CN210376066U

CN210376066U - 河床渗透系数测试装置

Info

Publication number: CN210376066U
Application number: CN201920758652.XU
Authority: CN
Inventors: 蔡子昭; 徐流洋
Original assignee: Institute of Hydrogeology and Environmental Geology CAGS
Current assignee: Institute of Hydrogeology and Environmental Geology CAGS
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2029-05-24

Abstract

本实用新型涉及水利工程技术领域，公开了一种河床渗透系数测试装置，包括取样单元和渗漏单元，所述取样单元包括取样管和活塞组件，取样管的底端为开口状以供河床土样进入取样管中，活塞组件可拆卸地密封插设于取样管内并能够相对于取样管沿取样管的轴向往复移动，所述取样单元还包括可拆卸地盖设于取样管底端的底端盖，底端盖设置为允许水通过而阻止河床土样通过；所述渗漏单元包括渗水桶，渗水桶设置为能够供所述取样单元垂直插入以进行渗透试验。本实用新型通过取样单元能够方便快速地采集河床原状土样，大大提高取样效率，通过渗漏单元进行渗透试验不仅能够排除河水水流的干扰，还增加了试验的灵活性与可操作性，提高了试验效率。

Description

河床渗透系数测试装置

技术领域

本实用新型涉及水利工程技术领域，具体地涉及一种河床渗透系数测试装置。

背景技术

野外获取河床渗透系数的方法主要有微水试验法、抽水试验法、渗水仪法和水头下降竖管试验法等。相较其他方法，竖管法用材较少、成本较低、操作简单，因此被广泛用于野外河床渗透系数的测定中。传统的竖管法是将一定长度、直径的单管(钢管、有机玻璃管等)打入河床以下若干深度，通过向管中注水，测定管中水的下降速率以计算河床的渗透系数。

虽然目前竖管法已经成为了一种较为成熟的原位测试河床垂向渗透系数的方法，但仍存在以下缺陷：(1)竖管法要求所测沉积物介质必须是饱和的，但由于河床结构的复杂性，原位测试时很难判断试验点位的沉积物介质是否饱和；(2)河水的水流状态可能会对竖管中水的下渗速率产生一定的影响。

此外，由于渗透系数的大小与沉积物介质的性质有关，有时候还需要采集一定的土样进行室内分析。但是现有的测量河床渗透系数的仪器，例如竖管或改进的多孔介质垂向渗透系数测量仪，均不能简便地取样，一般需要在下渗试验结束后，通过开挖周围土层至管底密封取出竖管的方式采集土样。这种方式不仅费时费力，而且对于有水河段，并不适宜用此种方式采样。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种河床渗透系数测试装置，以解决现有河床渗透系数测试中存在的取样难、取样效率低、试验过程中容易受到野外环境的干扰等问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种河床渗透系数测试装置，所述测试装置包括：

取样单元，所述取样单元包括取样管和活塞组件，所述取样管的底端为开口状以供河床土样进入所述取样管中，所述活塞组件可拆卸地密封插设于所述取样管内并能够相对于所述取样管沿所述取样管的轴向往复移动，所述取样单元还包括可拆卸地盖设于所述取样管底端的底端盖，所述底端盖设置为允许水通过而阻止河床土样通过；和

渗漏单元，所述渗漏单元包括渗水桶，所述渗水桶设置为能够供所述取样单元垂直插入以进行渗透试验。

可选地，所述活塞组件包括活塞杆和连接于所述活塞杆的底端的活塞，所述活塞与所述取样管的内壁密封接触；和/或

所述底端盖的至少与所述取样管的底端开口相对的部分为不锈钢丝网或透水无纺布。

可选地，所述活塞包括活塞本体和密封圈，所述活塞本体的外周面上设置有沿所述活塞本体的周向延伸的环形凹槽，所述密封圈嵌设于所述环形凹槽内；和/或

所述活塞杆的顶端连接有手柄。

可选地，所述取样管的顶端为开口状，所述取样单元包括可拆卸地盖设于所述取样管顶端的顶端盖，所述顶端盖上开设有供所述活塞杆穿过的通孔；和/或。

所述活塞杆上设置有沿所述活塞杆的轴向的第一刻度线。

可选地，所述活塞组件包括设置于所述活塞杆上的用于标记所述第一刻度线的标记结构，所述标记结构设置为能够可锁止地沿所述活塞杆的轴向移动。

可选地，所述标记结构包括定位件和锁定件，所述定位件套设在所述活塞杆上并具有抱紧所述活塞杆以锁止于所述活塞杆的锁定状态和松开所述活塞杆以便于移动的解锁状态，所述锁定件设置为与所述定位件配合以通过所述锁定件的促动来锁定或解锁所述定位件。

可选地，所述渗漏单元包括安装于所述渗水桶上的用于将所述取样管固定于所述渗水桶的固定件；和/或

所述取样管上设置有沿所述取样管的轴向的第二刻度线。

可选地，所述固定件为盖设于所述渗水桶顶端的固定盖，所述固定盖上设置有用于向所述渗水桶内注水的注水口以及供所述取样管垂直伸入所述渗水桶内的环套，所述环套具有抱紧所述取样管以固定所述取样管的固定状态和松开所述取样管以便于所述取样管伸入和拔出的松开状态。

可选地，所述取样管为不锈钢管，和/或所述取样管的外壁上连接有把手。

可选地，所述测试装置包括水位检测仪，所述水位检测仪用于检测所述取样管内的水位；和/或

所述测试装置包括气压检测仪，所述气压检测仪用于检测所述取样管周围的大气压。

通过上述技术方案，本实用新型的河床渗透系数测试装置在测试过程中，当将取样管插入河床后，活塞组件会被河床沉积物顶起而缓慢向上滑动，由于活塞组件与取样管密封配合，使得活塞组件以下部分与空气隔绝而基本处于真空负压状态，在拔出取样管时，进入取样管内的河床沉积物会在真空负压作用下随取样管一起被带出；本实用新型的取样单元通过利用真空负压的原理，使得取样更简便，效率更高，不仅可以适用于无水河段，对于有水河段也能方便地采集河床土样，适用性很强。另外，本实用新型通过设置渗漏单元，能够对取样单元采集的河床土样做渗透系数试验，使试验不仅能在野外进行，也可以带回室内进行，从而增加了试验的灵活性及可操作性，提高了试验效率。同时，渗漏单元利用渗水桶可以确保河床土样处于饱水状态，排除了野外环境对试验的干扰。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型中河床渗透系数测试装置的一种实施方式的结构示意图；

图2是图1中河床渗透系数测试装置的俯视图；

图3是图1中底端盖的剖视图；

图4是图3中底端盖的完整仰视图；

图5是图1中顶端盖的剖视图；

图6是图5中顶端盖的完整俯视图；

图7是本实用新型中定位件的一种实施方式的俯视图；

图8是图7的主视图；

图9是本实用新型中锁定件的一种实施方式的结构示意图；

图10是图1中活塞的结构示意图。

附图标记说明

1-取样管，11-把手，2-顶端盖，21-通孔，3-底端盖，4-活塞，41-活塞本体，42-密封圈，5-活塞杆，51-手柄，6-定位件，61-螺纹孔，7-锁定件，71-螺纹部，8-渗水桶，9-固定盖，91-环套，92-注水口，93-螺钉。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是指参照附图1所示的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。

本实用新型提供一种河床渗透系数测试装置，包括：

取样单元，所述取样单元包括取样管1和活塞组件，所述取样管1的底端为开口状以供河床土样进入所述取样管1中，所述活塞组件可拆卸地密封插设于所述取样管1内并能够相对于所述取样管1沿所述取样管1的轴向往复移动，所述取样单元还包括可拆卸地盖设于所述取样管1底端的底端盖3，所述底端盖3设置为允许水通过而阻止河床土样通过；和

渗漏单元，所述渗漏单元包括渗水桶8(可以是不锈钢桶)，所述渗水桶8设置为能够供所述取样单元垂直插入以进行渗透试验。

本实用新型的河床渗透系数测试装置在测试过程中，当将取样管1插入河床后，活塞组件会被河床沉积物顶起而缓慢向上滑动，由于活塞组件与取样管1密封配合，使得活塞组件以下部分与空气隔绝而基本处于真空负压状态，在拔出取样管1时，进入取样管1内的河床沉积物(即河床土样)会在真空负压作用下随取样管1一起被带出；本实用新型的取样单元通过利用真空负压原理，使得取样更简便，效率更高，不仅可以适用于无水河段，对于有水河段也能方便地采集河床土样，适用性很强。另外，本实用新型通过设置渗漏单元，能够对取样单元采集的河床土样做渗透试验，使试验不仅能在野外进行，也可以带回室内进行，从而增加了试验的灵活性及可操作性，提高了试验效率。同时，渗漏单元利用渗水桶8可以确保河床土样处于饱水状态，排除了野外环境对试验的干扰。

因此，本实用新型通过取样单元能够方便快速地采集河床原状土样，大大提高取样效率，通过渗漏单元进行渗透试验不仅能够排除河水水流的干扰，还增加了试验的灵活性与可操作性，提高了试验效率。对于河床垂向渗透系数的野外测定具有一定的推广价值。

上述中，之所以将底端盖3设置为可拆卸的，是为了使得取样管1在取样时能够将底端盖3卸掉以便于河床土样从取样管1的底端开口进入取样管1内，而在取样完成后以及进行渗透试验过程中，可将底端盖3安装于取样管1上以防止河床土样从取样管1的底端开口漏出。同时，通过将底端盖3设置为允许水通过，能够保证渗透试验的顺利进行。其中，对于底端盖3的具体结构，可以有多种实施方式，例如可使底端盖3的至少与所述取样管1的底端开口相对的部分为不锈钢丝网或透水无纺布。不锈钢丝网和透水无纺布能够允许水通过而阻止河床土样通过，当然，本实用新型并不仅限于此。

具体地，如图1、图3和图4所示，底端盖3可包括底壁和从底壁向上延伸的周壁，周壁的内径设置为能够套设在取样管1上，周壁可通过螺钉可拆卸地固定于取样管1，底壁上可开设有多个孔，该孔的大小设置为允许水通过而阻止河床土样通过。当然，底壁也可以是不锈钢丝网或透水无纺布。还有一种更简单、成本更低的方法是直接用纱巾等类似物绑在取样管1的底端。也就是说，底端盖3可以为纱巾等类似物。

本实用新型中，如图1所示，所述活塞组件可包括活塞杆5和连接于所述活塞杆5的底端的活塞4，所述活塞4与所述取样管1的内壁密封接触。其中，为了提高活塞4与取样管1之间接触的密封性，所述活塞4可包括活塞本体41和密封圈42，所述活塞本体41的外周面上设置有沿所述活塞本体41的周向延伸的环形凹槽，所述密封圈42嵌设于所述环形凹槽内(参见图10)。

由于在进行渗透试验时，需要将活塞组件从取样管1取出，也就是说，本实用新型通过将活塞组件设置为可拆卸的，是为了便于活塞组件在取样时插入取样管1中，而在渗透试验时从取样管1中拔出。为了便于活塞组件的插拔，如图1所示，还可在所述活塞杆5的顶端连接手柄51。其中，手柄51与活塞杆5的连接可以是可拆卸连接，也可以是固定连接。

本实用新型中，所述取样管1的顶端也可为开口状，所述取样单元还可包括可拆卸地盖设于所述取样管1顶端的顶端盖2，所述顶端盖2上开设有供所述活塞杆5穿过的通孔21(参见图1、图5和图6)。这样，在拆卸活塞组件时，可先将顶端盖2与取样管1卸开，然后将顶端盖2与活塞组件一起从取样管1上卸下。

由于在渗透系数的测试过程中，需要测量取样管1所取出的河床土样的高度，因此，为了使取样单元兼顾测量河床土样高度的功能，可在所述活塞杆5上设置沿所述活塞杆5的轴向的第一刻度线。在取样后，进入取样管1内的河床土样会将活塞组件顶起一定高度，通过读取此时取样管1顶端对应的活塞杆刻度，将其与取样前取样管1顶端对应的活塞杆刻度进行比较，便能获得活塞杆5上移的高度，也就是所采集的河床土样的高度(即后面提到的l)。

为了能够更方便快捷地获得相应刻度，所述活塞组件还可包括设置于所述活塞杆5上的用于标记所述第一刻度线的标记结构，所述标记结构设置为能够可锁止地沿所述活塞杆5的轴向移动。通过标记结构的设置，不用必须在取样完成后活塞组件拆卸之前进行读数，可以将活塞组件从取样管上卸下之后再读数，同时还能确保读数的准确性。

其中，所述标记结构可以有多种实现方式，根据本实用新型的一种实施方式，所述标记结构可包括定位件6和锁定件7，所述定位件6套设在所述活塞杆5上并具有抱紧所述活塞杆5以锁止于所述活塞杆5的锁定状态和松开所述活塞杆5以便于移动的解锁状态，所述锁定件7设置为与所述定位件6配合以通过所述锁定件7的促动来锁定或解锁所述定位件6。具体地，例如图1和图7-图9所示，定位件6可以为具有侧开口(参见图7的右侧)的环，环的两个开口端分别设置有相对应的螺纹孔61，锁定件7可以是如图9所示的L形杆件，锁定件7的左侧端部形成为螺纹部71，螺纹部71可插入环上的两个螺纹孔61内并与之螺纹配合。通过旋转锁定件7可以调节环的内径大小，从而能够使得环抱紧或松开活塞杆5。

在取样时，可先使定位件6处于解锁状态，然后将取样管1插入河床中，此时，活塞杆5上移，而由于定位件6松开了活塞杆5，因此不会随着活塞杆5上移，会一直抵靠在顶端盖2的上方；待取样管1到达所测深度后，通过锁紧件7将定位件6调整为锁定状态，固定在活塞杆5上，此时，定位件6的底端与取样管1的顶端齐平，标记出取样管1顶端对应的活塞杆刻度。

本实用新型中，为了保证渗透试验的顺利进行，取样单元在插入渗水桶8后需要得到固定，而由于在进行渗透试验时，需要将活塞组件拆除，只保留取样管1和底端盖3，因此，所述渗漏单元可包括安装于所述渗水桶8上的用于将所述取样管1固定于所述渗水桶8的固定件。

根据本实用新型固定件的一种实施方式，如图1和图2所示，所述固定件为盖设于所述渗水桶8顶端的固定盖9，所述固定盖9上设置有用于向所述渗水桶8内注水的注水口92以及供所述取样管1垂直伸入所述渗水桶8内的环套91，所述环套91具有抱紧所述取样管1以固定所述取样管1的固定状态和松开所述取样管1以便于所述取样管1伸入和拔出的松开状态。

其中，如图2所示，环套91可以是类似于开合螺母的结构，环套91的两开合臂上可设置有供螺钉93穿过的安装孔，通过旋拧螺钉93可以调节环套91的内径大小，从而实现对取样管1的固定和松开。其中，为了便于旋拧，螺钉93可以为蝶形螺钉。可以理解的是，环套91与上文中提到的环类似。

本实用新型中，为了延长取样管1的使用寿命，所述取样管1可以为不锈钢管。为了便于取样管1的插拔，所述取样管1的外壁上可连接有把手11。另外，所述取样管1上可设置有沿所述取样管1的轴向的第二刻度线，以用于测量取样管1插入渗水桶8中的深度。

本实用新型中，为了获得河床的渗透系数，所述测试装置还可包括水位检测仪，所述水位检测仪用于检测所述取样管1内的水位。其中，所述水位检测仪可以是DIVER水位记录仪。另外，所述测试装置还可包括气压检测仪，所述气压检测仪用于检测所述取样管1周围的大气压。所述气压检测仪可以是BARO气压记录仪。BARO气压记录仪可用于记录一个稳定的大气压，通过DIVER水位记录仪检测的数据减去BARO气压记录仪检测的大气压即为DIVER水位记录仪的底端与取样管1中水面之间的水柱高度。

下面结合附图1详细介绍本实用新型中河床渗透系数的测试方法：

(1)取样：使定位件6处于解锁状态，将取样管1垂直插入河床中，可以通过敲击取样管1顶端的顶端盖2适当辅助取样管1的插入，在插入一定深度后，内置于取样管1中的活塞杆5被河床沉积物顶起而向上移动一定距离，使定位件6处于锁定状态，通过定位件6标记的活塞杆5上的第一刻度线的位置可以方便读取取样管1插入河床中的深度以及所取沉积物的高度；取样管1中的沉积物被活塞4隔绝与空气的接触而基本处于真空状态，当向上拔出取样管1时，由于真空负压的存在，取样管1中的沉积物被牢牢吸附于取样管1而不会掉下去，取样管1外壁安装有把手11，取样时双手可以握住把手11对取样管1进行施力；待取样管1取出以后，将底端盖3安装于取样管1的底端，从取样管1上取下顶端盖2和活塞组件(取下的顶端盖2和活塞组件可安装于另一取样管中进行再次取样)。

(2)渗透试验：将取样管1穿过放置于渗水桶8上沿的固定盖9的环套91而垂直插入渗水桶8中，通过调节螺钉93使环套91抱紧取样管1而使取样管1固定，经注水口92向渗水桶8中注满水，由于河床结构的复杂性，采集的河床沉积物并不一定是饱水的，此时可调节取样管1插入渗水桶8中的深度，以确保取样管1中的沉积物可以被水完全没过以排除沉积物中的空气，使沉积物孔隙完全饱水；重新调节取样管1插入渗水桶8中的深度，使取样管1中的沉积物漏出渗水桶8水面上方一部分，通过读取取样管1外壁的第二刻度线可以快速量取此深度的大小；用铁丝将DIVER水位记录仪悬挂于取样管1中(使DIVER水位记录仪的底端位于沉积物的上方，以保证DIVER是铅直的)，同时用BARO气压记录仪记录气压，从取样管1的顶端开口沿壁缓缓向取样管1内注水，直至注满整个取样管1，注满后可再持续注水1min，以使DIVER水位记录仪记录一个较为稳定的水位值(即取样管满水水位)；停止注水后，取样管1内的水开始渗漏，记录下开始测量的时间(t₁)以及停止测量的时间(t₂)，取出DIVER水位记录仪，下载记录仪中的数据，根据公式计算河床垂直渗透系数。

河床垂直渗透系数的计算公式为：

其中，H₁、H₂分别为t₁、t₂两个时刻取样管1中的水面距离渗水桶8中的水面的高度，l为取样管中河床土样的高度。

上述中，H₁的值可通过t₁时刻DIVER的底端与取样管1中水面之间的水柱高度、DIVER的底端距离沉积物上表面的高度以及沉积物上表面距离渗水桶8内水面的高度三者相加得到，H₂可通过t₂时刻DIVER的底端与取样管1中水面之间的水柱高度、DIVER的底端距离沉积物上表面的高度以及沉积物上表面距离渗水桶8内水面的高度三者相加得到。

其中，DIVER的底端距离沉积物上表面的高度＝取样管长度-沉积物长度-DIVER的底端到取样管顶端的长度。沉积物上表面距离渗水桶8内水面的高度＝沉积物长度-(取样管长度-取样管顶端到渗水桶水面的长度)。上述各个长度可通过任意方式测量。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims

1.一种河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：

取样单元，所述取样单元包括取样管(1)和活塞组件，所述取样管(1)的底端为开口状以供河床土样进入所述取样管(1)中，所述活塞组件可拆卸地密封插设于所述取样管(1)内并能够相对于所述取样管(1)沿所述取样管(1)的轴向往复移动，所述取样单元还包括可拆卸地盖设于所述取样管(1)底端的底端盖(3)，所述底端盖(3)设置为允许水通过而阻止河床土样通过；和

渗漏单元，所述渗漏单元包括渗水桶(8)，所述渗水桶(8)设置为能够供所述取样单元垂直插入以进行渗透试验。

2.根据权利要求1所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述活塞组件包括活塞杆(5)和连接于所述活塞杆(5)的底端的活塞(4)，所述活塞(4)与所述取样管(1)的内壁密封接触；和/或

所述底端盖(3)的至少与所述取样管(1)的底端开口相对的部分为不锈钢丝网或透水无纺布。

3.根据权利要求2所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述活塞(4)包括活塞本体(41)和密封圈(42)，所述活塞本体(41)的外周面上设置有沿所述活塞本体(41)的周向延伸的环形凹槽，所述密封圈(42)嵌设于所述环形凹槽内；和/或

所述活塞杆(5)的顶端连接有手柄(51)。

4.根据权利要求2所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，

所述取样管(1)的顶端为开口状，所述取样单元包括可拆卸地盖设于所述取样管(1)顶端的顶端盖(2)，所述顶端盖(2)上开设有供所述活塞杆(5)穿过的通孔(21)；和/或

所述活塞杆(5)上设置有沿所述活塞杆(5)的轴向的第一刻度线。

5.根据权利要求4所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述活塞组件包括设置于所述活塞杆(5)上的用于标记所述第一刻度线的标记结构，所述标记结构设置为能够可锁止地沿所述活塞杆(5)的轴向移动。

6.根据权利要求5所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述标记结构包括定位件(6)和锁定件(7)，所述定位件(6)套设在所述活塞杆(5)上并具有抱紧所述活塞杆(5)以锁止于所述活塞杆(5)的锁定状态和松开所述活塞杆(5)以便于移动的解锁状态，所述锁定件(7)设置为与所述定位件(6)配合以通过所述锁定件(7)的促动来锁定或解锁所述定位件(6)。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述渗漏单元包括安装于所述渗水桶(8)上的用于将所述取样管(1)固定于所述渗水桶(8)的固定件；和/或

所述取样管(1)上设置有沿所述取样管(1)的轴向的第二刻度线。

8.根据权利要求7所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述固定件为盖设于所述渗水桶(8)顶端的固定盖(9)，所述固定盖(9)上设置有用于向所述渗水桶(8)内注水的注水口(92)以及供所述取样管(1)垂直伸入所述渗水桶(8)内的环套(91)，所述环套(91)具有抱紧所述取样管(1)以固定所述取样管(1)的固定状态和松开所述取样管(1)以便于所述取样管(1)伸入和拔出的松开状态。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述取样管(1)为不锈钢管，和/或所述取样管(1)的外壁上连接有把手(11)。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的河床渗透系数测试装置，其特征在于，所述测试装置包括水位检测仪，所述水位检测仪用于检测所述取样管(1)内的水位；和/或

所述测试装置包括气压检测仪，所述气压检测仪用于检测所述取样管(1)周围的大气压。