CN117782941B - 一种介质透水系数试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及透水试验装置技术领域，具体地说就是一种介质透水系数试验装置，包括试验箱、测试管和水箱，所述测试管的下部连接有固定组件，所述试验箱的一侧连接有升降结构，所述升降结构用于驱动测试管升降，所述水箱包括容纳水箱和补充水箱，容纳水箱的上部连接有排水组件，所述排水组件的外端设置于测试管内部，本申请包括试验箱和测试管，测试管的底部可固定透水材料，通过升降结构带动测试管上下升降，当升降结构带动透水材料向下进入到试验箱内部时，通过调节试验箱内部的液位高度，即可对透水材料进行两侧有水压、一侧有恒定水压、一侧有变化水压等情况下的透水材料透水率测试。

Description

一种介质透水系数试验装置

技术领域

本发明涉及透水试验装置技术领域，具体地说就是一种介质透水系数试验装置。

背景技术

渗透系数是研究材料渗透性能的重要参数，测定渗透系数最有效的办法是常水头渗透试验和变水头渗透试验。常水头渗透试验是指运用常水头渗透设备在测出渗流量，不同点的水头高度，计算出渗流速度和水力梯度，从而计算出径向流试验渗透系数的仪器；变水头试验是指在试验过程中，试验水头逐渐下降，最后趋近于零，根据套管内的试验水头下降的速度与时间的关系；计算试验土层的渗透系数。

目前，渗透试验设备只能对材料进行由上向下或水平方向的渗透测试，不方便通过单一设备实现常水头、变水头和水平方向的渗透测试。

如中国专利公开号为CN211318134U一种可加压径向流试验设备，包括加压水箱、实验水箱、透水管和溢水管，实验水箱用于容纳不同的渗透介质，实验水箱与加压水箱连通，实验水箱内设置有透水管，透水管与溢水管连通。该装置适用于不同工况条件，通过加压水箱模拟稳定的上游水头，实验水箱模拟稳定的二维渗流系统，可以更加准确地测量渗透结构的渗透系数等情况。

该装置在使用过程中，能够对透水材料的一侧进行加压，能够对透水材料一侧有水压情况下的透水系数进行测试，而无法对以下透水系数进行测试：

①透水材料的一侧有液体，另一侧没有液体，且有液体的一侧始终保持一定的压力；

②透水材料的一侧有液体，另一侧没有液体，有液体的一侧压力逐渐降低；

③透水材料的一侧有液体，另一侧也有液体，且两侧液体始终保持一定的压差。

因此需要设计一种介质透水系数试验装置，方便透水材料处于不同压力下的透水情况进行测试，方便通过单一装置对不同用途的透水介质进行不同形式的透水测试。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种介质透水系数试验装置。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种介质透水系数试验装置，包括试验箱、测试管和水箱，所述测试管的下部连接有固定组件，所述试验箱的一侧连接有升降结构，所述升降结构用于驱动测试管升降，所述水箱包括容纳水箱和补充水箱，容纳水箱的上部连接有排水组件，所述排水组件的外端设置于测试管内部。

作为优化，所述试验箱的顶部开口，容纳水箱位于试验箱的上侧，所述容纳水箱的底部设有排水管，排水管与试验箱内部贯通；

水箱与所述升降结构分别设置于试验箱相对的两侧外部。

作为优化，所述升降机构包括升降支座和升降臂，升降臂与升降支座滑动连接；

所述升降支座竖直设置，升降支座的内部设有竖直的升降螺杆，所述升降螺杆的一端连接有升降电机，升降臂的一端与升降螺杆螺纹连接，所述测试管与升降臂固连。

作为优化，所述测试管竖直设置，测试管的两端均为开口，固定组件的数量不小于2，所述固定组件包括伸缩杆，伸缩杆的伸长端竖直向下设置，伸缩杆的伸长端转动连接有连接臂，所述连接臂的下端设有限位端块，所述限位端块的宽度大于伸缩杆的轴心与测试管的外壁之间的距离。

作为优化，所述测试管的直径小于试验箱的半径，所述测试管的高度小于所述试验箱的高度，所述试验箱的内部设有液位传感器。

作为优化，所述升降臂上固定有伸缩缸，所述伸缩缸的伸长端连接有横向设置的撑杆，所述撑杆水平设置于测试管的上侧；

所述排水组件包括排水吸盘和排水软管，所述排水软管的一端与所述容纳水箱连接，所述排水软管的另一端与所述排水吸盘的顶部贯通，所述排水吸盘设置于测试管内部，所述排水软管与所述撑杆固连。

作为优化，所述排水吸盘的侧面与测试管的内壁之间相邻设置，所述排水吸盘的底部均匀密设有若干个吸水孔，吸水孔与所述排水软管之间连接有排水通道，排水软管上连接有汲水泵。

作为优化，所述容纳水箱设置于补充水箱的上侧，所述容纳水箱的底部与所述补充水箱之间连接有第一电磁阀，排水管上设有第二电磁阀。

作为优化，包括如下使用步骤：

S1.试样固定：将待测透水介质连接于测试管的底部；

S2.设备注水：通过升降结构带动测试管向下进入到试验箱内部，向试验箱内部注水至设定高度；

S3.测试：通过排水组件对测试管内部的液位进行调节，使测试管内部液面达到所需高度，对试验箱内部液位进行调节，对透水材料的透水情况进行观察和计算即可。

本方案的有益效果是，一种介质透水系数试验装置，具有以下有益之处：

本申请包括试验箱和测试管，测试管的底部可固定透水材料，通过升降结构带动测试管上下升降，当升降结构带动透水材料向下进入到试验箱内部时，通过调节试验箱内部的液位高度，即可对透水材料进行两侧有水压、一侧有恒定水压、一侧有变化水压等情况下的透水材料透水率测试。

附图说明

附图1为本发明整体情况示意图。

附图2为本发明轴侧示意图。

附图3为本发明左视示意图。

附图4为本发明图3的A-A剖切结构示意图。

附图5为本发明第一实施例和第二实施例剖切结构示意图。

附图6为本发明第三实施例剖切结构示意图。

附图7为本发明图5的A部分放大结构示意图。

其中，1、试验箱，2、测试管，3、容纳水箱，4、补充水箱，5、排水管，6、升降支座，7、升降臂，8、升降螺杆，9、升降电机，10、伸缩杆，11、限位端块，12、连接臂，13、液位传感器，14、伸缩缸，15、撑杆，16、排水软管，17、排水吸盘，18、汲水泵，19、排水通道。

具体实施方式

如图1、4所示，一种介质透水系数试验装置，包括试验箱1、测试管2和水箱，所述测试管2的下部连接有固定组件，所述试验箱1的一侧连接有升降结构，所述升降结构用于驱动测试管2升降，所述水箱包括容纳水箱3和补充水箱4，容纳水箱3的上部连接有排水组件，所述排水组件的外端设置于测试管2内部。

试验箱1、测试管2均可为透明材质，方便对透水情况进行观察，升降结构用于驱动测试管2和排水组件升降，排水组件用于将测试管2内部的水排出，容纳水箱3用于容纳排水组件排出的水，容纳水箱3内部的水可排入补充水箱4中，补充水箱4中的水用于调节试验箱1内部水位。

补充水箱4的上部还应设有用于调节补充水箱4内部气压的气阀，方便补充水箱4内部补水和向外排水。

如图1、4所示，所述试验箱1的顶部开口，容纳水箱3位于试验箱1的上侧，所述容纳水箱3的底部设有排水管5，排水管5与试验箱1内部贯通；

水箱与所述升降结构分别设置于试验箱1相对的两侧外部。

测试管2可竖直向下进入到试验箱1内部，容纳水箱3的顶部为开口，容纳水箱3的顶部设有固定板，固定板用于固定排水组件。

如图1所示，所述升降机构包括升降支座6和升降臂7，升降臂7与升降支座6滑动连接；

如图4所示，所述升降支座6竖直设置，升降支座6的内部设有竖直的升降螺杆8，所述升降螺杆8的一端连接有升降电机9，升降臂7的一端与升降螺杆8螺纹连接，所述测试管2与升降臂7固连。

升降电机9能够驱动升降螺杆8转动，使升降臂7沿升降支座6的高度方向上下移动，通过升降臂7带动测试管2升降。

如图4所示，所述测试管2竖直设置，测试管2的两端均为开口，固定组件的数量不小于2，所述固定组件包括伸缩杆10，伸缩杆10的伸长端竖直向下设置，伸缩杆10的伸长端转动连接有连接臂12，所述连接臂12的下端设有限位端块11，所述限位端块11的宽度大于伸缩杆10的轴心与测试管2的外壁之间的距离。

当伸缩杆10伸长时，限位端块11与测试管2底部的距离增大，方便通过限位端块11对不同厚度的透水材料或多层透水材料进行固定。

如图4所示，所述测试管2的直径小于试验箱1的半径，所述测试管2的高度小于所述试验箱1的高度，所述试验箱1的内部设有液位传感器13。

液位传感器13用于检测试验箱1内部的水位，方便对试验箱1内部的水位进行高效、准确调节，提高透水试验的准确性。

如图4所示，所述升降臂7上固定有伸缩缸14，所述伸缩缸14的伸长端连接有横向设置的撑杆15，所述撑杆15水平设置于测试管2的上侧；

所述排水组件包括排水吸盘17和排水软管16，所述排水软管16的一端与所述容纳水箱3连接，所述排水软管16的另一端与所述排水吸盘17的顶部贯通，所述排水吸盘17设置于测试管2内部，所述排水软管16与所述撑杆15固连。

伸缩缸14用于调节排水吸盘17的距离，排水吸盘17可向下移动至与透水材料的上表面接近，排水吸盘17的设置可使测试管2内部保持几乎无水的状态，或使测试管2内部保持固定水位。

如图4、7所示，所述排水吸盘17的侧面与测试管2的内壁之间相邻设置，所述排水吸盘17的底部均匀密设有若干个吸水孔，吸水孔与所述排水软管16之间连接有排水通道19，排水软管16上连接有汲水泵18。

若干个吸水孔均匀分布于排水吸盘17的底面，方便对透水材料上表面的水进行均匀抽吸。

如图4所示，所述容纳水箱3设置于补充水箱4的上侧，所述容纳水箱3的底部与所述补充水箱4之间连接有第一电磁阀，排水管5上设有第二电磁阀。

本方案还包括控制器，控制器的位置由工作人员作业时根据实际情况进行设置，所述的控制器用于控制本方案内的所用的用电器件，包括但不限于传感器、电动机、伸缩杆、水泵、电磁阀、电热丝、热泵、显示屏、电脑输入设备、开关按钮、通信设备、灯、喇叭和麦克风；所述的控制器为英特尔处理器、AMD处理器、PLC控制器、ARM处理器或者单片机，与之配套使用的还包括主板、内存条、储存介质和供电电源，所述的供电电源为市电或锂电池；当具备显示屏时，还具备显示卡；关于控制器的运行原理，请参考《自动控制原理》、《微控制器原理及应用仿真案例》和《传感器原理与应用》，其他本领域书籍均可参考阅读；其他未提及的自动化控制和用电器件，均属于本领域技术人员所熟知的知识，在此不再赘述。

使用方法：

一种介质透水系试验装置，包括如下使用步骤：

S1.试样固定：将待测透水介质连接于测试管2的底部；

S2.设备注水：通过升降结构带动测试管2向下进入到试验箱1内部，向试验箱1内部注水至设定高度；

S3.测试：通过排水组件对测试管2内部的液位进行调节，使测试管2内部液面达到所需高度，对试验箱1内部液位进行调节，对透水材料的透水情况进行观察和计算即可。

该装置在具体使用时，向试验箱1和容纳水箱3内部充水；

伸缩杆10伸长，将连接臂12向外旋转，将待测透水材料贴合测试管2底部，使测试管2底部呈封闭状态，待测透水材料的面积大于测试管2的底面开口面积，转动连接臂12，使限位端块11位于待测透水材料的下侧，伸缩杆10收短，通过伸缩杆10和限位端块11对待测透水材料进行固定；

通过升降电机9运转，升降电机9通过升降臂7带动测试管2竖直向下移动，使测试管2完全进入到试验箱1内部；

根据需要测试的情形，调节试验箱1内部的液面和排水吸盘17的高度；

通过伸缩杆10伸长或收短，即可调节排水吸盘17的高度。

当需要测试①透水材料的一侧有液体，另一侧没有液体，且有液体的一侧始终保持一定的压力的情形时，使用图5所示的结构进行，使试验箱1内部保持恒定液面，汲水泵18运转，通过排水吸盘17对测试管2内部的渗透水进行抽吸，对该情形下透水材料的透水情况进行观察和计算即可；

通过液位传感器13对试验箱1内部水位进行检测，当试验箱1内部水减少时，补充水箱4内部的水经第二电磁阀排入试验箱1内部，使试验箱1内部液位保持不变；

汲水泵18将测试管2内部的水通过排水吸盘17和排水软管16排入到容纳水箱3中，容纳水箱3中的水可通过第一电磁阀排入补充水箱4中。

当需要测试②透水材料的一侧有液体，另一侧没有液体，有液体的一侧压力逐渐降低的情形时，使用图5所示状态进行，通过排水组件将测试管2内部的水向外排出，使测试管2内部呈几乎无水的状态，在渗透过程中，试验箱1内部的液位会逐渐降低，试验箱1内部的水经透水材料进入到测试管2内部，对透水材料的透水情况进行观察即可。

当需要对③透水材料的一侧有液体，另一侧也有液体，且两侧液体始终保持一定的压差的情形进行测试时，将装置调整至如图6所示状态，通过伸缩缸14伸长，使排水吸盘17升高至一定高度；

试验箱1内部的水经透水材料进入到测试管2内，当测试管2内液体到达排水吸盘17处时，汲水泵18运转，通过排水吸盘17将超过排水吸盘17的水经排水软管16向外排出，对试验箱1内的液位进行调节，使试验箱1内部液位保持不变或根据所需情况，对试验箱1内部进行调节即可。

试验箱1和测试管2上均可设置高度刻度，方便对渗透情况进行观察和计算。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书的一种介质透水系数试验装置且任何相应技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种介质透水系数试验装置，包括试验箱(1)、测试管(2)和水箱，其特征在于：所述测试管(2)的下部连接有固定组件，所述试验箱(1)的一侧连接有升降结构，所述升降结构用于驱动测试管(2)升降，所述水箱包括容纳水箱(3)和补充水箱(4)，容纳水箱(3)的上部连接有排水组件，所述排水组件的外端设置于测试管(2)内部；

所述试验箱(1)的顶部开口，容纳水箱(3)位于试验箱(1)的上侧，所述容纳水箱(3)的底部设有排水管(5)，排水管(5)与试验箱(1)内部贯通；

水箱与所述升降结构分别设置于试验箱(1)相对的两侧外部；

所述测试管(2)竖直设置，测试管(2)的两端均为开口，固定组件的数量不小于2，所述固定组件包括伸缩杆(10)，伸缩杆(10)的伸长端竖直向下设置，伸缩杆(10)的伸长端转动连接有连接臂(12)，所述连接臂(12)的下端设有限位端块(11)，所述限位端块(11)的宽度大于伸缩杆(10)的轴心与测试管(2)的外壁之间的距离；

包括如下使用步骤：

S1.试样固定：将待测透水介质连接于测试管(2)的底部；

S2.设备注水：通过升降结构带动测试管(2)向下进入到试验箱(1)内部，向试验箱(1)内部注水至设定高度；

S3.测试：通过排水组件对测试管(2)内部的液位进行调节，使测试管(2)内部液面达到所需高度，对试验箱(1)内部液位进行调节，对透水材料的透水情况进行观察和计算即可。

2.根据权利要求1所述的一种介质透水系数试验装置，其特征在于：所述升降结构包括升降支座(6)和升降臂(7)，升降臂(7)与升降支座(6)滑动连接；

所述升降支座(6)竖直设置，升降支座(6)的内部设有竖直的升降螺杆(8)，所述升降螺杆(8)的一端连接有升降电机(9)，升降臂(7)的一端与升降螺杆(8)螺纹连接，所述测试管(2)与升降臂(7)固连。

3.根据权利要求1所述的一种介质透水系数试验装置，其特征在于：所述测试管(2)的直径小于试验箱(1)的半径，所述测试管(2)的高度小于所述试验箱(1)的高度，所述试验箱(1)的内部设有液位传感器(13)。

4.根据权利要求2所述的一种介质透水系数试验装置，其特征在于：所述升降臂(7)上固定有伸缩缸(14)，所述伸缩缸(14)的伸长端连接有横向设置的撑杆(15)，所述撑杆(15)水平设置于测试管(2)的上侧；

所述排水组件包括排水吸盘(17)和排水软管(16)，所述排水软管(16)的一端与所述容纳水箱(3)连接，所述排水软管(16)的另一端与所述排水吸盘(17)的顶部贯通，所述排水吸盘(17)设置于测试管(2)内部，所述排水软管(16)与所述撑杆(15)固连。

5.根据权利要求4所述的一种介质透水系数试验装置，其特征在于：所述排水吸盘(17)的侧面与测试管(2)的内壁之间相邻设置，所述排水吸盘(17)的底部均匀密设有若干个吸水孔，吸水孔与所述排水软管(16)之间连接有排水通道(19)，排水软管(16)上连接有汲水泵(18)。

6.根据权利要求1所述的一种介质透水系数试验装置，其特征在于：所述容纳水箱(3)设置于补充水箱(4)的上侧，所述容纳水箱(3)的底部与所述补充水箱(4)之间连接有第一电磁阀，排水管(5)上设有第二电磁阀。