装配式现场双环渗透试验装置及其方法与流程

本发明涉及现场测量土层渗透系数技术领域，尤其涉及一种装配式现场双环渗透试验装置及其方法。

背景技术：

土渗透性是表征水在土孔隙中渗流流动的性能。表征土渗透性指标为渗透系数。土中的水受水位差和应力的影响而流动，砂土渗流基本服从达西定律。但对于黏性土来说，因为结合水的黏滞阻力，只有水力梯度增大到起始水力梯度，克服了结合水黏滞阻力后，水才能在土中渗透流动，所以黏性土渗流不符合达西定律。土的渗透性涉及很多领域，如土木工程、水文地质、农业、水利和环境保护等；其土的强度、变形和渗透性都与其息息相关；同时，土的渗透破坏影响到工程上诸多问题，如管涌、流土、冲刷和侵蚀等；所以测定土层渗透系数有很重要的指导意义。由于室内测定渗透系数扰动原状土样，测量结果误差较大，故一种现场做双环渗透试验装配式装置被提了出来，通过此装置，可较为精准地现场测量土体渗透系数。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种装配式现场双环渗透试验装置及其方法，揭示土渗透性的情况，对工程实践给予指导。

本发明的目的是这样实现的：

一、装配式现场双环渗透试验装置（简称装置）

本装置包括试验对象——砂土；

设置有支撑模块、蓄水模块、流量监测模块和双环模块；

所述的支撑模块包括竖直支杆、水平面、平板车和小轮，在水平面的4角分别连接有4根竖直支杆组成一支架，在支架一边的2根竖直支杆的底部连接有平板车，在支架另一边的2根竖直支杆的底部和平板车底部的4角分别连接有小轮；

所述的蓄水模块包括依次连接的蓄水桶、导水管和吸气筒；

所述的流量监测模块包括外环流量桶、内环流量桶、第1弯折水管、直水管、第2弯折水管、外环水流开关、内环水流开关和流量计；

所述的双环模块包括双环、十字铁片、旋杆和带螺纹孔块；

其位置和连接关系是：

支撑模块平放在砂土上；

蓄水模块的蓄水桶置于支撑模块的平板车上；

双环模块的双环置于砂土上，带螺纹孔块设置在支撑模块的水平面上，旋杆穿过带螺纹孔块且底端、十字铁片和双环依次连接；

流量监测模块的外环流量桶和内环流量桶均置于水平面上；

内环流量桶、直水管、流量计、第2弯折水管、内环水流开关和双环的内环依次连通；

外环流量桶、第1弯折水管、外环水流开关和双环的外环依次连通。

本装置的工作原理：

本装置在实验前将双环嵌入土层一定的深度，防止内外环相通，由于内环内水只产生垂向渗入，排除了侧向渗流带来的误差。在实验过程中，通过流量计记录得出单位时间内的流量Q，计算内环的面积A，两者之比再与水力坡度的比值即可得出渗透系数，当渗流时间比较长时，渗流路径较长，此时可认为水力坡度约等于1；故只需通过流量计记录得出单位时间内的流量Q和内环的面积A，即可算出土体的渗透系数。

二、装配式现场双环渗透试验方法（简称方法）

本方法包括下列步骤：

①依次按照各个构件的位置安装构件；

②往蓄水桶注入渗流液体（清水等），并测量温度；

③关闭外环水流开关、内环水流开关，再通过导水管和吸气筒向外环流量桶、内环流量桶注入水量；

④旋杆穿过带螺纹口块，并与双环连接，然后双环旋入土体的一定深度中；

⑤同时开启外环水流开关和内环水流开关，使双环的内外环的水平保持在同一高度，然后在整个试验过程中保持水位不变，通过流量计记录在一定时间内的水流量。

本发明具有下列的优点和积极效果：

①该装置底部均有车轮，装水后方便省力运移；

②该装置易于组装，也易于拆分，便于存放；

③通过旋杆将双环旋入土体，使双环高度达到一致更加准确，且内外环有刻度，这样在实验时更能精准地保证内外环水位保持一致；

④通过流量计来记录单位时间内的流量，排除了人为记录带来的误差，使实验结果更加准确。

⑤本装置大大减少了人力，按规范《岩土工程试验监测手册》里的试验装置，至少需要四人以上，本装置只需两个人就能完成试验。

附图说明

图1是本装置的立体图（之一）；

图2是本装置的立体图（之二）；

图3是本装置的主视图；

图4是本装置的左视图；

图5是支撑模块的立体图；

图6是蓄水模块的立体图；

图7是双环模块的立体图；

图中：

10—支撑模块，

11—竖直支杆，12—水平面，13—平板车，14—小轮；

20—蓄水模块，

21—蓄水桶，22—导水管，23—吸气筒；

30—流量监测模块，

31—外环流量桶，32—内环流量桶，33—第1弯折水管，

34—直水管，35—第2弯折水管，36—外环水流开关，

37—内环水流开关，38—流量计；

40—双环模块，

41—双环，42—十字铁片，43—旋杆，44—带螺纹口块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、装置

1、总体

如图1-4，本装置包括试验对象——砂土；

设置有支撑模块10、蓄水模块20、流量监测模块30和双环模块40；

所述的支撑模块10包括竖直支杆11、水平面12、平板车13和小轮14，在水平面12的4角分别连接有4根竖直支杆11组成一支架，在支架一边的2根竖直支杆11的底部连接有平板车13，在支架另一边的2根竖直支杆11的底部和平板车13底部的4角分别连接有小轮14；

所述的蓄水模块20包括依次连接的蓄水桶21、导水管22和吸气筒23；

所述的流量监测模块30包括外环流量桶31、内环流量桶32、第1弯折水管33、直水管34、第2弯折水管35、外环水流开关36、内环水流开关37和流量计38；

所述的双环模块40包括双环41、十字铁片42、旋杆43和带螺纹孔块44；

其位置和连接关系是：

支撑模块10平放在砂土上；

蓄水模块20的蓄水桶21于支撑模块10的平板车13上；

双环模块40的双环41置于砂土上，带螺纹孔块44设置在支撑模块10的水平面12上，旋杆3穿过带螺纹孔块44且底端、十字铁片42和双环41依次连接；

流量监测模块30的外环流量桶31和内环流量桶32均置于水平面12上；

内环流量桶32、直水管34、流量计38、第2弯折水管35、内环水流开关37和双环41的内环依次连通；

外环流量桶31、第1弯折水管33、外环水流开关36和双环41的外环依次连通。

2、功能部件

1）支撑模块10

如图1-5，所述的支撑模块10包括竖直支杆11、水平面12、平板车13和

小轮14；

在水平面12的4角分别连接有4根竖直支杆11组成一支架，在支架一边（右）的2根竖直支杆11的底部连接有平板车13，在支架另一边（左）的2根竖直支杆11的底部和平板车13底部的4角分别连接有小轮14（共6个）。

其功能是：

将蓄水桶21、外环流量桶31和内环流量桶32支撑起来，使其在实验过程中操作方便，能更好地控制水流量。

2）蓄水桶模块20

如图1-4、图6，所述的蓄水模块20包括依次连接的蓄水桶21、导水管22和吸气筒23。

（1）蓄水桶21

蓄水桶21是一种方形容器，采用塑料做成。

（2）导水管22

导水管（22）是市售的软水管，但口径尺寸和吸气筒（23）口径相匹配。

（3）吸气筒23

吸气筒23是一种通用件，有市售产品。

工作机理：

蓄水桶21直接放置在平板车13上，把导水管22一端没入蓄水桶21中，利用吸气筒23将导水管22内的空气吸出，利用大气压原理把蓄水桶21里的水通过导水管22的另一端流入到外环流量桶31和内环流量桶32中。

其功能是：

在实验过程中，方便、快捷、持续性地向外环流量桶31和内环流量桶32提供水量。

3）流量监测模块30

如图1-4，所述的流量监测模块30包括外环流量桶31、内环流量桶32、第1弯折水管33、直水管34、第2弯折水管35、外环水流开关36、内环水流开关37和流量计38；

（1）外环流量桶31和内环流量桶32

外环流量桶31和内环流量桶32的中心均开有一小口，采用塑料做成。

（2）第1弯折水管33、直水管34、第2弯折水管35

均采用市售的钢水管。

（3）外环水流开关36和内环水流开关37

均采用圆环式把柄。

（4）流量计38

流量计（38）要求精确计量到2L/h。

其位置和连接关系是：

外环流量桶31架在水平支架12上，外环流量桶31下面连接第1弯折水管33，第1弯折水管33出水口对准双环41的外环，在第1弯折水管33上设置有外环水流开关36，外环水流开关36控制水流量，使外环的水位在实验的过程中保持一个高度；

内环流量桶32架在水平支架12上，内环流量桶32的下面连接一段直水管34，然后连接流量计38，最后连接第2弯折水管35，第2弯折水管35出水口对准内环，端部的内环水流开关37控制水流量，使内环的水位在实验的过程中保持一个高度，且与外环水位齐平；

其功能是：

外环流量桶31和内环流量桶32可以存储水量，直接向双环41里注水；外环水流开关36和内环水流开关37可以同时控制注入双环41里的水流量，使双环41里的水面保持在同一高度。

4）双环模块40

如图1-4和图7，所述的双环模块40包括双环41、十字铁片42、旋杆43和带螺纹孔块44；

其位置和连接关系是：

旋杆43穿过带螺纹孔块44，旋杆43、十字铁片42和双环41依次连接。

其功能是：

旋杆43通过孔块44和十字铁片42把双环41旋入土层一定的深度，保证双环41的内外环不要连通。

（1）双环41

双环41包括大小同心环，采用不锈钢做成；

（2）十字铁片42

十字铁片42采用不锈钢做成；

（3）旋杆43

旋杆43其中段设置有外螺纹，其上端部设置有把手。

（4）带螺纹孔块44

带螺纹孔块44是一和旋杆43适配的螺母，拧在旋杆43上，起定位和紧固作用。