一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置及量测方法与流程

本发明属于水利工程模型试验技术领域，具体涉及一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置及量测方法。

背景技术：

土中孔隙相互连通时可形成透水通道，水在土孔隙通道中流动的现象，叫做水的渗流；土的渗透系数是评定土渗透性大小的参数；为更准确的测得粗粒土的渗透特性参数，采用大尺寸渗透仪对原状级配粗粒土填筑料进行渗透特性试验。此类渗透试验由于渗透仪试样截面面积大、渗流坡降试验阈值宽，渗水量变化幅度大，单一传统的测量工具无法满足试验精度和准确度要求；常规渗透变形试验中，人工测量渗水量准确度和精度较低且数据采集效率低下，因此需要一种既可以测量小微流量又能测得大流量的测试装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置及量测方法，克服了现有技术中存在的问题。

为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置，包括进水管、电磁流量计、出水口阀门、量筒出水口、测量筒组件、控制采集组件和蓄水箱，其中进水管一端连接渗透仪，进水管另一端连接量筒出水口，所述进水管和量筒出水口之间的管路上设置有电磁流量计和出水口阀门，量筒出水口设置于测量筒组件正上方，所述测量筒组件输出端连接蓄水箱，其中电磁流量计和测量筒组件分别与控制采集组件电连接。

优选的，所述进水管包括前端进水管和后端进水管，前端进水管输入端通过第一法兰接头与渗透仪的渗透仪出水口连接，所述前端进水管输出端通过两个第二法兰接头与电磁流量计连接，其中一个第二法兰接头设置于电磁流量计输入端，另一个第二法兰接头设置于电磁流量计输出端，所述后端进水管输入端与设置于电磁流量计输出端的第二法兰接头连接，后端进水管输出端连接量筒出水口，所述前端进水管随着靠近电磁流量计的方向其内径逐渐减小，并且前端进水管的内径大于后端进水管的内径。

优选的，所述测量筒组件包括开关阀、连通管、排水管、大测量筒、小测量筒、磁翻板远传液位计、测量筒基座、小测量筒排水阀和大测量筒排水阀，大测量筒和小测量筒分别竖直固定于测量筒基座上，所述大测量筒和小测量筒之间通过连通管连通，连通管上设置有开关阀，所述小测量筒与磁翻板远传液位计连接，磁翻板远传液位计与控制采集组件电连接，所述大测量筒和小测量筒底部分别通过排水管与蓄水箱连接，其中大测量筒与蓄水箱连接的排水管上设置有大测量筒排水阀，小测量筒与蓄水箱连接的排水管上设置有小测量筒排水阀，所述量筒出水口为两个，其中两个量筒出水口分别设置于大测量筒和小测量筒正上方。

优选的，所述大测量筒和小测量筒之间通过两个连通管连通，其中一个连通管设置于大测量筒和小测量筒下侧，另一个连通管设置于大测量筒和小测量筒上侧，所述两个连通管相互平行，并且两个连通管上均设置有开关阀。

优选的，所述大测量筒和小测量筒的高度相同，并且大测量筒的直径大于小测量筒的直径。

优选的，所述磁翻板远传液位计包括液位浮球、磁翻板、测量管柱和磁翻板远传液位计控制组件，其中测量管柱与小测量筒连通，液位浮球设置于测量管柱内，所述测量管柱一侧设置有由多个磁翻板排列组成的磁翻板柱，其中磁翻板柱的高度与测量管柱的高度相同，所述磁翻板远传液位计控制组件设置于测量管柱顶部，其中磁翻板远传液位计控制组件分别与多个磁翻板电连接，并且磁翻板远传液位计控制组件与控制采集组件电连接。

优选的，所述控制采集组件包括数据传输线和全自动数据采集模块，其中电磁流量计和磁翻板远传液位计分别通过数据传输线与全自动数据采集模块电连接，所述全自动数据采集模块包括数据测试采集模块、数据处理模块、数据反馈模块、数据保存模块和设备控制模块，其中数据测试采集模块、数据处理模块、数据反馈模块和设备控制模块依次连接，数据测试采集模块和数据处理模块分别与数据保存模块连接。

优选的，所述全自动数据采集模块的数据处理模块内置单筒法测量与双筒法测量两种测量模式，当采用单筒法测量时，关闭开关阀，调整出水口阀门使小测量筒正上方的量筒出水口打开，大测量筒正上方的量筒出水口关闭；当采用双筒法测量时，打开开关阀保证大测量筒和小测量筒连通，调整出水口阀门使大测量筒和小测量筒正上方的量筒出水口打开。

优选的，一种如上所述的用于大型渗透试验的渗水量量测装置的量测方法，具体步骤如下：

步骤1：将进水管与渗透仪出水口连接，打开出水口阀门，检查电磁流量计、磁翻板远传液位计的性能状态，将全自动数据采集模块模式设置为单筒法测量，并输入小测量筒直径d，设置采集时长t；

步骤2：当渗水量较小时，渗透仪出水口流量较小，采用单筒法测量流量，关闭大测量筒和小测量筒之间的开关阀，水流进入小测量筒，液位浮球随水位的升高而升高，磁翻板发生相应翻转，每间隔时间t全自动数据采集模块自动记录液面升高增量，根据输入直径计算实时水流量；当小测量筒水位即将升高至筒顶面时，打开小测量筒排水阀放水，等筒内水排光之后关闭小测量筒排水阀继续测量；

步骤3：当渗水量超过单筒法测量限值后，将全自动数据采集模块模式设置改为双筒法测量，分别输入大测量筒直径d和小测量筒直径d，打开大测量筒和小测量筒之间的开关阀，保证大测量筒和小测量筒连通，液位浮球随水位的升高而升高，磁翻板发生相应翻转，每间隔时间t全自动数据采集模块自动记录液面升高增量，根据输入直径计算实时水流量；当大测量筒和小测量筒水位即将升高至筒顶面时，打开测量大测量筒排水阀和小测量筒排水阀放水，等筒内水排光之后关闭大测量筒排水阀和小测量筒排水阀继续测量；

步骤4：当渗水量继续增大，此时打开大测量筒与小测量筒下的大测量筒排水阀和小测量筒排水阀，采用电磁流量计进行测量，所测的数据经过数据传输线传至全自动数据采集模块。

优选的，所述步骤2中计算实时水流量的计算公式如下：

q=1/4πd²△h/t

所述步骤3中计算实时水流量的计算公式如下：

q=1/4πd²△h/t+1/4πd²△h/t

其中：

q-水流量，m³/s；

d-小测量筒直径，m；

d-大测量筒直径，m；

△h-液面升高增量，m；

t-采集时长，s。

相对于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明公开了一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置，在磁翻板远传液位计测量流量时，还设置了单筒法测量与双筒法测量两种模式，扩大了磁翻板远传液位计适用量程范围，同时保证具有足够的精度，测量精度和自动化程度高、适用范围广；

（2）本发明通过磁翻板远传液位计与电磁流量计组合使用的方式，在满足渗水量测量精度和准确度的前提下，扩大了流量测量范围，当渗水量较小时，采用磁翻板远传液位计进行单筒法测量，当渗水量较大时，采用磁翻板远传液位计进行双筒法测量，当渗水量继续增大时，采用电磁流量计测量，满足大尺寸渗透仪不同试验水头作用下渗水量的测量要求；

（3）本发明通过可更改测量模式的全自动数据采集模块，自动化程度高，操作方便，即提高了渗透变形试验渗水量测量的准确度又提高了测试效率，同时减少人力，降低试验成本。

附图说明

图1、本发明一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置的结构示意图；

图2、本发明一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置的磁翻板远传液位计的剖面示意图；

图3、本发明一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置的全自动数据采集模块连接示意图。

附图标记说明：

1、渗透仪出水口，2、第一法兰接头，3、进水管，4、电磁流量计，5、出水口阀门，6、开关阀，7、连通管，8、排水管，9、大测量筒，10、小测量筒，11、磁翻板远传液位计，12、液位浮球，13、数据传输线，14、全自动数据采集模块，15、蓄水箱，16、测量筒基座，17、小测量筒排水阀，18、大测量筒排水阀，19、磁翻板，20、量筒出水口，21、测量管柱，22、第二法兰接头，23、磁翻板远传液位计控制组件；

3-1、前端进水管，3-2、后端进水管；

14-1、数据测试采集模块，14-2、数据处理模块，14-3、数据反馈模块，14-4、数据保存模块，14-5、设备控制模块。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

如图1所示，本发明公开了一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置，包括进水管3、电磁流量计4、出水口阀门5、量筒出水口20、测量筒组件、控制采集组件和蓄水箱15，其中进水管3一端连接渗透仪，进水管3另一端连接量筒出水口20，所述进水管3和量筒出水口20之间的管路上设置有电磁流量计4和出水口阀门5，量筒出水口20设置于测量筒组件正上方，所述测量筒组件输出端连接蓄水箱15，其中电磁流量计4和测量筒组件分别与控制采集组件电连接。

实施例2

优选的，如图1所示，所述进水管3包括前端进水管3-1和后端进水管3-2，前端进水管3-1输入端通过第一法兰接头2与渗透仪的渗透仪出水口1连接，所述前端进水管3-1输出端通过两个第二法兰接头22与电磁流量计4连接，其中一个第二法兰接头22设置于电磁流量计4输入端，另一个第二法兰接头22设置于电磁流量计4输出端，所述后端进水管3-2输入端与设置于电磁流量计4输出端的第二法兰接头22连接，后端进水管3-2输出端连接量筒出水口20，所述前端进水管3-1随着靠近电磁流量计4的方向其内径逐渐减小，并且前端进水管3-1的内径大于后端进水管3-2的内径。

将前端进水管3-1设置成靠近渗透仪出水口1直径大，靠近后端进水管3-2直径小的形式，这样设置可有效保证电磁流量计4的测量精度。

实施例3

优选的，如图1所示，所述测量筒组件包括开关阀6、连通管7、排水管8、大测量筒9、小测量筒10、磁翻板远传液位计11、测量筒基座16、小测量筒排水阀17和大测量筒排水阀18，大测量筒9和小测量筒10分别竖直固定于测量筒基座16上，所述大测量筒9和小测量筒10之间通过连通管7连通，连通管7上设置有开关阀6，所述小测量筒10与磁翻板远传液位计11连接，磁翻板远传液位计11与控制采集组件电连接，所述大测量筒9和小测量筒10底部分别通过排水管8与蓄水箱15连接，其中大测量筒9与蓄水箱15连接的排水管8上设置有大测量筒排水阀18，小测量筒10与蓄水箱15连接的排水管8上设置有小测量筒排水阀17，所述量筒出水口20为两个，其中两个量筒出水口20分别设置于大测量筒9和小测量筒10正上方。

优选的，如图1所示，所述大测量筒9和小测量筒10之间通过两个连通管7连通，其中一个连通管7设置于大测量筒9和小测量筒10下侧，另一个连通管7设置于大测量筒9和小测量筒10上侧，所述两个连通管7相互平行，并且两个连通管7上均设置有开关阀6。

所述两个连通管7分别与测量筒基座16平行。

优选的，如图1所示，所述大测量筒9和小测量筒10的高度相同，并且大测量筒9的直径大于小测量筒10的直径。

实施例4

优选的，如图1、2所示，所述磁翻板远传液位计11包括液位浮球12、磁翻板19、测量管柱21和磁翻板远传液位计控制组件23，其中测量管柱21与小测量筒10连通，液位浮球12设置于测量管柱21内，所述测量管柱21一侧设置有由多个磁翻板19排列组成的磁翻板柱，其中磁翻板柱的高度与测量管柱21的高度相同，所述磁翻板远传液位计控制组件23设置于测量管柱21顶部，其中磁翻板远传液位计控制组件23分别与多个磁翻板19电连接，并且磁翻板远传液位计控制组件23与控制采集组件电连接。

所述磁翻板远传液位计控制组件23将磁翻板19的翻转信号传递给全自动数据采集模块14，能实现该功能的设备均可使用。

所述磁翻板柱一侧设置有刻度，用于随时观察磁翻板19的翻动位置。

实施例5

优选的，如图1、3所示，所述控制采集组件包括数据传输线13和全自动数据采集模块14，其中电磁流量计4和磁翻板远传液位计11分别通过数据传输线13与全自动数据采集模块14电连接，所述全自动数据采集模块14包括数据测试采集模块14-1、数据处理模块14-2、数据反馈模块14-3、数据保存模块14-4和设备控制模块14-5，其中数据测试采集模块14-1、数据处理模块14-2、数据反馈模块14-3和设备控制模块14-5依次连接，数据测试采集模块14-1和数据处理模块14-2分别与数据保存模块连接。所述数据测试采集模块14-1用于采集渗出水量数据，数据处理模块14-2根据采集的数据计算实时水流量，数据反馈模块14-3用于根据实时水流量选择测量模式，设备控制模块14-5用于调整设备使其配合选择的测试模式，数据保存模块14-4用于储存数据，全自动数据采集模块14中的单筒法测量与双筒法测量两种测量模式的切换属于现有技术。

优选的，所述全自动数据采集模块14的数据处理模块14-2内置单筒法测量与双筒法测量两种测量模式，当采用单筒法测量时，关闭开关阀6，调整出水口阀门5使小测量筒10正上方的量筒出水口20打开，大测量筒9正上方的量筒出水口20关闭；当采用双筒法测量时，打开开关阀6保证大测量筒9和小测量筒10连通，调整出水口阀门5使大测量筒9和小测量筒10正上方的量筒出水口20打开。

所述全自动数据采集模块14安装于计算机中。

实施例6

优选的，一种如上所述的用于大型渗透试验的渗水量量测装置的测量方法，具体步骤如下：

步骤1：将进水管3与渗透仪出水口1连接，打开出水口阀门5，检查电磁流量计4、磁翻板远传液位计11的性能状态，将全自动数据采集模块14模式设置为单筒法测量，并输入小测量筒10直径d，设置采集时长t；

步骤2：当渗水量较小时，渗透仪出水口1流量较小，采用单筒法测量流量，关闭大测量筒9和小测量筒10之间的开关阀6，水流进入小测量筒10，液位浮球12随水位的升高而升高，磁翻板19发生相应翻转，每间隔时间t全自动数据采集模块14自动记录液面升高增量，根据输入直径计算实时水流量；当小测量筒10水位即将升高至筒顶面时，打开小测量筒排水阀17放水，等筒内水排光之后关闭小测量筒排水阀17继续测量；

步骤3：当渗水量超过单筒法测量限值后，将全自动数据采集模块14模式设置改为双筒法测量，分别输入大测量筒9直径d和小测量筒10直径d，打开大测量筒9和小测量筒10之间的开关阀6，保证大测量筒9和小测量筒10连通，液位浮球12随水位的升高而升高，磁翻板19发生相应翻转，每间隔时间t全自动数据采集模块14自动记录液面升高增量，根据输入直径计算实时水流量；当大测量筒9和小测量筒10水位即将升高至筒顶面时，打开测量大测量筒排水阀18和小测量筒排水阀17放水，等筒内水排光之后关闭大测量筒排水阀18和小测量筒排水阀17继续测量；

步骤4：当渗水量继续增大，此时打开大测量筒9与小测量筒10下的大测量筒排水阀18和小测量筒排水阀17，采用电磁流量计4进行测量，所测的数据经过数据传输线13传至全自动数据采集模块14。

所述步骤2中计算实时水流量的计算公式如下：

q=1/4πd²△h/t

所述步骤3中计算实时水流量的计算公式如下：

q=1/4πd²△h/t+1/4πd²△h/t

其中：

q-水流量，m³/h；

d-小测量筒直径，m；

d-大测量筒直径，m；

△h-液面升高增量，m；

t-采集时长，h。

实施例7

根据实施例6量测方法进行大型渗透试验的渗水量量测，其中小测量筒10的直径为15cm，大测量筒9的直径为30cm；

步骤1：将进水管3与渗透仪出水口1连接，打开出水口阀门5，检查电磁流量计4、磁翻板远传液位计11的性能状态，将全自动数据采集模块14模式设置为单筒法测量，并输入小测量筒10直径15cm，设置采集时长30s；

步骤2：当渗水量较小时，渗透仪出水口1流量较小，采用单筒法测量流量，关闭大测量筒9和小测量筒10之间的开关阀6，水流进入小测量筒10，液位浮球12随水位的升高而升高，磁翻板19发生相应翻转，每间隔时间t全自动数据采集模块14自动记录液面升高增量，根据输入直径计算实时水流量（30s内液面升高增量20cm，因此实时水流量为0.43m³/h）；当小测量筒10水位即将升高至筒顶面时，打开小测量筒排水阀17放水，等筒内水排光之后关闭小测量筒排水阀17继续测量；

步骤3：当渗水量超过单筒法测量限值后，将全自动数据采集模块14模式设置改为双筒法测量，分别输入大测量筒9直径30cm和小测量筒10直径15cm，打开大测量筒9和小测量筒10之间的开关阀6，保证大测量筒9和小测量筒10连通，液位浮球12随水位的升高而升高，磁翻板19发生相应翻转，每间隔时间t全自动数据采集模块14自动记录液面升高增量，根据输入直径计算实时水流量（30s内液面升高增量20cm，因此实时水流量为2.12m³/h）；当大测量筒9和小测量筒10水位即将升高至筒顶面时，打开测量大测量筒排水阀18和小测量筒排水阀17放水，等筒内水排光之后关闭大测量筒排水阀18和小测量筒排水阀17继续测量；

步骤4：当渗水量继续增大，此时打开大测量筒9与小测量筒10下的大测量筒排水阀18和小测量筒排水阀17，采用电磁流量计4进行测量，所测的数据经过数据传输线13传至全自动数据采集模块14。

本发明的工作原理如下：

本发明进水管3进水端与大型渗透仪的渗透仪出水口1通过第一法兰接头2连接组装，进水管3另一端通过第二法兰接头22与电磁流量计4相连，电磁流量计4通过数据传输线13与全自动数据采集模块14相连，电磁流量计4出水端通过第二法兰接头22和管道与出水口阀门5连接，出水口阀门5连接量筒出水口20，量筒出水口20下方设置大测量筒9和小测量筒10，大测量筒9通过连通管7与小测量筒10相连，连接管7上设置开关阀6，磁翻板远传液位计11内置液位浮球12和磁翻板19，磁翻板远传液位计11通过数据传输线13与全自动数据采集模块14相连，大测量筒9通过连通管7，本发明将磁翻板远传液位计与电磁流量计测量流量进行组合使用，并且在磁翻板远传液位计测量流量时，分为单筒法测量与双筒法测量两种模式，当渗水量较小时，采用磁翻板远传液位计进行单筒法测量，当渗水量较大时，采用磁翻板远传液位计进行双筒法测量，当渗水量继续增大时，采用电磁流量计测量。

本发明公开了一种用于大型渗透试验的渗水量量测装置，在磁翻板远传液位计测量流量时，还设置了单筒法测量与双筒法测量两种模式，扩大了磁翻板远传液位计适用量程范围，同时保证具有足够的精度，测量精度和自动化程度高、适用范围广。

本发明通过磁翻板远传液位计与电磁流量计组合使用的方式，在满足渗水量测量精度和准确度的前提下，扩大了流量测量范围，当渗水量较小时，采用磁翻板远传液位计进行单筒法测量，当渗水量较大时，采用磁翻板远传液位计进行双筒法测量，当渗水量继续增大时，采用电磁流量计测量，满足大尺寸渗透仪不同试验水头作用下渗水量的测量要求。

本发明通过可更改测量模式的全自动数据采集模块，自动化程度高，操作方便，即提高了渗透变形试验渗水量测量的准确度又提高了测试效率，同时减少人力，降低试验成本。

上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。