专利名称：土体水平向渗透系数测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及土体渗透系数测量技术，更为具体地说，是涉及一种测量土体水平向 渗透系数的测量仪，属于岩土工程试验研究领域。
背景技术：
在岩土工程中，渗透性是土体的一个基本特性，一般用渗透系数表示。渗透系数必 须通过专门的渗透仪器测定。目前测定土体渗透性的渗透仪都是竖向渗透测量仪，只能测 定土体垂直于土层界面的渗透性，即土体的竖向渗透系数。然而，在实际工程中，水的渗透 主要是沿土体水平向渗透，土体的水平向渗透性往往比竖向渗透性更重要。因此，土体水平 渗透系数的测定成为一个急需解决的问题。
为了解决上述问题，本领域的科技人员进行了广泛的探索，以期获得土体水平渗 透系数。《大坝观测与土工测试》报道了一种测定双向渗透系数的仪器(冯郭铭，付琼华.测 定土的双向渗透系数的仪器装置和方法.大坝观测与土工测试，1997，21 (3) :32-34.)，该 仪器是在三轴仪基础上进行改造完成的，试样为正方形，水流方向为竖向，水平渗透系数的 测量是通过将试样调转方向实现。这种方法对某些脱离承膜筒或橡皮模就无法成型的试 样，例如砂性土试样的水平渗透系数的测定是很困难的。对各种岩土都适用的水平渗透仪 的水流方向应该是水平的，这样才能和土体的成积以及试样制备的土体层面一致，才能测 得土体水平方向的真正渗透系数。因此该仪器不能测得真实状态下的土体水平方向的渗透 系数。《土工合成材料水平渗透仪》公开了一种用于测定土工合成材料的水平渗透系数的测 量仪(陈志明，王士明.土工合成材料水平渗透仪.中国CN 200947078Y. 2007. 9. 12.)但 该水平渗透仪并不适用于土体水平渗透系数的测定。
据发明人所知，在本发明完成之前，还未见有关能够对各种土料都适用的，能够测 得真实状态下的土体水平方向渗透系数测量仪的报道，特别是能够测定土体试样水平抗渗 坡降并适应目前高土石坝高水头要求的土体水平方向渗透系数测量仪的报道，本领域急需 解决的问题还未得到真正解决。发明内容
针对土体水平向渗透系数测量技术的现状，本发明的目的旨在提出一种能够适用 不同的土体、能够测得真实状态下的土体水平方向渗透系数的测量仪，并可用其测定土体 试样水平抗渗坡降并适应目前高土石坝高水头要求，满足实际工程设计和土体渗透特性研 究的需要。
针对上述发明目的，本发明提出的土体水平向渗透系数测量仪，其结构主要包括 稳压供水系统和渗透系统。所述渗透系统的构成又主要包括竖直设立的土体试样室、竖直 设立在试样室中央的渗透水分布供水管和设置在试样室外盛接渗透水的集水器，所述试样 室由壁面上均布有渗透水外流孔的圆筒体、与筒体密闭联接的上封盖和下封盖构成，供水 管的管壁均布有渗透孔，上端封闭，下端管口穿过试样室下封盖与稳压供水系统连通。
在上述技术方案基础上，还可在试样室的下方设计供水室，竖直设立在试样室中 央的渗透水分布供水管下管口穿过试样室下封盖与供水室连通，供水室的进水口与稳压供 水系统连通。所述供水室最好是直接设置在试样室下方，以试样室下封盖作为供水室的上 顶盖。供水室与试样室之间的密封联接最好采用法兰密封联接，即供水室筒体通过法兰与 试样室筒体密封联接。
在上述技术方案中，盛接渗透水的集水器为围绕试样室的环形集水箱，环形集水 箱的箱壁上设计有出水接口。环形集水箱最好设计成由试样室圆柱形筒体、围绕试样室外 的圆柱形筒体和平面箱底构成，箱底垂直焊接于试样室筒体渗透水外流孔下方的筒壁上。 环形集水箱也可设计成由试样室圆柱形筒体、围绕试样室外的圆锥形筒体和平底构成的平 底锥筒形环形集水箱，或设计成由试样室圆柱形筒体和直接接于试样室筒体渗透水外流孔 下方的圆锥形筒体构成的锥环形集水箱。出水接口最好设计在构成环形集水箱的筒体上边 缘上，以给试样提供稳定的出口水压，以及便于收集和测量通过试样的水流量。
在上述技术方案中，稳压供水系统主要包括给水泵、进水管、和设置进水管上的水 压测量仪表，进水管的一端与给水泵的出水口联接，另一端与渗透系统进水口联接，给水泵 的驱动电动机由调频器控制。
为了使稳压供水系统供水压力更为稳定，还可在进水管上设计供水稳压器，所述 供水稳压器为一密闭容器，通过接管与进水管连通。
为了调节供水系统的供水压力和更为精确地测得进入渗透系统的水压，在进水管 上可同时设置作为水压测量仪表的水压调节表和水压传感器，水压调节表设计在给水泵与 供水稳压器之间，水压传感器设计在供水稳压器与渗透系统之间。水压传感器最好设计在 靠近供水室的位置。
本发明提出的土体材料水平向渗透系数测量仪，其供水系统为变频恒压供水系 统，可给土体试样提供稳定的可连续变化的水头。位于试样室中央的渗透水分布供水管中 的水压与变频恒压供水系统提供的水压力相等，试样室外的集水箱中的水压力是与出水接 口高程齐平的静水压力。渗透水在试样室中心和外侧压差作用下从试样中心向四周流动， 实现水平渗透试验。本发明最为突出的特点是水流方向完全与制样过程中试样的层面平 行，可以模拟试样土层的水平渗流，实现水平渗透系数的测定和土体水平方向抵抗渗透破 坏性能的研究。
本发明提出的土体水平向渗透系数测量仪与现有技术的水平向渗透系数测量仪 相比，概括起来具有以下十分突出的优点和技术效果
1、本发明提出的土体水平向渗透系数测量仪，其结构简单，操作方便，水流边界条 件明确，便于计算土体试样内的各种水力要素，同时，由于水流是从中心向四周沿径向流 动，可以避免在一般方形土体试样的水平渗透试验中存在的试样与仪器边壁之间集中流的 问题，能真实地反映土体试样的渗透性和抵抗渗透破坏的特性。
2、利用本发明提出的土体水平向渗透系数测量仪，能够方便地测定任何土体试样 的水平渗透系数。由于测量仪的试样室壁面为环状多孔筒壁，能够允许细小颗粒流出，因此 本发明还可用于测定土体试样发生管涌破坏的临界坡降，即本发明还可作为渗透破坏仪使用。
3、土体水平向渗透系数测量仪的供水系统，由于给水泵驱动电动机由调频器控制，即给水泵为变频给水泵，在进水管路上设计有气囊式水压稳压器，以及水压调节表和水 压传感器，再结合渗透系统试样室下方设置的供水室，因此使得渗透水能以各种水力压力 稳定地施加于土体试样，且可精确测定渗透水的水压，因此本发明能够用于土样在较大水 力坡降作用下的抵抗渗透破坏特性的研究，满足实际工程设计需要。
附图1是本发明一个实施例的结构示意图。
附图2是附图1中A-A向剖视结构示意图。
在上述附图中，各图示标号标识的对象为1-进水口 ；2-给水泵；3-调频器；4-水 压调节表；5-稳压器；6-进水管；7-进水阀；8-水压传感器；9-供水室；10试样室；11-集 水器；12-试样室下封盖；13-渗透水分布供水管；14-试样室筒体；15-集水器筒体；16-试 样室上封盖；17-环形橡胶圈；18-固定螺栓；19-集水器出水接口 ；20-放水阀；21-放水接 管；22-支架。
具体实施方式
以下结合
给出本发明的一个实施例，并通过实施例对本发明做进一步的 具体描述。有必要指出的是，以下的实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对 本发明保护范围的限制，所属领域技术熟悉人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非 本质的改进和调整，这样得到的技术方案应仍属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例的土体水平向渗透系数测量仪，其结构如附图1和附图2所示，主要由变 频稳压供水系统和渗透系统构成。
变频稳压供水系统包括进水口 1、给水泵2、调频器3、水压调节表4、供水稳压器 5、进水管6、进水阀7和水压传感器8。所述供水稳压器5为一密闭容器，通过接管与进水 管6连通。变频稳压供水系统的进水口 1前端接提供水源的水箱或自来水管，进水口 1后 端与给水泵2进口连接。调频器3控制给水泵2的驱动电动机，以调节给水泵的频率。位 于给水泵与供水稳压器之间的水压调节表4连接在进水管6上，用于监控和调节所需的水 压值。位于供水稳压器5与渗透系统供水室9之间的进水阀7和水压传感器8连接在进水 管6上，分别用于控制渗透仪的进口水流及测量进入渗透系统的水压。
渗透系主要包括竖直设立的试样室10、竖直设立在试样室中央的渗透水分布供水 管13、设置在试样室外的盛接渗透水的集水器11、设置在试样室下方的供水室9和通过供 水室支撑整个渗透系统的支架22。试样室由壁面上均布有渗透水外流孔的圆筒体14、上封 盖16和下封盖12构成，圆筒体通过其法兰及环形橡胶圈17和固定螺栓18与上、下封盖密 闭联接。供水室9由直径与试样室筒体一致的封底圆筒体和同时作为试样室下封盖12的 顶盖构成，通过其法兰及环形橡胶圈17和固定螺栓18与试样室密闭联接。供水室下部设 有配备放水阀20的放水接管21，用于放空供水室9中的水。供水室的进水口与变频稳压供 水系统的进水管6出水口连通。分布供水管13为管壁均布有渗透孔、上端封闭的盲肠管， 下端管口穿过试样室下封盖与位于试样室下方的供水室9连通。盛接渗透水的集水器11 为围绕试样室的环形集水箱，由试样室圆柱形筒体14、围绕试样室外的圆柱形筒体15和平5面箱底构成，箱底垂直焊接于试样室圆柱形筒体14渗透水外流孔下方的筒壁上，圆柱形筒 体15的高度与试样室圆柱筒体基本一致，在圆柱形筒体15壁上设计有出水接口 19。
采用本发明的测量仪测量土体水平向渗透系数，其测量过程如下
首先按一定的要求制备试验用土体试样，然后将试样分层填筑(模拟现场土体的 填筑或土层的沉积)在试样室10中。装样时在渗透水分布供水管13与试样之间、试样与 试样室筒体14壁面之间设置透水土工布。在渗透水分布供水管与试样之间设置透水土工 布，其作用一方面使水压均勻地作用在试样，另一方面，防止试样的细小颗粒进入分布供水 管堵塞出水孔；在试样与试样室筒体壁面之间铺设透水土工布，是为了防止筒体壁面附近 试样颗粒流失，起到反滤作用。
试样装好后，将变频稳压供水系统的进水口 1与水箱或自来水管连接，为给水泵2 提供水源。在水压调节表4上设定试验所需的水压值，调频器依据所需的压力值调节给水 泵驱动电动机的转速，使流过给水泵的流量与流过试样室10内试样的流量平衡，此时水压 调节表4的压力稳定，再通过稳压器的稳压作用，为试样提供测量所需的稳定的渗透水进 口水压。
打开变频稳压供水系统进水管上的进水阀7，水注入供水室9，同时进入位于中央 的渗透水供水分布管13。由于供水室9整个是密封的，因此进水管6中的水压直接传递到 渗透水分布供水管。即进水管6中的水压与供水室9和渗透水分布供水管13中的水压相 等，由连接在进水管6上的水压传感器8测得。水流在渗透水分布供水管与设置在试样室 外的集水箱11之间的压差作用下在试样中发生水平径向流动，由渗透水分布供水管13进 入试样，从试样室10的筒体14壁面上均布的渗透水外流孔流出，汇集到集水箱11中。试 样渗透溢流出口水压为集水箱中的静水压力。通过试样的渗透流量，可由设置在集水箱筒 体15壁上的出水接口 19测得的水量和水量收集时间计算。当试样进、出口水头已知，流量 已知，即可求出试样的水平渗透系数。
本发明也可用于测量其它多孔介质材料体的水平向渗透系数。
权利要求
1.一种土体水平向渗透系数测量仪，主要包括稳压供水系统和渗透系统，其特征在于 渗透系统的构成主要包括竖直设立的土体试样室(10)、竖直设立在试样室中央的渗透水分 布供水管(1 和设置在试样室外盛接渗透水的集水器(11)，所述试样室由壁面上均布有 渗透水外流孔的圆筒体(14)、与筒体密闭联接的上封盖(16)和下封盖(1 构成，分布供水 管的管壁均布有渗透孔，上端封闭，下端管口穿过试样室下封盖与稳压供水系统连通。
2.根据权利要求1所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于在试样室(10)的下 方设计有供水室(9)，分布供水管下管口穿过试样室下封盖与供水室连通，供水室的进水口 与稳压供水系统连通。
3.根据权利要求2所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于供水室直接设置在 试样室下方，以试样室下封盖作为供水室的上顶盖。
4.根据权利要求3所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于供水室与试样室通 过法兰密封联接。
5.根据权利要求1所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于盛接渗透水的集水 器为围绕试样室的环形集水箱，环形集水箱的筒壁上设计有出水接口(19)。
6.根据权利要求5所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于环形集水箱由试样 室圆柱形筒体(14)、围绕试样室外的圆柱形筒体(1 和平面槽底构成，槽底垂直焊接于试 样室筒体渗透水外流孔下方的筒壁上。
7.根据权利要求6所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于出水接口设计在环 形集水箱筒体的上边缘。
8.根据权利要求1至7之一所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于稳压供水 系统主要包括给水泵O)、进水管(6)和设置进水管上的水压测量仪表，进水管的一端与给 水泵的出水口联接，另一端与渗透系统进水口联接，给水泵O)的驱动电动机由调频器(3) 控制。
9.根据权利要求8所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于进水管(6)上设计 有供水稳压器(5)，供水稳压器为一密闭容器，通过接管与进水管连<通。
10.根据权利要求9所述的土体水平向渗透系数测量仪，其特征在于设置在进水管(6) 上的水压测量仪表为水压调节表(4)和水压传感器(8)，水压调节表设计在给水泵( 与供 水稳压器( 之间，水压传感器设计在供水稳压器( 与渗透系统(9)之间。
全文摘要
本发明公开了一种土体水平向渗透系数测量仪，主要包括稳压供水系统和渗透系统，渗透系统的构成主要包括竖直设立的土体试样室、竖直设立在试样室中央的渗透水分布供水管和设置在试样室外盛接渗透水的集水器，所述试样室由壁面上均布有渗透水外流孔的圆筒体、与筒体密闭联接的上封盖和下封盖构成，分布供水管的管壁均布有渗透孔，上端封闭，下端管口穿过试样室下封盖与稳压供水系统连通。本发明的测量仪能够适用不同土体、能够测得真实状态下的土体水平向渗透系数，可用于测定试样水平抗渗坡降并适应目前高土石坝高水头要求，满足实际工程设计和土体渗透特性研究需要。
文档编号G01N15/08GK102033034SQ20101052394
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者谷宏海, 陈群 申请人:四川大学