CN217586826U - 一种多类土壤水平渗透系数精确测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多类土壤水平渗透系数精确测试系统，包括供水装置、土样渗透装置、水头高度测量装置和渗流量测量装置，供水装置包括支架和可在支架上升降的稳压水箱，土样渗透装置包括两端开口的渗流槽，水头高度测量装置包括水头测压管，渗流量测量装置包括电子秤和设于电子秤上的量筒，水头测压管与渗流槽连通，稳压水箱通过出水管与渗流槽一端连通，量筒与渗流槽另一端对接。本实用新型的优点在于：可实现对水力梯度的灵活控制和准确测量渗流过程中各水平位置的水头高度，进而可同时满足对砂性土和黏性土的实验条件，并可保证水平渗透系数测试的精确性。

Description

一种多类土壤水平渗透系数精确测试系统

技术领域

本实用新型涉及土工试验技术领域，具体涉及一种多类土壤水平渗透系数精确测试系统。

背景技术

城市居民越来越多，因此城市对地下水资源的需求和消耗变大。城市生活用水、工业用水、建设用水等对地下水资源造成了不可估量的损伤，回灌补给地下水是对地下水资源的有效补偿。回灌过程中，水流自回灌井向四周土体渗透，因此土壤水平渗透系数是一个重要的物理性质参数，是回灌系统工程中必须考虑的重要因素。

土壤渗透系数的实验方法包括常水头渗透试验和变水头渗透试验。对于砂性土，相对较小的水力梯度条件即可有效的测试其水平渗透系数，而对于黏性土，由于土颗粒密实、孔隙比小，需要相对较大的水力梯度条件，才能实现有效的水平渗透系数测试。现有土壤渗透系数实验装置无法对水力梯度进行有限控制和调节，进而无法同时满足对砂性土和黏性土的实验条件。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种多类土壤水平渗透系数精确测试系统，可实现对水力梯度的灵活控制和准确测量渗流过程中各水平位置的水头高度，进而可同时满足对砂性土和黏性土的实验条件，并可保证水平渗透系数测试的精确性。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种多类土壤水平渗透系数精确测试系统，包括供水装置、土样渗透装置、水头高度测量装置和渗流量测量装置，供水装置包括支架和可在支架上升降的稳压水箱，土样渗透装置包括两端开口的渗流槽，水头高度测量装置包括水头测压管，渗流量测量装置包括电子秤和设于电子秤上的量筒，水头测压管与渗流槽连通，稳压水箱通过出水管与渗流槽一端连通，量筒与渗流槽另一端对接。

进一步地，支架包括基座和设于基座上的立杆，稳压水箱滑动设于立杆上，立杆上设有带动稳压水箱沿立杆升降的提升机，提升机上设有电动开关。

进一步地，稳压水箱包括水箱本体、透水板和挡水板，水箱本体顶部开口，提升机带动水箱本体沿立杆升降，透水板和挡水板沿水流方向依次设于水箱本体内，挡水板高度低于透水板高度，透水板和挡水板将水箱本体沿水流方向依次分隔形成进水槽、稳压槽和排水槽，稳压槽底部设有第一出水口，出水管与第一出水口连通，排水槽底部设有排水口。

进一步地，土样渗透装置还包括底座、顶板和渗水挡板，渗流槽设于底板上，顶板覆盖渗流槽槽口，顶板和渗流槽之间设有与顶板锚固的密封垫，渗水挡板插接于渗水槽的内部两端，两个渗水挡板将渗水槽沿水流方向依次分隔形成进水部、渗流部和出水部，水头测压管与渗流部连通，进水部上方的顶板上设有进水口，出水管与进水口连通，量筒与出水部对接。

进一步地，渗流部一侧沿水流方向等间距设有多个第二出水口，水头高度测量装置还包括底架、立板和刻度纸，底架的底部设有滚轮，立板设于底架上，水头测压管有多个，多个水头测压管等间距竖直设于立板上并与第二出水口一一对应，水头测压管一端与大气连通，水头测压管另一端与对应的第二出水口连通，刻度纸有多个，多个刻度纸与水头测压管一一对应，刻度纸靠近对应的水头测压管并粘贴于立板上。

本实用新型具有以下优点：

1、结构设计合理，组装、移动方便，操作简单，可实现水力梯度的灵活控制，保证试验过程中水力梯度的恒定，同时又能准确测量渗流水量，提高了水平渗透系数测试的精确性。

2、可准确测量渗流过程中各水平位置的水头高度，可广泛应用于回灌井及抽水井中包括砂性土和黏性土在内的多类土壤水平渗流规律的研究。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中稳压水箱的整体结构示意图；

图中：1、支架；11、基座；12、立杆；2、稳压水箱；21、水箱本体；211、进水槽；212、稳压槽；213、排水槽；22、透水板；23、挡水板；3、渗流槽； 31、进水部；32、渗流部；33、出水部；4、水头测压管；5、电子秤；6、量筒； 7、出水管；8、提升机；9、电动开关；10、第一出水口；13、排水口；14、底座；15、顶板；16、渗水挡板；17、进水口；18、底架；19、立板；20、刻度纸。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1-2所示，一种多类土壤水平渗透系数精确测试系统，包括供水装置、土样渗透装置、水头高度测量装置和渗流量测量装置，供水装置包括支架1和可在支架1上升降的稳压水箱2，土样渗透装置包括两端开口的渗流槽3，水头高度测量装置包括水头测压管4，渗流量测量装置包括电子秤5和放置在电子秤 5上的量筒6，水头测压管4与渗流槽3连通，稳压水箱2通过出水管7与渗流槽3一端连通，量筒6与渗流槽3另一端对接。试验时，将测试土样填充于渗流槽3中，稳压水箱2向渗流槽3提供水头稳定的水流，水头测压管4精确显示水流流经土样渗透装置时不同水平位置处的水头高度，水流流出渗流槽3后进入量筒6，通过量筒6和电子秤5精确测定固定时间内的渗流水量。

支架1包括基座11和立杆12，其中基座11优选为矩形钢板结构，可使用螺栓将其与地面锚固；立杆12优选为钢桁架结构，其可通过焊接等方式固定在基座11上。稳压水箱2滑动设于立杆12上，立杆12上安装有带动稳压水箱2 沿立杆12升降的提升机8，提升机8上设有电动开关9，优选的，可在立杆12 上套设一滑块，将稳压水箱2固定在滑块上，然后通过提升机8带动滑块沿立杆12滑动即可实现稳压水箱2的升降。

如图2所示，稳压水箱2包括水箱本体21、透水板22和挡水板23，其中水箱本体21顶部开口，提升机8带动水箱本体21沿立杆12升降，透水板22 和挡水板23可通过与水箱本体21一体成型等方式沿水流方向依次固定于水箱本体21内，其中挡水板23高度低于透水板22高度，使得透水板22和挡水板 23将水箱本体21沿水流方向依次分隔形成进水槽211、稳压槽212和排水槽213。进水槽211用于与外界水源相接，可实时进水；透水板22可允许进水槽211中的水缓缓地流入稳压槽212。由于挡水板23的高度比透水板22的高度低，所以当稳压槽212中的水面达到挡水板23的高度时，水流将自然流入排水槽213中，在排水槽213底部设置排水口13用于实时泄水，这样稳压槽212中的水面高度将保持平稳状态，进而形成稳定的水力梯度。在稳压槽212底部设有第一出水口10，出水管7与第一出水口10连通进而向渗流槽3供水，在出水管7上可加装控制开关用于控制水流大小。优选的，水箱本体21可选为透明箱体，以便于观察水量。

如图1所示，土样渗透装置还包括底座14、顶板15和渗水挡板16，其中底座14优选为长方形钢板结构，渗流槽3固定在底板上并保持水平，顶板15 覆盖渗流槽3槽口，顶板15和渗流槽3之间设有密封垫，密封垫与顶板15锚固以便于对渗流槽3顶部进行密封。渗水挡板16插接于渗水槽的内部两端，使得两个渗水挡板16将渗水槽沿水流方向依次分隔形成进水部31、渗流部32和出水部33，具体的，可在渗流槽3内壁设置多个插槽，使渗水挡板16可直接插接在插槽内，这样通过改变渗水挡板16的插接位置即可调整渗流部32的长度。进水部31上方的顶板15上设置有进水口17，出水管7与进水口17连通，量筒 6则与出水部33对接，稳压槽212内的经出水管7进入渗流槽3，水经过渗流槽3后再流入量筒6。另外，在渗流槽3外侧壁可等间隔设置多个固定肋以保证渗流槽3的稳固性，在顶板15顶部可设置把手以便于移动渗流槽3。

在渗流部32一侧的侧壁沿水流方向等间距设有多个第二出水口，水头高度测量装置还包括底架18、立板19和刻度纸20，其中底架18优选为长方形框架结构，立板19固定在底架18上，水头测压管4有多个，多个水头测压管4等间距竖直固定在立板19上并与第二出水口一一对应，使水头测压管4一端与大气连通，另一端与对应的第二出水口连通，刻度纸20有多个，多个刻度纸20 与水头测压管4一一对应，刻度纸20靠近对应的水头测压管4并粘贴于立板19 上，通过刻度纸20直接读取水头测压管4测得的水头高度。在底架18的底部安装有滚轮，以便于对整个水头高度测量装置进行移动。

采用本实用新型进行土壤水平渗透系数实验测试的步骤如下：

(1)、土样填料：在实验室内，首先将土样烘干、过筛后，按照土样的天然干密度通过控制土样质量在渗流槽3内进行填料，渗流槽3填料过程中进行分层夯实，以保证填料均匀；

(2)、渗流装置密封：土样填料完成后，利用六角螺栓25将顶板15与渗流槽3固定，使渗流槽3密封严实；

(3)、设定试验水力梯度：依据试验要求，通过提升机8带动水箱本体21 升降，进而调节水箱本体21的高度以达到一个恒定的水力梯度，通过观察稳压槽212溢水面平稳，控制进水槽211的进水速度，进而确保实验过程中水头为稳压常水头；

(4)、水平渗透系数测试：将供水装置、土样渗透装置、水头高度测量装置和渗流量测量装置联通，当出水槽开始出水时测试开始，每隔固定时间，记录所有水头测压管4的水头高度，读取电子称称得的渗流质量。

(5)、水平渗透系数计算：进行数据整理，获得每一时刻t对应的相邻水头测压管4之间的水头高度差、水头测压管4的间距和渗流量，应用达西定律

计算得到土样各时间段内的水平渗透系数

出水量恒定前所得渗透系数为土样非饱和水平渗透系数，出水量恒定后所得渗透系数为土样饱和水平渗透系数；

式中：KT为土样水平渗透系数，单位为cm/s；m为固定时间t内的渗流质量，单位为g；L为相邻水头测压管4之间的中心距离，单位为cm；ρT为水的密度，单位为g/cm3；A为土样的横截面面积，单位为cm2；h为两相邻水头测压管4的水头高度差，单位为cm；t为固定时间，单位为s。

本实用新型的测试系统结构设计合理，组装、移动方便，操作简单，可根据砂性土或者黏性土的实验需求对水力梯度进行灵活控制，可保证试验过程中水力梯度的恒定，同时又能准确测量渗流水量，提高了水平渗透系数测试的精确性，可准确测量渗流过程中各水平位置的水头高度，进而可广泛应用于回灌井及抽水井中包括砂性土和黏性土在内的多类土壤水平渗流规律的研究。另外，利用本实用新型的测试系统，还可以用于通过调整测试回灌水的悬浮物质量浓度来模拟回灌井物理堵塞的过程，测得不同悬浮物质量浓度的回灌水对应的渗透系数变化规律，进而揭示出回灌过程中的物理堵塞机理。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种多类土壤水平渗透系数精确测试系统，其特征在于：包括供水装置、土样渗透装置、水头高度测量装置和渗流量测量装置，供水装置包括支架(1)和可在支架(1)上升降的稳压水箱(2)，土样渗透装置包括两端开口的渗流槽(3)，水头高度测量装置包括水头测压管(4)，渗流量测量装置包括电子秤(5)和设于电子秤(5)上的量筒(6)，水头测压管(4)与渗流槽(3)连通，稳压水箱(2)通过出水管(7)与渗流槽(3)一端连通，量筒(6)与渗流槽(3)另一端对接。

2.根据权利要求1所述的多类土壤水平渗透系数精确测试系统，其特征在于：支架(1)包括基座(11)和设于基座(11)上的立杆(12)，稳压水箱(2)滑动设于立杆(12)上，立杆(12)上设有带动稳压水箱(2)沿立杆(12)升降的提升机(8)，提升机(8)上设有电动开关(9)。

3.根据权利要求2所述的多类土壤水平渗透系数精确测试系统，其特征在于：稳压水箱(2)包括水箱本体(21)、透水板(22)和挡水板(23)，水箱本体(21)顶部开口，提升机(8)带动水箱本体(21)沿立杆(12)升降，透水板(22)和挡水板(23)沿水流方向依次设于水箱本体(21)内，挡水板(23)高度低于透水板(22)高度，透水板(22)和挡水板(23)将水箱本体(21)沿水流方向依次分隔形成进水槽(211)、稳压槽(212)和排水槽(213)，稳压槽(212)底部设有第一出水口(10)，出水管(7)与第一出水口(10)连通，排水槽(213)底部设有排水口(13)。

4.根据权利要求3所述的多类土壤水平渗透系数精确测试系统，其特征在于：土样渗透装置还包括底座(14)、顶板(15)和渗水挡板(16)，渗流槽(3)设于底板上，顶板(15)覆盖渗流槽(3)槽口，顶板(15)和渗流槽(3)之间设有与顶板(15)锚固的密封垫，渗水挡板(16)插接于渗水槽的内部两端，两个渗水挡板(16)将渗水槽沿水流方向依次分隔形成进水部(31)、渗流部(32)和出水部(33)，水头测压管(4)与渗流部(32)连通，进水部(31)上方的顶板(15)上设有进水口(17)，出水管(7)与进水口(17)连通，量筒(6)与出水部(33)对接。

5.根据权利要求4所述的多类土壤水平渗透系数精确测试系统，其特征在于：渗流部(32)一侧沿水流方向等间距设有多个第二出水口，水头高度测量装置还包括底架(18)、立板(19)和刻度纸(20)，底架(18)的底部设有滚轮，立板(19)设于底架(18)上，水头测压管(4)有多个，多个水头测压管(4)等间距竖直设于立板(19)上并与第二出水口一一对应，水头测压管(4)一端与大气连通，水头测压管(4)另一端与对应的第二出水口连通，刻度纸(20)有多个，多个刻度纸(20)与水头测压管(4)一一对应，刻度纸(20)靠近对应的水头测压管(4)并粘贴于立板(19)上。

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