CN205138970U - 一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，该装置包括试样筒体、量测系统、集水系统和供水系统，量测系统的土壤水分传感器和土壤张力传感器测试端埋设于试样筒内部，另一端与数据采集装置连接；试样筒体内设有上过滤层和下过滤层，在试样筒体上开有两个开口，用于设置土壤水分传感器和土壤张力传感器；供水系统包括供水桶、潜水泵、进水管和溢流管；集水系统包括排水管、蓄水瓶和天平。通过采用上述装置结构，将供水系统设计成一种恒定水头的方法，从而到达控制恒定水头压力的目的，为试验提供稳定的边界条件。
Description
技术领域
本实用新型涉及非饱和土渗透系数实验测定领域，特别是一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置。
背景技术
非饱和渗透系数与土体含水量之间的函数关系称为渗透性函数。地球表面覆盖着的土体大部分处于非饱和状态，随着饱和度的减小，土的非饱和渗透系数减小的幅度可以产生几个甚至更多数量级的变化。因此，如何确定土的非饱和渗透系数，则成为常见的边坡工程、基础工程、大坝等岩土工程以及污染物迁移等非饱和渗流分析中的一个关键问题。
目前，土的非饱和渗透性函数的获取主要通过经验公式(间接方法)和渗透试验(直接方法)确定。由于非饱和土渗透性试验对于试验仪器、试验过程及试验周期都要求很高，实际应用中几乎都采用非饱和土的土水特征曲线进行预测，这种半经验的确定方法并不具有普适性，常常出现这种半经验的非饱和土渗透性函数被大量滥用，而导致计算分析结果与实际工程相差甚远。因此，非饱和土的渗透性函数最好通过试验测出。
常用的试验方法分为稳态试验方法(即流速不随时间变化)和非稳态试验方法(即流速随时间变化)。由于非饱和土在高基质吸力作用下的低渗透性，使得稳态试验方法极其耗时，因此非稳态试验方法更受青睐，其中最常用的为瞬态剖面法，在试验中量测非稳态水流中土样的张力及体积含水量分布及其随时间的变化，试验过程中水力梯度和流速都随时间变化，然后利用体积含水量计算流速，由流速和水力梯度之比给出渗透系数。瞬态剖面法试验过程十分复杂，要控制流量边界条件，要防止试样的任何部位有明显的浸润面或饱和，时间周期也较长。相对于流量边界条件，水头边界条件要容易控制和稳定得多，因此研发一种通过控制水头边界条件、能快速进行非饱和土渗透性试验并能获得非饱和土渗透性函数的装置，对于将非饱和土理论应用于实际工程意义重大。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，通过定水头一维垂直非饱和入渗试验测得试样中Δz处的体积含水量θt及张力ht随时间变化的一系列数据，将实验数据代入相应的渗透系数表达式，联合二种表达式的计算结果可快速精确地获得非饱和土的渗透性函数。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，该装置包括试样筒体、量测系统、集水系统和供水系统，其特征是：
量测系统包括用于量测体积含水量θt的土壤水分传感器和用于测量张力ht的土壤张力传感器，以及用于数据采集的数据采集装置，土壤水分传感器和土壤张力传感器测试端埋设于试样筒体内部Δz处，另一端与数据采集装置连接；
试样筒体内设有上过滤层和下过滤层，上过滤层由上至下分别为上过滤板、上钢丝网、上滤纸，下过滤层由上至下分别为下滤纸、下钢丝网、下过滤板，上过滤层和下过滤层之间的空间内用于填充土样，在试样筒体上反滤层下方一段距离上开有两个开口，用于设置土壤水分传感器和土壤张力传感器；
供水系统包括供水桶、潜水泵、进水管和溢流管，潜水泵放置在供水桶内，潜水泵通过进水管与试样筒体连接，进水管一端与潜水泵连接，另一端位于试样筒体内壁的上过滤层上方，溢流管一端与试样筒体连接，连接位置位于进水管与试样筒体连接位置的下方，溢流管另一端位于供水桶内；
集水系统包括排水管、蓄水瓶和天平，天平放置在集水系统底座上，蓄水瓶放置在天平上，蓄水瓶用于收集试验流出的积水，排水管一端置于试样筒体内下过滤层的下方，另一端伸入蓄水瓶内。
优选的方案中，所述的溢流管与试样筒体的连接位置位于上过滤层上方5cm处，用于提供5cm的定水头边界条件。
优选的方案中，所述的试样筒体下方设有试验柜台，试样筒体放置在试验柜台上方，集水系统放置在试验柜台下面。
优选的方案中，所述的蓄水瓶上设有蓄水瓶盖，排水管穿过蓄水瓶盖伸入蓄水瓶中，蓄水瓶盖与蓄水瓶、排水管紧密贴合保证蓄水瓶的密封。
优选的方案中，所述的试样筒体上方设有顶盖，顶盖能够开启或关闭。
优选的方案中，所述的进水管位于试样筒体内上过滤层的上方的端头上设有水喷头。
本实用新型提供的一种用于快速确定非饱和土渗透系数的装置，通过采用上述装置结构，具有以下有益效果：将供水系统设计成一种恒定水头的方法，利用潜水泵将不锈钢圆桶中的无气水通过进水管末端的喷头，均匀喷到过滤板上面，通过过滤板将水均匀分布渗入圆形土体中，随着水位的升高，当水位达到溢水口高度时，多余的水将从出水口溢出，从而到达控制恒定水头压力的目的，为试验提供稳定的边界条件。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型的装置整体结构示意图。
图2为本实用新型的简化入渗模型示意图。
图中：顶盖1，水喷头2，进水管3，试样筒体4，水5，上过滤板6，上钢丝网7，上滤纸8，土壤水分传感器9，土壤张力传感器10，土样11，下滤纸12，下钢丝网13，下过滤板14，开口15，排水管16，蓄水瓶盖17，蓄水瓶18，积水19，天平20，试验台21，集水系统底座22，溢流管23，供水桶24，潜水泵25，数据采集装置27。
具体实施方式
一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，该装置包括试样筒体、量测系统、集水系统和供水系统，量测系统包括用于量测体积含水量θt的土壤水分传感器9和用于测量张力ht的土壤张力传感器10，以及用于数据采集的数据采集装置27，土壤水分传感器9和土壤张力传感器10测试端埋设于试样筒体内部Δz处，另一端与数据采集装置27连接；
试样筒体4内设有上过滤层和下过滤层，上过滤层由上至下分别为上过滤板6、上钢丝网7、上滤纸8，下过滤层由上至下分别为下滤纸12、下钢丝网13、下过滤板14，上过滤层和下过滤层之间的空间内用于填充土样11，在试样筒体4上反滤层下方一段距离上开有两个开口15，用于设置土壤水分传感器9和土壤张力传感器10；
供水系统包括供水桶24、潜水泵25、进水管3和溢流管23，潜水泵25放置在供水桶24内，潜水泵25通过进水管3与试样筒体4连接，进水管3一端与潜水泵25连接，另一端位于试样筒体4内壁的上过滤层上方，溢流管23一端与试样筒体4连接，连接位置位于进水管3与试样筒体4连接位置的下方，溢流管23另一端位于供水桶24内；
集水系统包括排水管16、蓄水瓶18和天平20，天平20放置在集水系统底座22上，蓄水瓶18放置在天平20上，蓄水瓶18用于收集试验流出的积水19，排水管16一端置于试样筒体4内下过滤层的下方，另一端伸入蓄水瓶18内。
优选的方案中，所述的溢流管23与试样筒体4的连接位置位于上过滤层上方5cm的试样筒体4位置。采用上述结构，使本新型能够提供5cm的恒定水头压力。
优选的方案中，所述的集水系统底座22上设有试验台21，试样筒体4放置在试验台21上，集水系统设置在试验台21下方。
优选的方案中，所述的蓄水瓶18上设有蓄水瓶盖17，排水管16穿过蓄水瓶盖17伸入蓄水瓶18中，蓄水瓶盖17与蓄水瓶18、排水管16紧密贴合保证蓄水瓶18的密封。
优选的方案中，所述的试样筒体4上方设有顶盖1，顶盖1能够开启或关闭。通过顶盖1进行筒体内的土样放置工作。
优选的方案中，所述的进水管3位于试样筒体4内上过滤层的上方的端头上设有水喷头2。采用水喷头，能够使水流更均匀的喷洒在上过滤层上面，避免土样中渗水不均匀。
采用上述结构，供水系统设计成一种恒定水头的方法，利用潜水泵将不锈钢圆桶中的无气水通过进水管末端的喷头，均匀喷到过滤板上面，通过过滤板将水均匀分布渗入圆形土体中，随着水位的升高，当水位达到溢水口高度时，多余的水将从出水口溢出，从而到达控制恒定水头压力的目的，为试验提供稳定的边界条件。
Claims (6)
1.一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，该装置包括试样筒体、量测系统、集水系统和供水系统，其特征是：量测系统包括用于量测体积含水量θt的土壤水分传感器(9)和用于测量张力ht的土壤张力传感器(10)，以及用于数据采集的数据采集装置(27)，土壤水分传感器(9)和土壤张力传感器(10)测试端埋设于试样筒体内部Δz处，另一端与数据采集装置(27)连接；
试样筒体(4)内设有上过滤层和下过滤层，上过滤层由上至下分别为上过滤板(6)、上钢丝网(7)、上滤纸(8)，下过滤层由上至下分别为下滤纸(12)、下钢丝网(13)、下过滤板(14)，上过滤层和下过滤层之间的空间内用于填充土样(11)，在试样筒体(4)上反滤层下方一段距离上开有两个开口(15)，用于设置土壤水分传感器(9)和土壤张力传感器(10)；
供水系统包括供水桶(24)、潜水泵(25)、进水管(3)和溢流管(23)，潜水泵(25)放置在供水桶(24)内，潜水泵(25)通过进水管(3)与试样筒体(4)连接，进水管(3)一端与潜水泵(25)连接，另一端位于试样筒体(4)内壁的上过滤层上方，溢流管(23)一端与试样筒体(4)连接，连接位置位于进水管(3)与试样筒体(4)连接位置的下方，溢流管(23)另一端位于供水桶(24)内；
集水系统包括排水管(16)、蓄水瓶(18)和天平(20)，天平(20)放置在集水系统底座(22)上，蓄水瓶(18)放置在天平(20)上，蓄水瓶(18)用于收集试验流出的积水(19)，排水管(16)一端置于试样筒体(4)内下过滤层的下方，另一端伸入蓄水瓶(18)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，其特征是：所述的溢流管(23)与试样筒体(4)的连接位置位于上过滤层上方5cm的试样筒体(4)位置。
3.根据权利要求1所述的一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，其特征是：所述的集水系统底座(22)上设有试验台(21)，试样筒体(4)放置在试验台(21)上，集水系统设置在试验台(21)下方。
4.根据权利要求1所述的一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，其特征是：所述的蓄水瓶(18)上设有蓄水瓶盖(17)，排水管(16)穿过蓄水瓶盖(17)伸入蓄水瓶(18)中，蓄水瓶盖(17)与蓄水瓶(18)、排水管(16)紧密贴合保证蓄水瓶(18)的密封。
5.根据权利要求1所述的一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，其特征是：所述的试样筒体(4)上方设有顶盖(1)，顶盖(1)能够开启或关闭。
6.根据权利要求1所述的一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的装置，其特征是：所述的进水管(3)位于试样筒体(4)内上过滤层的上方的端头上设有水喷头(2)。
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| CN105259088A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-01-20 | 三峡大学 | 一种用于快速确定非饱和土渗透性函数的方法及装置 |
| CN106404593A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-02-15 | 珠江水利委员会珠江水利科学研究院 | 一种植物叶片尺度蒸腾量测定装置及其测定方法 |
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