CN211179453U - 闭环式全曲线土工渗透试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及土工渗透试验技术领域，特别涉及一种闭环式全曲线土工渗透试验系统，包括供水系统、渗透系统和数据处理系统；供水系统包括恒重式调压器、第一阀门、第二阀门；恒重式调压器包括竖向设置的筒体，密封安装在筒体底端的底板，设置在筒体内部、且可上下滑动的活塞，设置在活塞的顶部、且向上延伸至筒体外部的活塞轴，固定在活塞轴顶部的砝码座，放置在砝码座上的砝码；第一阀门的出口与筒体的内腔连通，第二阀门的进口与筒体的内腔连通。通过设置恒重式调压器，不仅可同时构建规范要求的常水头和变水头两种试验状态的试验压力条件，而且可构建试验水力梯度在试样临界水力梯度的范围内可调的供水状态。

Description

闭环式全曲线土工渗透试验系统

技术领域

本实用新型涉及土工渗透试验技术领域，特别涉及一种闭环式全曲线土工渗透试验系统。

背景技术

土的渗透试验是利用一些试验仪器测定土的渗透系数K的试验。目前，土的渗透试验是以达西定律为基础，根据渗透试验系统的水头变化特征分为常水头法和变水头法两种。

无论是常水头还是变水头渗透试验，开展有效试验的前提是：初始水力梯度＜试验水力梯度＜试样临界水力梯度。这是因为，如果试验水力梯度＜初始水力梯度，则渗流会因粘滞力而受阻，水不会从试样中渗出；如果试验水力梯度＞试样临界水力梯度，则试样会发生流土或管涌。另一方面，一个完整的渗透试验过程包括层流状态和紊流状态，层流状态时的渗流水力梯度与流速呈线性关系，符合达西定律；而紊流状态时渗流水力梯度与流速呈非线性关系，并不符合达西定律；因此，要得到准确的渗透试验结果，就必须能清晰地判断渗透试验的状态是层流状还是紊流状。

因此，实现试验水力梯度在一定范围内可控，进而实现层流状态与紊流状态的完整渗透试验过程，在准确判断试验状态和提高试验结果准确性方面的作用是显面易见的。本文中，将试验土样的完整渗透试验过程称为全曲线渗透试验。

试验用水的粘滞性对渗透试验结果存在影响，构造与实际渗流环境水粘滞性相同或相近的试验条件进行试验，其试验结果更具有指导意义。在现阶段公开的渗透试验装置中，水自试样渗出后便不再循环利用，本文中将这种渗透试验装置称为开式渗透试验装置，在室内构造与实际渗流环境中具有粘滞性相同或相近的渗透水并不经济，这在一定程度上降低了室内试验结果的符合程度和指导意义。

在标准号为GB/T50123-2019的《土工试验方法标准》中，记载了常水头渗透试验装置和变水头渗透试验装置。用该标准记载的试验装置进行渗透试验的过程中，常水头法中的试验水力梯度由溢水孔的高度控制，变水头法中的试验水力梯度由变水管的高度控制。在大多数情况下，上述标准中记载的试验装置均安装在实验室内部，因此，水头管的高度受实验室建筑层高限制而不能超过2m；但是由于大多数密实性粘土的初始水力梯度均超过2m，因此，采用上述标准中记载的试验装置对大多数密实性粘土进行渗透试验时，均无法实现全曲线渗透试验，此时也就无法准确判断其试验状态。此外,压力、流量数据等人工测记误差较大，效率较低，试验结果准确性和可靠度均较低。

申请号为201721074672.2，申请日为2017.08.25的专利申请，公开了一种室内变水头渗试验装置。该试验装置的试验水力梯度和GB/T50123-2019的《土工试验方法标准》中记载的相同，也由变水头管的高度控制。因此，针对初始水力梯度较高的密实性粘土，该试验装置也不能实现全曲线渗透试验。

申请号为201721642550.9，申请日为2017.11.30的专利申请，公开了一种常水头土柱入渗试验装置。该试验装置中引入了马氏瓶和激光投线仪，虽然提高了水头高度测记准确性，但是试验水力梯度的控制范围仍然受水头控制室高度的限制。因此，针对初始水力梯度较高的密实性粘土，该试验装置也不能实现全曲线渗透试验。

申请号为201821725030.9，申请日为2018.10.24的专利申请，公开了一种新型土工变水头渗透试验装置。该试验装置的试验水力梯度和GB/T50123-2019的《土工试验方法标准》中记载的相同,也由变水头管高度控制。因此，针对初始水力梯度较高的密实性粘土，该试验装置也不能实现全曲线渗透试验。

申请号为201821335384.2，申请日为2018.08.20的专利申请，公开了一种泵推式黏土常水头渗透试验装置。该试验装置的试验水力梯度由注射泵提供，虽然突破了空间限制，针对初始水力梯度较高的密实性粘土，可实现全曲线渗透试验，但是由于受注射泵和抽滤瓶容积的限制，准确判断试验过程中的渗透状态的可靠度存在难度；并且由于注射泵有较大的启动压力和压力偏差，这就造成了在试验过程中实际试验水力梯度会出现波动，而不能达到精准控制，进而造成试验结果的不准确。

申请号为201910263337.4，申请日为2019.04.02的专利申请，公开了一种渗透试验系统。虽然该试验系统中的水头供液装置的高度可调，但是其也没有突破试验室的空间限制，针对初始水力梯度较高的密实性粘土，该试验系统仍然不能实现全曲线渗透试验，因而不能有较提升室内渗透试验结果准确性和应用价值。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种试验水力梯度在试样临界水力梯度的范围内可调的闭环式全曲线土工渗透试验系统。

本实用新型实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：闭环式全曲线土工渗透试验系统，包括供水系统、渗透系统和数据处理系统；所述供水系统包括恒重式调压器、第一阀门、第二阀门；所述恒重式调压器包括竖向设置的筒体，密封安装在筒体底端的底板，设置在筒体内部、且可上下滑动的活塞，设置在活塞的顶部、且向上延伸至筒体外部的活塞轴，固定在活塞轴顶部的砝码座，放置在砝码座上的砝码；所述第一阀门的出口与筒体的内腔连通，所述第二阀门的进口与筒体的内腔连通；

所述渗透系统包括管状的渗透容器，密封安装在渗透容器两端的端盖，内置称重传感器的称重器，放置在称重器上的集水杯；所述渗透容器的外壁上沿其轴向间隔设置有至少两个、用于测量渗透容器内部压力的压力传感器；其中一个端盖上设置有与渗透容器内腔连通的第一进口，该第一进口通过管道与第二阀门的出口连通；另一个端盖上设置有与渗透容器内腔连通的第一出口，该第一出口通过管道与集水杯连通；所述压力传感器和称重器内的称重传感器均与所述数据处理系统的输入端连接。

进一步的，所述供水系统还包括储水槽和自吸恒压泵；所述自吸恒压泵的进口与储水槽连通，所述自吸恒压泵的出口与第一阀门的进口连通。

进一步的，所述渗透系统还包括虹吸式排水管；所述集水杯的侧壁上设置有通孔，所述虹吸式排水管穿过该通孔，以使虹吸式排水管的进口位于集水杯内部、虹吸式排水管的出口位于集水杯的外部；所述通孔与虹吸式排水管的外壁之间密封连接；所述虹吸式排水管的最高点的标高低于或等于所述通孔的标高。

进一步的，所述渗透系统还包括回流管；所述回流管的进口端高于回流管的其他位置设置；所述回流管的进口端设置在虹吸式排水管的出口的正下方，所述回流管的出口与储水槽连通。

进一步的，所述渗透容器包括由两个半管体拼接而成的圆柱形管体，设置在两个半管体拼接处的密封结构，用于固定两个半管体的固定结构。

进一步的，至少其中一个半管体的内表面、位于相邻的两个压力传感器之间设置有定位凹槽。

进一步的，两个半管体的内表面均设置有定位凹槽，且两个半管体的内表面上的定位凹槽成对设置。

进一步的，两个半管体的内表面上成对设置的定位凹槽拼合成一环形定位槽。

进一步的，所述渗透容器采用透明材质制成。

进一步的，所述渗透系统至少为两个；所述第二阀门的出口通过管道分别与所有的第一进口连通。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例的闭环式全曲线土工渗透试验系统，通过设置恒重式调压器，不仅可同时构建规范要求的常水头和变水头两种试验状态的试验压力条件，而且可构建试验水力梯度在试样临界水力梯度的范围内可调的供水状态；还解决了现有技术中试验水压不稳定的问题，突破了空间的限制，针对初始水力梯度较高的密实性粘土，也可实现全曲线渗透试验。试验过程中通过数据处理系统可实时采集压力参数和重量参数，不仅可确定试验过程处于层流状态或紊流状态，而且避免了认为读数误差，提高了试验数据的准确性，进而保证了试验结果的准确性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的闭环式全曲线土工渗透试验系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的恒重式调压器的结构示意图；

图3是细粒土试样安装至渗透容器内的剖视图；

图4是砂土试样安装至渗透容器内的剖视图；

图5是本实用新型另一实施例的闭环式全曲线土工渗透试验系统的结构示意图。

图中附图标记为：1-供水系统，2-渗透系统，3-数据处理系统，5-不锈钢环刀，6-止水垫圈，7-固定卡环，8-透水石，9-样筒，10-不锈钢网，11-储水槽，12-自吸恒压泵，13-第一阀门，14-恒重式调压器，15-第二阀门，16-抽水管，21-渗透容器，22-端盖，23-称重器，24-集水杯，25-压力传感器，26-虹吸式排水管，27-回流管，31-多通道数据采集器，32-计算机，51-耳缘，141-筒体，142-底板，143-活塞，144-活塞轴，145-砝码座，146-砝码，147-支腿，148-砝码导向杆，149-顶盖，211-半管体，212-定位凹槽，221-第一进口，222-第一出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图5所示，本实用新型实施例的闭环式全曲线土工渗透试验系统，包括供水系统1、渗透系统2和数据处理系统3；所述供水系统1包括恒重式调压器14、第一阀门13、第二阀门15；所述恒重式调压器14包括竖向设置的筒体141，密封安装在筒体141底端的底板142，设置在筒体141内部、且可上下滑动的活塞143，设置在活塞143的顶部、且向上延伸至筒体141外部的活塞轴144，固定在活塞轴144顶部的砝码座145，放置在砝码座145上的砝码146；所述第一阀门13的出口与筒体141的内腔连通，所述第二阀门15的进口与筒体141的内腔连通；

所述渗透系统2包括管状的渗透容器21，密封安装在渗透容器21两端的端盖22，内置称重传感器的称重器23，放置在称重器23上的集水杯24；所述渗透容器21的外壁上沿其轴向间隔设置有至少两个、用于测量渗透容器21内部压力的压力传感器25；其中一个端盖22上设置有与渗透容器21内腔连通的第一进口221，该第一进口221通过管道与第二阀门15的出口连通；另一个端盖22上设置有与渗透容器21内腔连通的第一出口222，该第一出口222通过管道与集水杯24连通；所述压力传感器25和称重器23内的称重传感器均与所述数据处理系统3的输入端连接。

如图2所示，所述恒重式调压器14包括筒体141、底板142、活塞143、活塞轴144、砝码座145、砝码146。所述底板142水平设置，且底板142的底部安装有支腿147，通过支腿147对底板142进行支撑。所述筒体141为竖向设置的圆筒结构，筒体141的轴线垂直于底板142的上表面，筒体141的底端与底板142的上表面密封连接，通过底板142对筒体141的底部开口进行封闭，避免筒体141内的水从筒体141与底板142之间的连接位置泄漏。

所述活塞143设置在筒体141内、且活塞143可在筒体141内上下滑动，所述活塞143的侧壁与筒体141的内壁紧密接触，当活塞143上下滑动时，以避免筒体141内的水从活塞143的侧壁与筒体141的内壁之间泄漏。所述砝码座145设置在筒体141外部、且位于筒体141的正上方，砝码座145通过活塞轴144与活塞143固定连接，所述活塞轴144的轴线与筒体141的轴线同轴设置，所述砝码座145的上表面为垂直于筒体141轴线的平面，所述砝码146放置在砝码座145上。

为了提高砝码146放置在砝码座145上的稳定性和可靠性，优选的，所述砝码座145的上表面固定有向上延伸的砝码导向杆148，该砝码导向杆148与筒体141的轴线同轴设置，所述砝码146的中心设置有供砝码146导向杆148穿过的中心孔。如图2所示，所述砝码146放置在砝码座145上、且砝码导向杆148从砝码146的中心孔穿过；当砝码146的数量为多个时，多个砝码146依次叠放在砝码座145上。

所述筒体141的顶部安装有顶盖149，所述顶盖149的中心设置有供活塞轴144穿过的孔，活塞轴144可在该孔内上下移动。优选的，所述底板142的上表面设置有位于筒体141外部的水平仪，通过水平仪可很方便地将底板142调平，进而使筒体141的轴线处于竖直状态。如图2所示，所述筒体141侧壁的底部设置有进水口和出水口，所述第一阀门13的出口与筒体141上的进水口连通，以使第一阀门13与筒体141的内腔连通，所述第二阀门15的进口与筒体141上的出水口连通，以使第二阀门15与筒体141的内腔连通。

现有技术中，无论是泵推式供水还是自吸恒压泵供水，均要求有较大的启动压力和恒压压力偏差，而且恒压压力偏差在20％左右，如果直接通过泵对渗透系统2供水，那么就会造成试验过程中实际试验水压不能精准控制，进而对实验结果的准确性造成影响。

本实用新型中，通过设置恒重式调压器14，试验过程中的试验压力由砝码146的重量控制，进而可构建试验压力稳定、精度可控的试验供水状态，进而解决了现有技术中试验水压不稳定的问题。

本实用新型实施例的恒重式调压器14，在试验过程中，试验压力就是恒重式调压器14的输出水压，而输出水压的大小主要由砝码146的重量控制，压力计算公式如下：

式中，P为恒重式调压器14的输出水压，单位是Pa；F₁为砝码146的重力，单位是N；F₂为活塞143运行阻力，单位是N；A为活塞143的面积，单位是m2；P₁为活塞143的行程上限与试样之间的水头差，单位是Pa。

从上述公式(1)中可以得知，当恒重式调压器14的尺寸确定后，砝码146的重力、活塞143的尺寸以及活塞143的运行阻力均可以实现高精度测量。在实际试验过程中，当F₁、F₂、A确定后，而P₁随着活塞143的下行而减小，因此，恒重式调压器14的输出水压P随着活塞143的下行而减小，从而可实现变水头方式的试验模式。

下面结合具体的实施例对恒重式调压器14进一步说明：砝码146的重量与《土工试验方法标准》中变水头渗透试验装置中等效水头的关系如下表1所示：

表1：

本实施例的恒重式调压器14，所述砝码座145的上表面距支腿147的底部的高度为26cm，当砝码146的数量为40个时，恒重式调压器14的总高为66cm。从表1可知，通过总高为66cm的恒重式调压器14，就可实现《土工试验方法标准》及类似变水头渗透试验装置中在1490.4cm高度测压管条件下才能实现的变水头试验条件。而采用《土工试验方法标准》中的变水头渗透试验装置进行渗透试验时，由于受实验室高度的限制，测压管的高度一般不超过200cm。

本实施例的恒重式调压器14中，筒体141的内径为10cm，而《土工试验方法标准》中的测压管的内径为0.82cm，因此，筒体141的横截面积是《土工试验方法标准》中测压管横截面积的148.72倍。活塞143下行时，1cm的行程量等效于《土工试验方法标准》中变水头测压管148.72cm的水头降深。活塞143的位移与《土工试验方法标准》中渗透试验装置的等效水头降深的关系如下表2所示：

表2：

结合表1、表2，当活塞143的位移为1cm时，因活塞位移引起的水压变化占输出水压的比例与输出水压之间的关系如表3所示：

表3：

由表3可知，因活塞位移引起的水压变化占输出水压的比例随着输出水压的增大而逐渐减小。当输出水压为146059.2Pa时，水压变化占输出水压的比例为0.000067，此时因活塞143位移引起的水压变化对试验结果造成的影响可以忽略不计，因此，本实用新型的恒重式调压器14可以在较高输出水压的条件下，实现常水头方式的试验模式。并且，从表1、表2、表3还可以得出，在输出水压不变的情况下，当活塞位移越小时，因活塞位移引起的水压变化占输出水压的比例就越小。因此，通过本实用新型实施例的恒重式调压器14，可以构建在较高压力试验状态，在活塞小行程量的控制条件下，实现常水头方式的试验模式。

本实用新型中，通过主要由恒重式调压器14构成的供水系统1，可构建压力稳定、精度可控的试验供水状态；在较高输出水压状态、在活塞小行程量控制条件下，可实现常水头试验模式，从而实现一个系统同时构建规范要求的常水头和变水头两种试验状态的试验压力条件；通过调整砝码146数量，就可调整恒重式调压器14的输出水压，进而构建试验水力梯度在试样临界水力梯度的范围内可调的供水状态；本实施例的恒重式调压器14的输出水压的范围为0～146KPa，可以满足低透水性土的初始水力梯度和试样临界水力梯度的测试要求，实现全曲线渗透试验。

如图1所示，本实用新型实施例的渗透系统2主要包括渗透容器21、端盖22、称重器23、集水杯24和压力传感器25。所述渗透容器21为管状结构，试验时，渗透容器21卧式设置，试样安装在渗透容器21内部，为了便于观察试样的渗透情况，作为优选，所述渗透容器21采用透明材质制成，例如采用玻璃材质或亚克力材质等，但不仅限于上述材质。

所述端盖22的数量为两个，分别密封安装在渗透容器21的两端，避免水从端盖22与渗透容器21连接的位置泄漏。所述渗透容器21的端部可以通过法兰结构与端盖22连接，例如：渗透容器21的端部安装有法兰环，法兰环与端盖22之间设置有密封垫，法兰环与端盖22通过螺栓结构固定。渗透容器21的端部还可以通过螺纹结构与端盖22连接，例如，渗透容器21端部的内表面设置有内螺纹，端盖22上设置有与内螺纹相适配的外螺纹，渗透容器21与端盖22通过螺纹密封配合。

所述压力传感器25是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。本实施例中，在渗透容器21的外壁上沿其轴向安装至少两个压力传感器25，其目的是用于测量渗透容器21内部不同位置处的压力，并将测量的压力传输至数据处理系统3中进行处理。作为优选，所述压力传感器25还可以为温度压力传感器，既可以测量渗透容器21内部的压力，还可以测量渗透容器21内部的温度。

所述集水杯24是用于收集从渗透容器21内部流出的渗透水。所述集水杯24的体积可以足够大，用于盛装整个试验过程中的渗透水。所述称重传感器是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。本实用新型实施例中，内置称重传感器的称重器23可以为电子天平、电子秤等，用于称量集水杯24及其内部渗透水的重量，并通过称重传感器将重量信号传输至数据处理系统3中进行处理。与现有技术相比，本实施例中，通过设置内置称重传感器的称重器23对集水杯24中的水进行称量，规避了现有技术中人为读数功效低，准确性差的缺陷，并为实时采集数据提供了条件。在试验过程中，当渗透过程为层流状态时，集水杯24中的水量与时间成线性关系，当渗透过程为紊流状态时，集水杯24中的水量与时间成非线性关系。试验结束后，通过数据处理系统3中记录的重量与时间的关系，就可准确地判断渗透过程是处于层流状态还是处于紊流状态。

数据处理系统是指运用计算机处理信息而构成的系统，通过数据处理系统对数据信息进行加工、整理、计算得到各种分析指标，转变为易于被人们所接受的信息形式，并可以将处理后的信息进行贮存。如图1所示，本实施例中的数据处理系统3的作用为实时收集压力传感器25和称重器23内的称重传感器所测量的数据，并对这些数据进行加工、整理、计算，以得到试样的渗透系数。所述数据处理系统3包括多通道数据采集器31和计算机32，所述压力传感器25和称重器23内的称重传感器均与多通道数据采集器31的输入端连接，所述多通道数据采集器31的输出端与计算机32的输入端连接；工作时，压力传感器25和称重器23内的称重传感器将收集到的数据传输至多通道数据采集器31，多通道数据采集器31再将收集到的数据传输至计算机32，通过计算机32对数据进行加工、整理、计算，以得到试样的渗透系数。所述数据处理系统3还可以采用如背景技术中的结构，也可以采用现有技术中的其他结构，在此不做具体限定。

本实用新型实施例的闭环式全曲线土工渗透试验系统的工作原理为：如图1所示，试验开始之前，根据试验压力要求计算所需要的砝码146的重量，然后将砝码146沿砝码导向杆148安放于砝码座145上。按试验要求将标准试样放在渗透容器21内，将泵的出口与第一阀门13的进口连通，设置泵的压力大于试验压力。关闭第二阀门15，打开第一阀门13，通过泵将水输送至筒体141内，筒体141内的水推动活塞143向上移动至行程上限后，关闭第一阀门13。然后打开第二阀门15，在砝码146的重力作用下，筒体141内的水经过试样渗透后，通过管道流入集水杯24中进行收集，集水杯24中的水位升高，重量增加。在渗透过程中，渗透容器21内的水由于克服试样渗透阻力而产生压力损失，压力信息通过压力传感器25传输至数据处理系统3，并通过称重器23中的称重传感器将重量信息传输至数据处理系统3，数据处理系统3将同时实时采集到的压力参数、重量参数和温度参数经过计算得到试样的渗透系数。

上述温度参数为试验过程中水的温度，由于在整个试验过程中，水的温度不发生变化，因此，该温度参数可以通过温度计进行测量，然后人工输入数据处理系统3中；该温度参数还可以通过温度压力传感器进行测量，并实时传输至数据处理系统3中。

优选的，所述供水系统1还包括储水槽11和自吸恒压泵12；所述自吸恒压泵12的进口与储水槽11连通，所述自吸恒压泵12的出口与第一阀门13的进口连通。所述储水槽11用于储存试验用的水，试验完成后，可以将集水杯24内的水倒入储水槽11内进行循环使用。

如图1所示，所述储水槽11为上端敞口结构，所述自吸恒压泵12的进口通过抽水管16与储水槽11连通，通过该自吸恒压泵12可以将回流到储水槽11中的水输送至恒重式调压器14内进行循环使用，从而实现试验用水的闭环式循环状态。本实用新型中，通过试验用水的循环使用，可以有效控制试验用水的特性，模拟不同粘滞性水条件下的渗透试验，满足了渗透试验特殊水环境下的模拟要求。

优选的，所述渗透系统2还包括虹吸式排水管26；所述集水杯24的侧壁上设置有通孔，所述虹吸式排水管26穿过该通孔，以使虹吸式排水管26的进口位于集水杯24内部、虹吸式排水管26的出口位于集水杯24的外部；所述通孔与虹吸式排水管26的外壁之间密封连接；所述虹吸式排水管26的最高点的标高低于或等于所述通孔的标高。

如图1所示，所述集水杯24的侧壁上设置有供虹吸式排水管26穿过的通孔，通过将该通孔与虹吸式排水管26的外壁之间密封连接，以避免集水杯24内的水从该通孔内流至集水杯24的外部。通过将虹吸式排水管26的最高点的标高低于或等于所述通孔的标高，这样可使集水杯24内液面的最高位置等于或低于该通孔的高度，以避免集水杯24内的水从集水杯24的顶部溢出。试验时，水经过试样后进入到集水杯24内，集水杯24内的液面升高，当集水杯24中的液面高度高于虹吸式排水管26的最高点后，通过该虹吸式排水管26自动将集水杯24内的水排至集水杯24外部的容器或储水槽11进行收集，当集水杯24中的液面高度低于虹吸式排水管26的进口后，虹吸式排水管26停止排水，然后集水杯24内的液面又开始升高，进行下一个循环，直至试验完成。

当储水槽11设置在虹吸式排水管26出口的正下方时，集水杯24内的水可以通过虹吸式排水管26流入储水槽11中。当储水槽11未设置在虹吸式排水管26的正下方时，为了使集水杯24内的水流入储水槽11中，优选的，所述渗透系统2还包括回流管27；所述回流管27的进口端高于回流管27的其他位置设置；所述回流管27的进口端设置在虹吸式排水管26的出口的正下方，所述回流管27的出口与储水槽11连通。如图1所示，试验时，集水杯24中的水通过虹吸式排水管26流入回流管27内，然后再通过回流管27回流至储水槽11中，进而实现渗透用水的循环利用。

所述渗透容器21可以为整体式结构，也可以为分体式结构，图1中提供了一种分体式结构的渗透容器21，所述渗透容器21包括由两个半管体211拼接而成的圆柱形管体，设置在两个半管体211拼接处的密封结构，用于固定两个半管体211的固定结构。

如图1所示，两个半管体211拼接形成圆柱形的管体，在两个半管体211的拼接处设置有密封结构，该密封结构包括设置在两个半管体211拼接位置的相配合的密封面，以及设置在两个密封面之间的密封垫，两个半管体211通过固定结构连接，该固定结构可以为法兰连接结构或卡箍结构。安装试样时，先打开固定结构，将上方的半管体211移开，然后将标准试样安装在下方的半管体211内，然后在两个半管体211的拼接位置处放置密封垫，再将上方的半管体211与下方的半管体211拼接，并通过固定结构将两个半管体211固定连接，通过密封结构和固定结构，避免渗透容器21内的水从两个半管体211的拼接位置泄漏。

进一步，至少其中一个半管体211的内表面、位于相邻的两个压力传感器25之间设置有定位凹槽212。优选的，两个半管体211的内表面均设置有定位凹槽212，且两半管体211的内表面上的定位凹槽212成对设置。两个半管体211的内表面上成对设置的定位凹槽212拼合成一环形定位槽。通过设置定位凹槽212，对安装在渗透容器21内的标准试样进行限位，防止在试验过程中试样发生轴向移动。

本实用新型实施例的闭环式全曲线土工渗透试验系统，不仅可以对透水性大的砂土或粗粒土进行渗透试验，而且可以对透水性小的粘土或细粒土进行渗透试验。针对不同的试样需要采用不同的安装方式，图3所示为细粒土试样安装至渗透容器21内的剖视图；图4所示为砂土试样安装至渗透容器21内的剖视图。

如图3所示，图中试样为两个，渗透容器21上设置有三个压力传感器25，两个试样将渗透容器21的内腔分为三个相隔离的腔室，每个压力传感器25与其中一个腔室连通。当试样为细粒土时，先按照现行标准规范要求，制取外部有不锈钢环刀5、内部有细粒土的试样，然后在不锈钢环刀5的外表面涂抹凡士林，并在不锈钢环刀5的耳缘51处设置套在不锈钢环刀5上的止水垫圈6，然后，打开位于上方的半管体211，将试样通过固定卡环7安装在下方的半管体211内，并使固定卡环7上的定位凸块位于半管体211的定位凹槽212内，然后在试样的左右两端安放透水石8、并用弹簧撑杆固定，所述止水垫圈6与渗透容器21的内壁接触；然后将上方的半管体211盖在下方的半管体211上，并通过固定结构固定，至此完成细粒土试样的安装，然后就可进行渗透试验。

如图4所示，图中试样为一个，渗透容器21上设置有三个压力传感器25，三个压力传感器25沿渗透容器21的轴向均布设置。当试样为砂土时，按照现行标准规范要求，可以直接在渗透容器21内分层装满砂土，并在砂土的两端安装不锈钢网10，以形成试验用的试样；还可以在样筒9中分层装满砂土，形成内部有砂土、外部有样筒9的试样，然后在样筒9的两端安装不锈钢网10待用；其中，样筒9的外径应与渗透容器21的内径相适配；样筒9的外表面设置有与定位凹槽212相配合的定位凸台，样筒9上与压力传感器25相对应的位置设置有通孔，以便通过压力传感器25测量试样不同位置处的压力；然后打开位于上方的半管体211，将试样安装在下方的半管体211内，并使定位凸台位于半管体211的定位凹槽212内，然后将上方的半管体211盖在下方的半管体211上，并通过固定结构固定，至此完成砂土试样的安装，然后就可进行渗透试验。

为了能同时对多个试样进行试验，作为优选，所述渗透系统2至少为两个；所述第二阀门15的出口通过管道分别与所有的第一进口221连通。本实施例中，通过一个恒重式调压器14可同时为多个渗透系统2供水。

如图5所示，所述渗透系统2为两个，所述第二阀门15的出口通过三通分别与两个第一进口221连通，所有的压力传感器25和称重器23内的称重传感器均与所述数据处理系统3的输入端连接。在试验时，两个渗透系统可以同时进行试验，也可以交替进行试验，具体根据试验要求而定。

Claims (10)

1.闭环式全曲线土工渗透试验系统，包括供水系统(1)、渗透系统(2)和数据处理系统(3)；其特征在于，所述供水系统(1)包括恒重式调压器(14)、第一阀门(13)、第二阀门(15)；所述恒重式调压器(14)包括竖向设置的筒体(141)，密封安装在筒体(141)底端的底板(142)，设置在筒体(141)内部、且可上下滑动的活塞(143)，设置在活塞(143)的顶部、且向上延伸至筒体(141)外部的活塞轴(144)，固定在活塞轴(144)顶部的砝码座(145)，放置在砝码座(145)上的砝码(146)；所述第一阀门(13)的出口与筒体(141)的内腔连通，所述第二阀门(15)的进口与筒体(141)的内腔连通；

所述渗透系统(2)包括管状的渗透容器(21)，密封安装在渗透容器(21)两端的端盖(22)，内置称重传感器的称重器(23)，放置在称重器(23)上的集水杯(24)；所述渗透容器(21)的外壁上沿其轴向间隔设置有至少两个、用于测量渗透容器(21)内部压力的压力传感器(25)；其中一个端盖(22)上设置有与渗透容器(21)内腔连通的第一进口(221)，该第一进口(221)通过管道与第二阀门(15)的出口连通；另一个端盖(22)上设置有与渗透容器(21)内腔连通的第一出口(222)，该第一出口(222)通过管道与集水杯(24)连通；所述压力传感器(25)和称重器(23)内的称重传感器均与所述数据处理系统(3)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，所述供水系统(1)还包括储水槽(11)和自吸恒压泵(12)；所述自吸恒压泵(12)的进口与储水槽(11)连通，所述自吸恒压泵(12)的出口与第一阀门(13)的进口连通。

3.根据权利要求1所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，所述渗透系统(2)还包括虹吸式排水管(26)；所述集水杯(24)的侧壁上设置有通孔，所述虹吸式排水管(26)穿过该通孔，以使虹吸式排水管(26)的进口位于集水杯(24)内部、虹吸式排水管(26)的出口位于集水杯(24)的外部；所述通孔与虹吸式排水管(26)的外壁之间密封连接；所述虹吸式排水管(26)的最高点的标高低于或等于所述通孔的标高。

4.根据权利要求3所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，所述渗透系统(2)还包括回流管(27)；所述回流管(27)的进口端高于回流管(27)的其他位置设置；所述回流管(27)的进口端设置在虹吸式排水管(26)的出口的正下方，所述回流管(27)的出口与储水槽(11)连通。

5.根据权利要求1所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，所述渗透容器(21)包括由两个半管体(211)拼接而成的圆柱形管体，设置在两个半管体(211)拼接处的密封结构，用于固定两个半管体(211)的固定结构。

6.根据权利要求5所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，至少其中一个半管体(211)的内表面、位于相邻的两个压力传感器(25)之间设置有定位凹槽(212)。

7.根据权利要求6所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，两个半管体(211)的内表面均设置有定位凹槽(212)，且两个半管体(211)的内表面上的定位凹槽(212)成对设置。

8.根据权利要求7所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，两个半管体(211)的内表面上成对设置的定位凹槽(212)拼合成一环形定位槽。

9.根据权利要求1～8中任一权利要求所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，所述渗透容器(21)采用透明材质制成。

10.根据权利要求1～8中任一权利要求所述的闭环式全曲线土工渗透试验系统，其特征在于，所述渗透系统(2)至少为两个；所述第二阀门(15)的出口通过管道分别与所有的第一进口(221)连通。

Images