CN217878810U - 一种粘性土水平渗透系数检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种粘性土水平渗透系数检测装置，包括箱体，箱体两侧分别平行设置有深度一致的测试孔和测试坑，测试孔底部开设有流向测试坑的渗流通道，渗流通道内设置有用于容纳测试土的隔离腔，隔离腔的进水端和出水端均采用多孔隔板分隔。本实用新型在使用时，通过隔离腔内放置测试土，并保证测试土与隔离腔之间的间隙不会出现渗流。在测试孔注水，形成水头差，观察测试土，待水渗入测试土体达到饱和状态后，在测试孔滴入酚酞试剂，并记录此时时间；在测试坑底加入碱液，当观察到测试坑内的碱液变红后记录此时时间，根据渗流时间和测试坑与测试孔之间的渗流长度计算水平渗透系数。
Description
技术领域
本实用新型属于岩土检测领域，具体涉及一种粘性土水平渗透系数检测装置。
背景技术
渗透变形是土石坝事故的主要原因之一，随着大量水库除险加固工程的实施，在众多水库的安全鉴定和勘察设计以及质量验收阶段，都需要测试坝身、坝基岩土层的渗透系数。水在空隙介质中的线性渗透定律，最早是由水文地质学的奠基人达西(H.Darcy)根据在1852～1855年砂柱中水的渗透试验中总结出来，他的研究成果开创了一门水流在多孔介质中运动的科学，即达西定律[44]-[45]。目前测定渗透系数的方法有两类：室内试验方法和原位试验方法[46]。室内试验方法(降水头试验和常水头试验)具有工作强度小、快速便捷、试验条件可控稳定等优点，同时也存在着土样易被扰动、尺寸较小、代表性差等缺点。原位试验方法测得的渗透系数为较大范围的渗流区内土体的平均值，可以较为真实地反映天然状态下的土体渗透性质。
根据试验方法和适用岩土层条件不同，钻孔注水试验分为常水头注水试验和降水头注水试验两种方法。依据《水利水电工程注水试验规程》(SL345-2007)[47]，钻孔降水头注水试验适用于地下水位以下粉土、黏性土层或渗透系数较小的岩层；钻孔常水头注水试验适用于渗透性较大的岩土层。
霍丽娟等人[48]使用定水头和降水头两种方法分别测定了某黄土的饱和导水率。结果表明定水头法测得的饱和导水率要略小于降水头法测得的饱和导水率，其原因可能是由于土柱内部的相具有一定的空间变化范围，使出流端的流量变化表现相对滞后。降水头法后期精度变差，数值出现较大幅度振荡。盛林通过试验比较指出[49]：常水头注水试验特别是现场条件复杂的岩土层，较易受环境影响造成精度偏差，不同条件适用不同的计算方法，这些不利影响都需要在试验中尽量避免；特别是试验水头会对试验结果造成直接影响，不合理的试验水头甚至会造成试验结果出现极大差。在试验时要依据合理的取值范围，所得土体渗透系数才较为准确，必要时还可以结合现场取原状土样至室内进行试验的方法来比对校正，或者增加试验组数利用多组数据综合分析，得出更为准确的结果。
在土体的室内方面，程勤波推求了降水头条件下推求土体渗透系数的方法[50]。杨波通过不同渗透压强下的渗透试验研究了重塑黄土的渗透性[51]。渗透过程分别考虑了不同的孔隙比和不同压强对重塑黄土的渗透性的影响。结果表明：重塑黄土的渗透系数随孔隙比增大呈先增大再减小的趋势；重塑黄土的渗透系数随反压增大呈减小的趋势；加压阶段重塑黄土的渗透系数变化约为卸压阶段渗透系数变化的15倍左右；孔隙比越大渗透对土体结构影响也越大。王铁行分析了非饱和黄土渗透系数随干密度和含水量的变化规律[52]，结果表明，渗透系数随着含水量的增大而单调加速增大，密实黄土的渗透系数对干密度的变化比较敏感。程春龙则针对由特征粒径推求渗透系数的经验公式均具有局限性的问题，以长江江苏段河床沉积物为例，对其进行颗粒分析[53]，得到沉积物的粒组成分及有关特征粒径，通过试验表明，渗透系数与特征粒径d10之间存在显著的二次函数关系，所建立的回归公式能较好地应用于长江江苏段河道。
以上方法研究重点多为土体垂直渗透系数，事实上由于土体的结构性及各向异性的影响，土体的水平渗透系数与垂直渗透系数是存在差异性的，土体的水平渗透系数也对其整体渗透性能存在很大影响。土体的渗透系数具有各向异性，这就需要测定水平方向的渗透系数。基于此，张福海等人[54]研制了粗颗粒土渗透系数及土体渗透变形测试仪，该仪器设置了密封抽气饱和装置，可以对土样进行抽气饱和，测试试样垂直向、水平向渗透破坏时的临界水力坡降。郭彪等人[55]在多层砂井地基固结性状分析中，对多层砂井地基的固结问题和双层砂井地基的固结性状进行分析。结果发现：当涂抹区水平渗透系数呈抛物线变化时地基固结最快，呈线性变化时次之，不变时最慢。于欣[56]选取陕西省宝鸡市秦岭山前黄土丘陵区为研究区，主要采用竖管法、双环法和抽水试验来测定黄土的渗透系数，在此基础上进行黄土渗透系数的空间变异性、各向异性和尺度效应的研究。发现渗透系数的测量尺度在16cm-85cm之间时，垂向渗透系数的几何平均数值随尺度的增大而减小，而水平向渗透系数的尺度效应不明显。表层黄土在小尺度范围内垂向渗透系数值随尺度的增大而增大，而水平向渗透系数随尺度效应不明显。刘蒙蒙[57]通过室内的变水头渗透试验测得黄土饱和垂向渗透系数与水平渗透系数，并进行正态分布检验，然后采用传统统计学方法和地统计学方法分析其空间变异特性。发现基于传统的统计学方法，得出探槽处Kh、Kv，平硐处Kh、Kv都属于中等变异性。基于地统计学，探槽及平硐处的饱和渗透系数Kh、Kv的空间变异性主要由黄土自身的结构性引起的，随机性引起的空间变异性很小，作用很小。探槽和平硐处Kv的变程值大于Kh的变程值，竖直方向的相关性要比水平方向大。
对于均质土坝坝体渗透系数的检测，韦港和闫宇[58]认为现场注水试验对于均质土坝坝体渗透性测试存在较大误差，特别是对于小型水库较为单薄的大坝坝体基本上不适用。他们认均质土坝现场测试的结果与实验室测试的结果有较大的差异，而对天然地质岩土体还是较为可靠的。
蒋步云等[59]-[60]利用酚酞作为指示剂对土壤磷的检测，证明比二硝基苯酚作为指示剂的效果要好，酚酞试剂在工地现场比较好调配，不需要严格的实验室条件，而且易储存不容易变质。在酚酞灵敏度上，刘庆文、崔树宝[61]指出，在8.2<pH<10.0时，酚酞指示剂较为灵敏，而当pH>12.0时，酚酞试剂会慢慢褪色，直至呈无色。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种粘性土水平渗透系数检测装置，可以对粘性土水平渗透系数进行检测，并且无试验场地要求。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种粘性土水平渗透系数检测装置，包括箱体，箱体两侧分别平行设置有深度一致的测试孔和测试坑，测试孔底部开设有流向测试坑的渗流通道，渗流通道内设置有用于容纳测试土的隔离腔，隔离腔的进水端和出水端均采用多孔隔板分隔。
进一步的，测试孔一侧设置容纳试剂的储存腔，测试孔内有用于滴入试剂的流量阀门，流量阀门与储存腔连通。
进一步的，隔离腔内设置有抽屉，抽屉两侧设置有供水流进出的开口，多孔隔板分别安装在抽屉两侧，箱体侧壁开设有供抽屉进出的开口。
进一步的，隔离腔底部设置有与抽屉配合的滑槽，隔离腔两侧设置有与抽屉配合的导向板。
进一步的，渗流通道与抽屉之间的间隙之间设置有柔性密封条。
进一步的，测试孔和测试坑设置有与隔离器外径一致的导向孔，导向孔内活动设置有塞柱，赛柱底部坐落在抽屉内。
进一步的，测试孔和储存腔均设置有容积刻度。
进一步的，箱体采用透明材质。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型在使用时，通过隔离腔内放置测试土，并保证测试土与隔离腔之间的间隙不会出现渗流。在测试孔注水，形成水头差，观察测试土，待水渗入测试土体达到饱和状态后，在测试孔滴入酚酞试剂，并记录此时时间；在测试坑底加入碱液，当观察到测试坑内的碱液变红后记录此时时间，根据渗流时间和测试坑与测试孔之间的渗流长度计算水平渗透系数。
附图说明
图1为本实用新型内部结构示意图；
图2为图1中B部分的放大图；
图3为图1中A-A部分的剖视图；
图4为本实用新型抽屉打开时示意图；
图中：1.箱体、2.测试孔、3.测试坑、4.渗流通道、5.多孔隔板、6.储存腔、7.流量阀门、8.抽屉、9.滑槽、10.导向板、11.柔性密封条、12.导向孔、13.塞柱、14电磁阀、15.测试土。
具体实施方式
参照图1-4，一种粘性土水平渗透系数检测装置，包括箱体1，箱体1两侧分别平行设置有深度一致的测试孔2和测试坑3，测试孔2底部开设有流向测试坑3的渗流通道4，渗流通道4内设置有用于容纳测试土15的隔离腔，隔离腔的进水端和出水端均采用多孔隔板5分隔。在进行测试时，在隔离腔内放置测试土15，并保证测试土15与隔离腔之间的间隙不会出现渗流。在测试孔2注水，形成水头差，观察测试土15，待水渗入测试土15体达到饱和状态后，在测试孔2滴入酚酞试剂，并记录此时时间；在测试坑3底加入碱液，当观察到测试坑3内的碱液变红后记录此时时间，根据渗透系数的计算公式
其中i为水力梯度，s渗流长度，t为渗流时间；将记录的渗流时间和测试土15的长度代入，计算水平渗透系数。
进一步的，测试孔2一侧设置容纳试剂的储存腔6，测试孔2内有用于滴入试剂的流量阀门7，流量阀门7与储存腔6连通，方便酚酞试剂滴入，采用流量阀门7，可方便控制酚酞试剂的滴入量。箱体1两侧和储存腔6上均设置有的电磁阀14，为了方便箱体1和储存腔6内的液体排出和清洗。
进一步的，隔离腔内设置有抽屉8，抽屉8两侧设置有供水流进出的开口，多孔隔板5分别安装在抽屉8两侧，箱体1侧壁开设有供抽屉8进出的开口。从而方便测试土15的更换，方便工作人员快速对不同土体测试。
进一步的，隔离腔底部设置有与抽屉8配合的滑槽9，隔离腔两侧设置有与抽屉8配合的导向板10。
进一步的，渗流通道4与抽屉8之间的间隙之间设置有柔性密封条11。从而防止水流和试剂从渗流通道4与抽屉8之间的间隙渗入测试坑3内，从而影响测试的准确性。
进一步的，测试孔2和测试坑3设置有与隔离器外径一致的导向孔12，导向孔12内活动设置有塞柱13，赛柱底部坐落在抽屉8内。当测试土15防止在抽屉8上后，通过赛柱轻轻敲击测试土15上部，从而使测试土15上部夯实，且赛柱底部坐落在测试土15上，从而实现对测试土15上部间隙的隔断，从而防止水流和试剂从渗流通道4与抽屉8之间的间隙渗入测试坑3内。
进一步的，测试孔2和储存腔6均设置有容积刻度，方便控制试剂和水的注入量。
进一步的，箱体1采用透明材质，方便试验人员观察土体渗透情况和测试坑3内的碱液变红情况。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种粘性土水平渗透系数检测装置，其特征是：包括箱体，箱体两侧分别平行设置有深度一致的测试孔和测试坑，测试孔底部开设有流向测试坑的渗流通道，渗流通道内设置有用于容纳测试土的隔离腔，隔离腔的进水端和出水端均采用多孔隔板分隔。
2.根据权利要求1所述的一种粘性土水平渗透系数检测装置，其特征是：测试孔一侧设置容纳试剂的储存腔，测试孔内有用于滴入试剂的流量阀门，流量阀门与储存腔连通。
3.根据权利要求1或2所述的一种粘性土水平渗透系数检测装置，其特征是：隔离腔内设置有抽屉，抽屉两侧设置有供水流进出的开口，多孔隔板分别安装在抽屉两侧，箱体侧壁开设有供抽屉进出的开口。
4.根据权利要求3所述的一种粘性土水平渗透系数检测装置，其特征是：隔离腔底部设置有与抽屉配合的滑槽，隔离腔两侧设置有与抽屉配合的导向板。
5.根据权利要求4所述的一种粘性土水平渗透系数检测装置，其特征是：渗流通道与抽屉之间的间隙之间设置有柔性密封条。
6.根据权利要求3所述的一种粘性土水平渗透系数检测装置，其特征是：测试孔和测试坑设置有与隔离器外径一致的导向孔，导向孔内活动设置有塞柱，赛柱底部坐落在抽屉内。
7.根据权利要求2所述的一种粘性土水平渗透系数检测装置，其特征是：测试孔和储存腔均设置有容积刻度。
8.根据权利要求1所述的一种粘性土水平渗透系数检测装置，其特征是：箱体采用透明材质。
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