本发明涉及一种快速测定多种砂土渗透系数的装置及方法，属于岩土工程相关领域。
背景技术：
渗流问题是岩土工程中非常重要的基本问题之一，很多基坑、隧道等工程都离不开地下水的影响，很多事故也是由于土中水的渗流造成的。对于在工程建设中避免流土等渗透破坏的发生、隧道衬砌的防渗漏以及沉降的预测，都需要掌握土体的渗透系数，对土体的渗透系数进行测定，从而指导地下工程的设计与施工，目前已有的室内测量砂土渗透系数的装置每次都只能对一种土样进行测量，实现一次快速测定多种砂土的渗透系数成为需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种快速测定多种砂土渗透系数的装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种快速测定多种砂土渗透系数的装置，包括渗流系统和图像采集系统，所述的渗流系统包括有机玻璃圆筒，所述有机玻璃圆筒内水平安装有位于上部的第二透水石和位于下部的第一透水石；第一透水石下部填充砂砾石；第二透水石和第一透水石之间铺设有多层砂土土样；所述有机玻璃圆筒侧壁连接有第二排水管、第三排水管和多个测压管，测压管数量与所述砂土土样的层数相同，分别设置在各层砂土土样的分界面处以及最下层砂土土样与第一透水石的分界面处；所述第二排水管设置在圆筒底部，第三排水管设置在第二透水石上方；所述图像采集系统包括一用于追踪有机玻璃圆筒内放射性同位素释放的射线的探测器，该探测器安装在有机玻璃圆筒的一侧。
进一步地，所述第三排水管上设置有一流量控制阀。
进一步地，还包括用于向有机玻璃圆筒注入水的供水装置。
进一步地，所述供水装置包括储水槽和第一排水管，所述第一排水管的出口位于有机玻璃圆筒上方。
进一步地，所述第一排水管上设置有一流量控制阀。
进一步地，所述测压管上刻有刻度，刻度值为距离有机玻璃圆筒底面的高度值。
一种快速测定多种砂土渗透系数的方法，该方法具体为：
(1)向有机玻璃圆筒注入水，控制注入速度，保证液面高度恒定在一个定值H；稳定后，加入同位素示踪剂H218O。
(2)探测器采集放射性同位素示踪剂H218O的运动轨迹。
(3)根据运动轨迹获得在一层砂土土样中的渗流时间t，从而获得渗流速度v,v＝D/t，其中，D为该层砂土土样的厚度；
(4)根据连接与该层砂土土样底面处的测压管中的液面高度h，获得水头损失Δh，Δh＝H-h；
(5)计算得到渗透系数k，k＝vD/Δh。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明可以直观可视化观测到水流的渗流速度。
2.本发明可以一次性快速地测定出多种砂土土样的渗透系数，时间短，效率高。
3.该装置构造简单，操作简便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1—储水槽、2—第一排水管、3—第一测压管，4—第二测压管，5—第三测压管，6—第四测压管，7—第一透水石，8—砂砾石，9—集水装置，10—第二排水管，11—第一种砂土土样，12—第二种砂土土样，13—第三种砂土土样，14—第四种砂土土样，15—第二透水石，16—第三排水管，17—计算机，18—探测器
具体实施方式
如图1所示，一种快速测定多种砂土渗透系数的装置，包括渗流系统和图像采集系统，所述的渗流系统包括有机玻璃圆筒19，所述有机玻璃圆筒19内水平安装有位于上部的第二透水石15和位于下部的第一透水石7；第一透水石7和第二透水石15用于使水流通过但不使土颗粒通过；第一透水石7下部填充砂砾石8；第二透水石15和第一透水石7之间铺设有多层砂土土样(图中为4层)；所述有机玻璃圆筒19侧壁连接有第二排水管10、第三排水管16和多个测压管，测压管数量与所述砂土土样的层数相同，分别设置在各层砂土土样的分界面处以及最下层砂土土样与第一透水石7的分界面处；所述第二排水管10设置在圆筒底部，第三排水管16设置在第二透水石15上方；所述图像采集系统包括一用于追踪有机玻璃圆筒19内放射性同位素释放的射线的探测器，该探测器安装在有机玻璃圆筒19的一侧。
根据渗流速度v等于渗透系数k乘以水力梯度i，而水力梯度i等于水头损失Δh除以渗流路径D，
由此确定测定方法，如下：
(1)向有机玻璃圆筒(19)注入水，控制注入速度，保证液面高度恒定在一个定值H(距离圆筒底面的高度)；待渗流稳定后，加入同位素示踪剂H218O。图中，采用储水槽1和第一排水管2注水，第一排水管2的出口位于有机玻璃圆筒19上方，通过在第一排水管2或第三排水管16上设置有一流量控制阀，来保持液面高度，即水头保持不变。渗流稳定的标志是待液面高度稳定以及第二排水管排水情况稳定。
(2)探测器采集放射性同位素示踪剂H218O的运动轨迹。根据该运动轨迹获得在一层砂土土样中的渗流时间t，从而获得渗流速度v,v＝D/t，其中，D为该层砂土土样的厚度；
(4)根据连接与该层砂土土样底面处的测压管中的液面高度h，获得水头损失Δh，Δh＝H-h；对于第四种砂土土样14的水头损失为第一测压管3中的液面高度h与圆筒中液面高度H之差；第三种砂土土样13的水头损失为第二测压管4中的液面高度h与圆筒中液面高度H之差；第二种砂土土样12的水头损失为第三测压管5中的液面高度h与圆筒中液面高度H之差；第一种砂土土样11的水头损失为第四测压管6中的液面高度h与圆筒中液面高度H之差；
(5)计算得到渗透系数k，k＝vD/Δh。
作为优选的方案，所述测压管上刻有刻度，刻度值为距离有机玻璃圆筒19底面的高度值。