本发明涉及岩土工程岩土体参数测量领域，尤其涉及一种砂性土体渗透系数测量的简便装置。
背景技术：
渗透系数是衡量岩土体透水能力的重要指标，砂性土体由于难以取得原状试样，其渗透系数的测量一般在现场采用抽水法或者注水法进行。这两种方法的测量需要在场地的钻孔中进行抽水或者注水，测试工艺复杂，需要的人力物力较多，相应的测试时间较长，对工程实践带来了不便。此外，由于渗透系数的变异性，不同部位的渗透系数有所变化，而抽水法或注水法测量范围大，得到的渗透系数为整个测量范围内的渗透系数的均值，无法反映渗透系数的不均匀性。随着科技的发展，传感器的广泛应用，采用压力传感器和数字化处理技术也是顺应时代的发展。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有测试设备的不足，为现场快速测试岩土体渗透系数，提供一种砂性土体渗透系数测量的简便装置及其使用方法。
一种砂性土体渗透系数测量的简便装置包括管子组件、压力传感器、活塞、端盖、推杆、内胆管、橡胶气囊、法兰、紧箍圈、密封塞、o型密封圈、传输线、记录仪、加长杆、压力表、方向阀、压缩机、气阀、进气管、密封螺母、垫圈、密封环；压力传感器在管子组件内，安装在活塞上，通过传输线与记录仪相连接，传输线经过端盖和法兰上的小孔,小孔中装有密封塞，内胆管在橡胶气囊中，在内胆管的两端有两个紧箍圈将橡胶气囊扎紧在内胆管上，法兰、端盖分别装在内胆管的上下两个端口，在法兰和端盖的外圆柱面上均装有一对密封环，在法兰和端盖的中心孔内均装有一对o型密封圈，推杆通过法兰和端盖的中心孔，贯穿上下，在推杆的下端装有活塞，上端可以装接加长杆，进气管通过密封螺母、垫圈安装在法兰上，一端口伸进内胆管中，另一端口通过导气管依次与压力表、气阀、方向阀、压缩机连接，橡胶气囊7在充气状态下与管子组件的内壁紧密接触，起到封堵作用。
其中的管子组件包括提拉管、筛漏管、内衬管、内衬套、底托盘；在筛漏管外，套有提拉管，在筛漏管内，上端装有内衬管，下端装有内衬套，底托盘装在筛漏管下端部的内衬套上,底托盘与内衬套、内衬套与筛漏管之间的配合均是过盈配合，可以承受较大的力。
在使用该装置前，先将提拉管、筛漏管、内衬管、内衬套、底托盘组装成管子组件；将组装好的管子组件的底托盘的一端朝下放入钻好的孔中，施加一定压力给提拉管，提拉管传力给底托盘，底托盘带动内衬套和筛漏管向下行，管子组件就可以进入到孔的预定深度。
砂性土体渗透系数测量的简便装置使用方法如下：
1)准备就位：首先要将管子组件压入钻好的孔中，待到预定的深度，将提拉管向上回提，回提长度不超过筛漏管的长度，固定好提拉管的位置，向原钻孔的筛漏管周围回填粗砂粒，向提拉管周围回填水泥浆封堵；将未充气的该装置放入预埋好的管子组件中，放置在筛漏管上，使端盖下部的锥形面刚好与内衬管的内锥面接触吻合；
2)充气封堵：开启压缩机，向橡胶气囊充气，随着气压的增加，橡胶气囊逐渐打开，将橡胶气囊与提拉管之间的缝隙堵死，使橡胶气囊以下的部位形成密闭的空腔，直至压力表的读数达到预定值，关停压缩机；
3)活塞加压：静等3～5分钟，待筛漏管内与渗透层间水压平衡后，推动推杆，活塞向下运动，挤压筛漏管中的水，受压的水通过筛漏管向砂土层渗透；
4)数据处理：压力传感器将测到的水压力值实时地传输给记录仪，记录仪存储压力值，并按照预先设定的算法，计算被测砂土层的渗透系数。
本发明提供一种砂性土体渗透系数测量的简便装置，相对于常规的注水试验，特点是测量快速、设备便携，不再需要在测试部位注水，简化了渗透系数的测试。通过对封堵以及加压等功能的集成，使得水压力在较短时间内有明显的升高，然后自然消散，缩短了测试时间。采用压力传感器记录水压力随时间的变化过程，获得实时数据，提高了渗透系数的测试的精确度，设备简单便于携带，操作简便。
附图说明
图1为一种砂性土体渗透系数测量的简便装置的结构示意图；
图2为管子组件的结构示意图；
图3为法兰的半剖结构示意图；
图中：管子组件1、压力传感器2、活塞3、端盖4、推杆5、内胆管6、橡胶气囊7、法兰8、紧箍圈9、密封塞10、o型密封圈11、传输线12、记录仪13、加长杆14、压力表15、方向阀16、压缩机17、气阀18、进气管19、密封螺母20、垫圈21、密封环22、提拉管23、筛漏管24、内衬管25、内衬套26、底托盘27。
具体实施方式
如图1所示，一种砂性土体渗透系数测量的简便装置包括管子组件1、压力传感器2、活塞3、端盖4、推杆5、内胆管6、橡胶气囊7、法兰8、紧箍圈9、密封塞10、o型密封圈11、传输线12、记录仪13、加长杆14、压力表15、方向阀16、压缩机17、气阀18、进气管19、密封螺母20、垫圈21、密封环22；压力传感器在管子组件1内，安装在活塞3上，通过传输线12与记录仪13相连接，传输线12经过端盖4和法兰8上的小孔,小孔中装有密封塞10，内胆管6在橡胶气囊7中，在内胆管6的两端有两个紧箍圈9将橡胶气囊7扎紧在内胆管6上，法兰8、端盖4分别装在内胆管6的上下两个端口，在法兰8和端盖4的外圆柱面上均装有一对密封环22，在法兰8和端盖4的中心孔内均装有一对o型密封圈11，推杆5通过法兰8和端盖4的中心孔，贯穿上下，在推杆的下端装有活塞3，上端可以装接加长杆14，进气管19通过密封螺母20、垫圈21安装在法兰8上，一端口伸进内胆管6中，另一端口通过导气管依次与压力表15、气阀18、方向阀16、压缩机17连接，橡胶气囊7在充气状态下与管子组件1的内壁紧密接触，起到封堵作用。
如图2所示，管子组件1包括提拉管23、筛漏管24、内衬管25、内衬套26、底托盘27；在筛漏管24外，套有提拉管23，在筛漏管24内，上端装有内衬管25，下端装有内衬套26，底托盘27装在筛漏管24下端部的内衬套26上,底托盘27与内衬套26、内衬套26与筛漏管24之间的配合均是过盈配合，可以承受较大的力。
在使用该装置前，先将提拉管23、筛漏管24、内衬管25、内衬套26、底托盘27组装成管子组件1；将组装好的管子组件1的底托盘27的一端朝下放入钻好的孔中，施加一定压力给提拉管23，提拉管23传力给底托盘27，底托盘27带动内衬套26和筛漏管24向下行，管子组件就可以进入到孔的预定深度。
活塞3、推杆5和内衬管25三者组合形成了该装置的加压系统，活塞3在内衬管25内，推杆5装在活塞3的中心孔中，活塞3在推杆5的作用下，沿着内衬管25的内壁可以上下活动；推杆5是两端封闭中空的不锈钢管，在推杆5两端10cm处各设有一个换气孔，作用是当外力加在推杆5上使活塞3下行时，内衬管25与活塞3形成的空腔与大气相通，不至于形成真空，以减小加在在推杆5上的推力；推杆5安装在端盖4和法兰8的中心孔中，外圆柱面直接与两对o型密封圈11接触，在外力作用下可以上下运动。在使用中,可根据实际需要在推杆5的上端加接加长杆14。
端盖4是个带凸沿的圆盘类零件，在它的外圆柱面上设有两条沉槽，是用来放置密封环22的，以保证端盖4装入内胆管6后，端盖4和内胆管6的接触面密封，即不漏气也不漏水；在端盖4的盘面上设有两个通孔，其中一个小孔是用来装入密封塞10通过传输线12的，保证不漏气不漏水；端盖4盘面上的中心孔，是用来安装推杆5的，在中心孔内，设有两个o型内环槽，是用来放置o型密封圈11的，以保证推杆5穿过端盖4中心孔时，即不漏气也不漏水。
内胆管6是不锈钢薄壁圆筒，是该装置的的主骨架，起着承上启下的作用，在它的上端装有法兰8，下端装有端盖4，在它的外部裹有橡胶气囊7，在它的圆柱面上有数个圆形通孔，通孔是作为由进气管19进来的气体流向橡胶气囊7的必要通道。
如图3所示，法兰8与端盖4很相似，外形大小都一样，在它的外圆柱面上有两条沉槽，在中心孔内，有两个o型内环槽，盘面上有一个装密封塞10的通孔，用来通过传输线12；不同之处是在法兰8的盘面上另有一个通孔，是用来安装进气管19的，由密封螺母20和垫圈21将进气管19固定在法兰8上，并确保接触面不漏气不漏水。
记录仪13是有储存和读取功能的电子元件，通过传输线12与压力传感器2相连接，压力传感器2将感应到的压力实时传输给记录仪13，记录仪13按照预先设定的算法规则，处理传输来的信息，并把处理好的信息数据记录储存在记录仪13的储存卡中，以备调取拷贝。
提拉管23的内径稍大于筛漏管24的外径，长度应等于钻孔深度，筛漏管24的圆柱面上有小孔均匀分布，像筛子一样起到过滤的作用，水可以通过，但大的砂粒是通不过的，底托盘27是有凸台的圆盘类零件，装在筛漏管24和内衬套26的下端部，凸台装入内衬套26的内孔中，与内衬套26的内孔形成过盈配合，能够承受较大的推力而不脱出。
砂性土体渗透系数测量的简便装置的使用方法如下：
1)准备就位：首先要将管子组件1压入钻好的孔中，待到预定的深度，将提拉管23向上回提，回提长度不超过筛漏管24的长度，固定好提拉管23的位置，向原钻孔的筛漏管24周围回填粗砂粒，向提拉管23周围回填水泥浆封堵；将未充气的该装置放入预埋好的管子组件1中，放置在筛漏管24上，使端盖4下部的锥形面刚好与内衬管26的内锥面接触吻合；
2)充气封堵：开启压缩机17，向橡胶气囊7充气，随着气压的增加，橡胶气囊7逐渐打开，将橡胶气囊7与提拉管23之间的缝隙堵死，使橡胶气囊7以下的部位形成密闭的空腔，直至压力表的读数达到预定值，关停压缩机17；
3)活塞加压：静等3～5分钟，待筛漏管24内与渗透层间水压平衡后，推动推杆5，活塞3向下运动，挤压筛漏管24中的水，受压的水通过筛漏管24向砂土层渗透；
4)数据处理：压力传感器2将测到的水压力值实时地传输给记录仪13，记录仪13存储压力值，并按照预先设定的算法，计算被测砂土层的渗透系数。
该砂性土体渗透系数测量的简便装置的工作原理是：将该测量装置的管子组件1放入钻好的孔中，向其周围先回填粗砂粒，然后在提拉管23周围回填水泥浆封堵，这样就保证装置周围不泄漏；再通过向橡胶气囊7中充气，使橡胶气囊7腹胀，将提拉管23内表面封堵，使该装置下部的压力传感器2周围形成了隔离的测试腔，达到测量土体渗透系数的条件。通过推杆5向下运动，在封闭的测试腔内产生超静水压力，在超静水压力作用下，水向周边岩土体逐渐渗透消散，渗透消散的速度取决于岩土体的透水能力。随着水向四周的渗透消散，超静水压力逐渐减小，压力传感器2记录此超静水压力的变化过程，得到封闭测试腔超静水压力随时间变化的曲线，可以用于计算岩土体的渗透系数。由于砂性土体渗透快，渗透性高，要想较精确地测量它的渗透系数，需要较高的超静水压力，延长渗透时间，这里采用活塞式推杆，通过大面积加压以获得较高的超静水压力，以满足测量时间，提高测量的精确度。