一玻璃管、所述第二玻璃管对称固定于所述量尺两侧，所述压差传感器固定于所述固定框上且位于所述量尺下方，所述第一三通阀门位于所述第一玻璃管的下方，并与所述第一玻璃管的底部接口连通、与所述压差传感器的一端接口连通及与所述第二腔室连通，所述第二三通阀门位于所述第二玻璃管的下方，并与所述第二玻璃管的底部接口连通、与所述压差传感器的另一端接口连通及与所述第一腔室连通。

3.根据权利要求1所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述供水箱单元还包括与所述第一腔室一一对应设置的进水阀，所述供水箱底部设有进水口，所述进水口通过进水管依次连通所述进水阀与所述第一腔室连通。

4.根据权利要求3所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述供水箱单元还包括伸缩连接杆，所述供水箱通过所述伸缩连接杆固定于所述底座的一侧。

5.根据权利要求1、3-4任一所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述测控终端还与所述夹持单元、所述供水箱单元电通信以进行控制。

6.根据权利要求1所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述透水板的直径等于所述第一腔室的内径，所述压头的内径等于所述透水板的直径，且所述压头周向设置有密封圈。

7.根据权利要求1所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述压力变送器的数量大于等于2，且周向均匀地分布于所述测压筒的底部。

8.根据权利要求1所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述自动伸缩模块包括活塞杆与驱动件，所述驱动件包括驱动气缸或驱动液压缸。

9.根据权利要求1所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述支撑模块包括支撑柱与支撑面板，所述支撑柱固定于所述腔室靠近中心侧的所述底座上，所述支撑面板固定于所述支撑柱的顶部且悬置于所述腔室的上方。

10.根据权利要求1所述的土工织物垂直渗透测试装置，其特征在于：所述底座上设置若干个所述试验机位，所述试验机位包括相同、不相同之一或组合。