CN209606283U - 一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于土木工程用数据测量设备领域，是用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，包括双环模块、支撑模块、注水模块、排水模块、液位监测模块、声光指示器、蓄水装置、数据处理及记录装置、元件控制装置、电源装置；支撑模块支撑注水、排水模块的管件，注水、排水模块给双环模块注水、排水，液位监测模块监测内环、外环液位；元件控制装置、流量计与数据处理及记录装置之间电连接，液位传感器与元件控制装置之间信号连接，元件控制装置控制阀门、水泵开闭、指示器开启。该装置组装、拆解方便，自动化程度高，测试结果精确，节省了人力，避免了人工操作引起的的试验误差，可以很好的服务于实际工程。

Description

一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置

技术领域

本实用新型属于土木工程用数据测量设备领域，涉及土层渗透系数的试验装置。

背景技术

渗透系数也称为水力传导系数，它表征水通过土体孔隙的难易程度，在实际工程中，土层的变形特征、力学性质等诸多工程问题与渗透系数息息相关，因此，准确量测土层的渗透系数具有非常重要的意义。渗透系数的测定分为“实验室测定”和“野外现场测定”两种，然而“实验室测定”对土层的扰动较大，将该法测定的渗透系数应用于工程现场偏于危险；“野外现场测定”法包括“试坑法”、“单环法”和“双环法”，其中“双环法”的内环中的水只发生竖向的渗流而排除了侧向渗流对试验的影响，因此“双环法”量测渗透系数的精度高。

在实际现场应用过程中，双环法试验的操作通常有以下两种。第一种方法是人工注水以维持双环内的水头高度，同时计算土层的平均渗透速率以判断试验是否达到渗流平衡，该方法存在人为误差，水头控制精度小，费力费时，测试结果不精确；第二种方法是使用马利奥特瓶进行注水，该法原则上可以将双环内的水头控制在较为精确的高度，但是该法对容器的密闭性要求极高，马利奥特瓶的容积有限，在试验过程中不可以对其进行加水，现阶段鲜有应用马利奥特瓶操作成功的实例。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，包括双环模块，双环模块有内环和外环，还包括支撑模块、注水模块、排水模块、液位监测模块、声光指示器、蓄水装置、数据处理及记录装置、元件控制装置、电源装置；

所述支撑模块包括支撑杆、元件搭接杆、三向连接器、T型连接器，支撑杆通过三向连接器组装成框架，平向的支撑杆之间通过T型连接器连接元件搭接杆；

所述注水模块包括吸水泵、注水管、1号阀门、2号阀门和流量计（带有流量信号采集、传输功能），吸水泵置于蓄水装置内部，注水管一端连接吸水泵出水口，注水管另一端分成两路，一路是外环入水管，外环入水管安装1号阀门，一路是内环入水管，内环入水管安装2号阀门和流量计；外环入水管、内环入水管的末端出水口分别伸入外环、内环内部，外环入水管、内环入水管末端出水口离地面6-10cm；外环入水管、内环入水管安放于元件搭接杆；

所述排水模块包括排水泵、排水管、3号阀门、4号阀门，排水泵置于蓄水装置内部，排水管一端连接排水泵入水口，排水管另一端分成两路，一路是内环排水管，内环排水管上设有3号阀门，一路是外环排水管，外环排水管上设有4号阀门；内环排水管、外环排水管末端管口贴近内环、外环内部的地面；内环排水管、外环排水管安放于元件搭接杆；

所述液位监测模块包括传感器固定杆、内环液位传感器、外环液位传感器，内环液位传感器和外环液位传感器连接在传感器固定杆下端；内环液位传感器和外环液位传感器用来监测内环液位和外环液位；

电源装置为用电部件（吸水泵、排水泵、数据处理及记录装置、元件控制装置、1号阀门、2号阀门、3号阀门、4号阀门）提供电能；流量计与数据处理及记录装置之间由数据线连接，数据处理及记录装置与元件控制装置间由信号线连接，内环液位传感器、外环液位传感器与元件控制装置之间由信号线连接，元件控制装置通过控制线控制1号阀门、2号阀门、3号阀门、4号阀门、吸水泵、排水泵的开闭，元件控制装置控制声光指示器开启。

所述三向连接器与支撑杆是螺栓连接，T型连接器与支撑杆、元件搭接杆是插接。

所述元件搭接杆设有管件穿孔，外环入水管、内环入水管、内环排水管、外环排水管、传感器固定杆通过穿过管件穿孔加以稳固。

所述支撑模块是铁磁性材料，声光指示器底部有磁性底座，吸附于支撑模块上。

优选的，外环入水管、内环入水管末端出水口离地面8cm。

优选的，所述蓄水装置为方形箱体结构，由四个侧板、一个底板组成，相邻板间通过带有密封胶层的插槽、插条插接密封。

本实用新型的有益效果：（1）本实用新型蓄水装置容量大，无需人工花费大量的时间反复注水；

（2）本实用新型采用电子元件代替人工工作，可进行自动计算、保存数据，节省了人力，避免了人工进行试验引起的试验误差；

（3）本实用新型内外环之间的液位传感器，可以时时监测内外环水头的变化，当水头低于某一界限时，会发送指令给元件控制装置，使得阀门自动打开，当水头达到预设高度，阀门自动关闭，确保了内外环水头的稳定；

（4）本实用新型较传统试验方法，大大减少了人力，操作方便，测定的试验结果更加精确，可更好地服务于实际工程；

（5）本实用新型结构简单，组装、拆解、运输方便、可应用于各类土层、可重复利用，便于野外携带及存放，可以广泛地应用及推广。

附图说明

图1是本实用新型用于测定土层渗透系数的自动化试验装置的西南等轴测图；

图2是本实用新型用于测定土层渗透系数的自动化试验装置的东南等轴测图；

图3是本实用新型用于测定土层渗透系数的自动化试验装置的俯视图；

图4是本实用新型中用于测定土层渗透系数的自动化试验装置支撑模块的的西南等轴测图

图5是本实用新型中用于测定土层渗透系数的自动化试验装置注水模块的西南等轴测图；

图6是本实用新型中用于测定土层渗透系数的自动化试验装置排水模块的西南等轴测图；

图7是本实用新型中用于测定土层渗透系数的自动化试验装置液位传感器的西南等轴测图；

图8是电气件的连接关系图；

图标：1—外环入水管；2—内环；3—外环；4—内环入水管；5—支撑杆；6—元件搭接杆；7—三向连接器；8—T型连接器；9—内环排水管；10—吸水泵；11—注水管；12—1号阀门；13—2号阀门；14—流量计；15—外环排水管；16—排水泵；17—排水管；18—3号阀门；19—4号阀门；20—传感器固定杆；21—内环液位传感器；22—外环液位传感器；23—声光指示器；24—蓄水装置；25—数据处理及记录装置；26—元件控制装置；27—电源装置；28—设备安置架。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点及技术方案更加清晰明了，下面将结合附图，对本实用新型进行详细的描述。

下面的描述是便于充分理解本实用新型，但是，所描述的仅仅是本实用新型的一部分实施列，本实用新型也可通过其他不同的描述来实施。因此，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所做的其他实施列，均在本使用新型保护的范围之内。

一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，包括双环模块，双环模块有内环2和外环3，还包括支撑模块、注水模块、排水模块、液位监测模块、声光指示器23、蓄水装置24、数据处理及记录装置25、元件控制装置26、电源装置27；数据处理及记录装置25、元件控制装置26、电源装置27放置在设备安置架28。

支撑模块包括支撑杆5、元件搭接杆6、三向连接器7、T型连接器8，支撑杆5通过三向连接器7组装成“四方桌”形框架，平向的支撑杆5之间通过T型连接器8连接元件搭接杆6；三向连接器7与支撑杆5是螺栓连接，T型连接器8内部有插孔，支撑杆5、元件搭接杆6贯穿插孔或插入插孔插接。

注水模块包括吸水泵10、注水管11、1号阀门12、2号阀门13和流量计14（流量计带有流量信号采集、传输功能，量测注入内环的水量），吸水泵10置于蓄水装置24内部，注水管11一端连接吸水泵10出水口，注水管11另一端分成两路，一路是外环入水管1，外环入水管1安装1号阀门12，一路是内环入水管4，内环入水管4安装2号阀门13和流量计14；外环入水管1、内环入水管4的末端出水口分别伸入外环3、内环2内部，外环入水管1、内环入水管4末端出水口离地面8cm；外环入水管1、内环入水管4安放于元件搭接杆6。

排水模块包括排水泵16、排水管17、3号阀门18、4号阀门19，排水泵16置于蓄水装置24内部，排水管17一端连接排水泵16入水口，排水管17另一端分成两路，一路是内环排水管9，内环排水管9上设有3号阀门18，一路是外环排水管15，外环排水管15上设有4号阀门19；内环排水管9、外环排水管15末端管口贴近内环、外环内部的地面（要把水排尽，也要注意不要与地面接触，以免湿泥堵塞）；内环排水管9、外环排水管15安放于元件搭接杆6。

液位监测模块包括传感器固定杆20、内环液位传感器21、外环液位传感器22，内环液位传感器21和外环液位传感器22连接在传感器固定杆20下端；内环液位传感器21和外环液位传感器22用来监测内环液位和外环液位。

电源装置27为用电部件（吸水泵10、排水泵16、数据处理及记录装置25、元件控制装置26、1号阀门12、2号阀门13、3号阀门18、4号阀门19、声光指示器23）提供电能。流量计14与数据处理及记录装置25之间由数据线连接，数据处理及记录装置25与元件控制装置26间由信号线连接，内环液位传感器21、外环液位传感器22与元件控制装置26之间由信号线连接，元件控制装置26通过控制线控制1号阀门12、2号阀门13、3号阀门18、4号阀门19、吸水泵10、排水泵16的开闭，元件控制装置26控制声光指示器23开启。

1号阀门12、2号阀门13、3号阀门18、4号阀门19都是电控阀门，元件控制装置26接收内环液位传感器21、外环液位传感器22发送的液位信息并控制1号阀门12、2号阀门13、3号阀门18和4号阀门19的开闭，控制吸水泵10和排水泵16工作、停止。数据处理及记录装置25对流量计14的数据进行分析及处理，并对试验数据进行自动保存，在渗透平衡时，给所述元件控制装置26发送指令，此时元件控制装置26控制阀门和泵开或关。

为了更方便、稳固的安装，元件搭接杆6设有管件穿孔，外环入水管1、内环入水管4、内环排水管9、外环排水管15、传感器固定杆20通过穿过管件穿孔加以稳固。优选地，内环液位传感器21、外环液位传感器22为超声波液位传感器，属于非接触式传感器。

声光指示器23可以放置在各处，一种优选方式是，当支撑模块是铁磁性材料（角铁或方管）时，声光指示器23底部有磁性底座，吸附于支撑模块上。元件控制装置26接收数据处理及记录装置25发送的控制信息来控制声光指示器23工作。

为了方便转移，蓄水装置24为方形箱体结构，由四个侧板、一个底板组成，相邻板间通过带有密封胶层的插槽、插条插接密封，还可以用套箍套住侧板对四个侧板进一步的紧固。转移时，拆开，把板摞起来，占用空间少，也不会造成磕碰损坏。

流量计数据记录、液位监测，阀和水泵根据流量信号、液位信号控制开闭，声光指示器根据设定条件启动等运行动作所需要的程序均可从已有程序中选择、组合使用。

本实用新型工作步骤如下：

（1）参照《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）去除表层风化土层；

（2）按照附图安置好试验仪器后，往蓄水装置中加水；

（3）在内环2和外环3底部铺2~3cm厚的粒径5~10mm的砾石；

（4）对内环2和双环3进行首次注水，使内环2和外环3内的水头高度均达到10cm；

（5）启动试验装置，试验装置中元件控制装置26、电源装置27、数据记录装置25、内环液位传感器21、外环液位传感器22、1号阀门12、2号阀门13、3号阀门18和4号阀门14开始工作；

（6）注入的水会因重力和土层的吸力而向下渗流，从而导致内环2和外环3水头降低，期间内环液位传感器21和外环液位传感器22自动监测水头的变化，并实时将水头变化发送于元件控制装置26，当水头降低到设定低水位，如8.5cm时，元件控制装置26控制吸水泵10、1号阀门12和2号阀门13打开，对内环2和外环2进行注水，当水头再次达到10cm时，元件控制装置26控制吸水泵10、1号阀门12和2号阀门关闭。

（7）流量计14在试验始末一直监测注入内环中的水量，注水信息可由数据处理及记录装置25接收到。

（8）当渗流平衡时，数据处理及记录装置25所测得的平均渗透速率为一定值，此时实验结束，数据处理及记录装置25将指令发送到元件控制装置26，元件控制装置26控制排水泵16、3号阀门18和4号阀门4打开；若内环2中的水先排完时，3号阀门18关闭，保留4号阀门19打开，若外环3水先排完，4号阀门19关闭，保留3号阀门18打开，当内环2和外环3中的水均排完，3号阀门18与4号阀门19均闭合。

（9）渗流平衡时，元件控制转置26在控制3号阀门18和4号阀门19工作的同时给声光指示器23发送指令，声光指示器23开始工作，发出提示声音和闪光，试验人员在第一时间知晓试验结束，第一时间对土层进行开挖，得到最为精确的数据。

需要说明的是，以上描述仅用于描述本实用新型的技术方案而不是限制，本领域的普通技术人员应当理解，本实用新型可以有多种更改或者变化。凡在本实用新型的原则和精神之内所做的修改和等同替换等，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，包括双环模块，双环模块有内环（2）和外环（3），其特征在于：还包括支撑模块、注水模块、排水模块、液位监测模块、声光指示器（23）、蓄水装置（24）、数据处理及记录装置（25）、元件控制装置（26）、电源装置（27）；

所述支撑模块包括支撑杆（5）、元件搭接杆（6）、三向连接器（7）、T型连接器（8），支撑杆（5）通过三向连接器（7）组装成框架，平向的支撑杆（5）之间通过T型连接器（8）连接元件搭接杆（6）；

所述注水模块包括吸水泵（10）、注水管（11）、1号阀门（12）、2号阀门（13）和流量计（14），吸水泵（10）置于蓄水装置（24）内部，注水管（11）一端连接吸水泵（10）出水口，注水管（11）另一端分成两路，一路是外环入水管（1），外环入水管（1）安装1号阀门（12），一路是内环入水管（4），内环入水管（4）安装2号阀门（13）和流量计（14）；外环入水管（1）、内环入水管（4）的末端出水口分别伸入外环（3）、内环（2）内部，外环入水管（1）、内环入水管（4）末端出水口离地面6-10cm；外环入水管（1）、内环入水管（4）安放于元件搭接杆（6）；

所述排水模块包括排水泵（16）、排水管（17）、3号阀门（18）、4号阀门（19），排水泵（16）置于蓄水装置（24）内部，排水管（17）一端连接排水泵（16）入水口，排水管（17）另一端分成两路，一路是内环排水管（9），内环排水管（9）上设有3号阀门（18），一路是外环排水管（15），外环排水管（15）上设有4号阀门（19）；内环排水管（9）、外环排水管（15）末端管口贴近内环、外环内部的地面；内环排水管（9）、外环排水管（15）安放于元件搭接杆（6）；

所述液位监测模块包括传感器固定杆（20）、内环液位传感器（21）、外环液位传感器（22），内环液位传感器（21）和外环液位传感器（22）连接在传感器固定杆（20）下端；内环液位传感器（21）和外环液位传感器（22）用来监测内环液位和外环液位；

电源装置（27）为用电部件提供电能；流量计（14）与数据处理及记录装置（25）之间由数据线连接，数据处理及记录装置（25）与元件控制装置（26）间由信号线连接，内环液位传感器（21）、外环液位传感器（22）与元件控制装置（26）之间由信号线连接，元件控制装置（26）通过控制线控制1号阀门（12）、2号阀门（13）、3号阀门（18）、4号阀门（19）、吸水泵（10）、排水泵（16）的开闭，元件控制装置（26）连接控制声光指示器（23）。

2.根据权利要求1所述的一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，其特征在于：所述三向连接器（7）与支撑杆（5）是螺栓连接，T型连接器（8）与支撑杆（5）、元件搭接杆（6）是插接。

3.根据权利要求1所述的一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，其特征在于：所述元件搭接杆（6）设有管件穿孔，外环入水管（1）、内环入水管（4）、内环排水管（9）、外环排水管（15）、传感器固定杆（20）通过穿过管件穿孔加以稳固。

4.根据权利要求1所述的一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，其特征在于：所述支撑模块是铁磁性材料，声光指示器（23）底部有磁性底座，吸附于支撑模块上。

5.根据权利要求1所述的一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，其特征在于：外环入水管（1）、内环入水管（4）末端出水口离地面8cm。

6.根据权利要求1所述的一种用于测定土层渗透系数的自动化试验装置，其特征在于：所述蓄水装置（24）为方形箱体结构，由四个侧板、一个底板组成，相邻板间通过带有密封胶层的插槽、插条插接密封。