一种多功能渗透仪及方法技术

本发明专利技术提出一种多功能渗透仪及方法，属于岩土力学技术领域，该渗透仪包括加压部分、控制部分、支架部分和实验实施部分；其中，加压部分设置于实验实施部分上端，支架部分通过喉箍与实验实施部分固定，控制部分与加压部分和实验实施部分相连；本发明专利技术更加简便地实现常、变水头的转换；实现了用气压替代水压以便减小实验误差；方便研究水流在土壤中的渗流路径、在不同压力条件下渗透的特性、在横向渗透和纵向渗透时的渗透特性、观测渗透时土粒的微观变化；实验结果由流量计转化为电信号传送到计算机，直接得到结果，方便准确；流量计下水流流出后由量筒盛接可以进一步保证结果的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土力学
，具体涉及一种多功能渗透仪及方法。
技术介绍
液体在土壤中的渗流是自然界中、和工业中十分普遍的现象；土壤中的渗流会引起土体松动，长期过后甚至会引发泥石流；泥石流最常见的危害之一，是冲进乡村、城镇，摧毁房屋、工厂、企事业单位及其他场所设施；泥石流可直接埋没车站，铁路、公路，摧毁路基、桥涵等设施，致使交通中断，还可引起正在运行的火车、汽车颠覆，造成重大的人身伤亡事故；有时泥石流汇入河道，引起河道大幅度变迁，间接毁坏公路、铁路及其它构筑物，甚至迫使道路改线，造成巨大的经济损失；在工业中矿山尾矿坝的存在也会涉及水流的渗透，随着坝体的增高，对底部的压力不断增大，会产生不同的渗流效果；渗流的路径和快慢对坝体的稳定性都有一定的影响；溃坝会对周围的环境和人身安全造成极大威胁；所以更全面深入地研究土体中的渗透，会对泥石流及尾矿坝溃坝等灾害的防治起到积极作用。传统的渗透仪功能单一，而且对于渗透系数不同的土体需要采用适用于常水头和变水头的不同渗透仪，不能实现简单的转换；现有渗透仪内壁均为光滑内壁，实验时会产生较为严重的边界效应从而影响实验结果，实验精度和实际会有很大差别；采用更高端的试验装置时操作复杂而且对试验人员要求较高；前人对渗透系数研究过于笼统不能研究纵向渗流与横向渗流的关系，无法得到水流在土体里的渗流路径，无法观察土体的细微变化。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种多功能渗透仪及方法，以达到实现常、变水头的转换，提高实验便捷性和精准度的目的。一种多功能渗透仪，包括加压部分、控制部分、支架部分和实验实施部分；其中，加压部分设置于实验实施部分上端，支架部分通过喉箍与实验实施部分固定，控制部分与加压部分和实验实施部分相连；所述的加压部分包括：油压泵、压力室、第一密封盖、自平衡活塞、轴压传感器和连接杆；其中，油压泵设置于压力室的上端，油压泵的输出口连接压力室内部；所述的自平衡活塞一端设置于压力室内部，另一端依次穿过压力室的下端和第一密封盖，且该端下端设置有轴压传感器；所述的压力室与第一密封盖之间通过连接杆连接；所述的实验实施部分包括：充气泵、供水槽、第二密封盖、气压传感器、盛土柱体、软质橡胶网、透水板、钢化玻璃视窗、法兰、围压传感器、测压管、流量计、量筒、止水夹和
接头；其中，所述的充气泵通过导管与供水槽相连接，所述的供水槽上端设置有第二密封盖，第二密封盖下端设置有气压传感器，供水槽通过导管连接盛土柱体的上端，盛土柱体由上至下均匀设置有多个钢化玻璃视窗；盛土柱体内壁设置有软质橡胶网，在软质橡胶网与盛土柱体内壁之间设置有围压传感器，且围压传感器位于钢化玻璃视窗下端；盛土柱体内部的上端设置有透水板，在透水板与盛土柱体底端之间设置有测量土体；盛土柱体的上半部分与下半部分通过法兰连接，盛土柱体的下端设置有流量计，流量计设置有止水夹，流量计的下端放置有量筒；盛土柱体的侧壁设置有多个测压管，测压管连接接头；加压部分的自平衡活塞下端与实验实施部分的透水板上表面接触放置。所述的控制部分包括计算机和控制器，其中，控制器与计算机相连接，且控制器的输入端分别连接轴压传感器的输出端、气压传感器的输出端和围压传感器的输出端，控制器的输出端连接充气泵的输入端和油压泵的输入端。所述的支架部分，包括：第一支架、第二支架、第一扣件、第二扣件、第一带轴直杆、第二带轴直杆、第一喉箍、第二喉箍和底座；其中，所述的底座设置有第一支架和第二支架，当纵向渗透时，第一支架上端通过第一扣件连接第一带轴直杆的一端，第一带轴直杆的另一端连接第一喉箍，第一支架下端通过第二扣件连接第二带轴直杆的一端，第二带轴直杆的另一端连接第二喉箍，且第一喉箍和第二喉箍水平放置；当横向渗透时，第一支架通过第一扣件连接第一带轴直杆的一端，第一带轴直杆的另一端连接第一喉箍，第二支架通过第二扣件连接第二带轴直杆的一端，第二带轴直杆的另一端连接第二喉箍，且第一喉箍和第二喉箍竖直放置。采用多功能渗透仪进行的实验方法，包括以下步骤：步骤1、连接渗透仪，检查渗透仪气密性；步骤2、将盛土柱体安装于支架部分上，且处于纵向渗透状态；步骤3、在盛土柱体中分层加入测量土体，记录土样高度和质量，输入至计算机中；步骤4、在测量土体上端设置透水板，密封第一密封盖，此时自平衡活塞未对测量土体施压；步骤5、从流量计处注入配置好的氯化钠溶液使土体完全浸润，浸润后关闭流量计上止水夹；步骤6、将供水槽中注入氯化钠溶液，密封第二密封盖，打开止水夹；步骤7、当供水槽水位下降时，压力传感器传出电信号至控制器启动充气泵为供水槽充气，维持供水槽中气压不变，待测压管水位稳定后，记录测压管水位，获得各测压管间的水
位差值和水位平均值，输入至计算机中；步骤8、测量供水槽的进水水温与流量计的出水水温，取平均值，输入至计算机中；步骤9、当流量计中流量达到设定数值时停止测量，根据达西定律获得渗透系数；步骤10、拆取法兰，取出测量土体轴心处试样，利用HPLC-MS法获得试样水流运移路径，通过钢化玻璃视窗采用电子显微镜观察土体结构；步骤11、启动控制器使油泵为压力室充油，自平衡活塞向下伸长对测量土体施压，当轴压传感器检测的压力值到达设定值时，停止施压，采用围压传感器收集柱体内围压数值输入至计算机中，返回执行步骤6；步骤12、反复执行步骤6至步骤11，获得纵向渗透状态下不同压力下对应渗透系数；步骤13、调整支架部分，使盛土柱体由纵向渗透状态变换为横向渗透状态，反复执行步骤6至步骤11，获得横向渗透状态下不同压力下对应渗透系数；步骤14、拟合获得参数之间的关系。步骤10所述的通过钢化玻璃视窗采用电子显微镜观察土体结构，包括表面孔隙度、最大孔隙直径和最小孔隙直径。步骤14所述的拟合获得参数之间的关系，包括拟合出渗透系数与横向渗透的关系、渗透系数与纵向渗透的关系、渗透系数与轴向压力的关系、渗透系数与围压的关系、围压与轴压在横向渗透下的关系，围压与轴压在纵向渗透下的关系。本专利技术优点：1.本专利技术可以更加简便地实现常、变水头的转换；2.本专利技术实现了用气压替代水压以便减小实验误差；3.本专利技术可以研究水流在土壤中的渗流路径；4.本专利技术可以研究在不同压力条件下渗透的特性；5.本专利技术可以研究在横向渗透和纵向渗透时的渗透特性；6.本专利技术可以观测渗透时土粒的微观变化；7.本专利技术的实验结果由流量计转化为电信号传送到计算机，计算机经编程后可直接得到结果，方便准确；8.本专利技术流量计下水流流出后由量筒盛接可以进一步保证结果的准确性。附图说明图1为本专利技术一种实施方式的多功能渗透仪整体结构示意图；图2为本专利技术一种实施方式的加压部分结构示意图；图3为本专利技术一种实施方式的实验实施部分示意图；图4为本专利技术一种实施方式的支架部分示意图；图5为本专利技术一种实施方式的横向渗透时支架部分与盛土柱体位置关系示意图；图6为本专利技术一种实施方式的采用多功能渗透仪进行的实验方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术一种实施例做进一步说明。本专利技术实施例中，如图1所示，多功能渗透仪包括加压部分II、控制部分IV、支架部分I和实验实施部分III；其中，加压部分II通过螺纹与实验实施部分III上端固定连接，支架部分I通过喉箍与实验实施部分III固定，控制部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能渗透仪，其特征在于，包括加压部分、控制部分、支架部分和实验实施部分；其中，加压部分设置于实验实施部分上端，支架部分通过喉箍与实验实施部分固定，控制部分与加压部分和实验实施部分相连；所述的加压部分包括：油压泵、压力室、第一密封盖、自平衡活塞、轴压传感器和连接杆；其中，油压泵设置于压力室的上端，油压泵的输出口连接压力室内部；所述的自平衡活塞一端设置于压力室内部，另一端依次穿过压力室的下端和第一密封盖，且该端下端设置有轴压传感器；所述的压力室与第一密封盖之间通过连接杆连接；所述的实验实施部分包括：充气泵、供水槽、第二密封盖、气压传感器、盛土柱体、软质橡胶网、透水板、钢化玻璃视窗、法兰、围压传感器、测压管、流量计、量筒、止水夹和接头；其中，所述的充气泵通过导管与供水槽相连接，所述的供水槽上端设置有第二密封盖，第二密封盖下端设置有气压传感器，供水槽通过导管连接盛土柱体的上端，盛土柱体由上至下均匀设置有多个钢化玻璃视窗；盛土柱体内壁设置有软质橡胶网，在软质橡胶网与盛土柱体内壁之间设置有围压传感器，且围压传感器位于钢化玻璃视窗下端；盛土柱体内部的上端设置有透水板，在透水板与盛土柱体底端之间设置有测量土体；盛土柱体的上半部分与下半部分通过法兰连接，盛土柱体的下端设置有流量计，流量计设置有止水夹，流量计的下端放置有量筒；盛土柱体的侧壁设置有多个测压管，测压管连接接头；加压部分的自平衡活塞下端与实验实施部分的透水板上表面接触放置。...

【技术特征摘要】
1.一种多功能渗透仪，其特征在于，包括加压部分、控制部分、支架部分和实验实施部分；其中，加压部分设置于实验实施部分上端，支架部分通过喉箍与实验实施部分固定，控制部分与加压部分和实验实施部分相连；所述的加压部分包括：油压泵、压力室、第一密封盖、自平衡活塞、轴压传感器和连接杆；其中，油压泵设置于压力室的上端，油压泵的输出口连接压力室内部；所述的自平衡活塞一端设置于压力室内部，另一端依次穿过压力室的下端和第一密封盖，且该端下端设置有轴压传感器；所述的压力室与第一密封盖之间通过连接杆连接；所述的实验实施部分包括：充气泵、供水槽、第二密封盖、气压传感器、盛土柱体、软质橡胶网、透水板、钢化玻璃视窗、法兰、围压传感器、测压管、流量计、量筒、止水夹和接头；其中，所述的充气泵通过导管与供水槽相连接，所述的供水槽上端设置有第二密封盖，第二密封盖下端设置有气压传感器，供水槽通过导管连接盛土柱体的上端，盛土柱体由上至下均匀设置有多个钢化玻璃视窗；盛土柱体内壁设置有软质橡胶网，在软质橡胶网与盛土柱体内壁之间设置有围压传感器，且围压传感器位于钢化玻璃视窗下端；盛土柱体内部的上端设置有透水板，在透水板与盛土柱体底端之间设置有测量土体；盛土柱体的上半部分与下半部分通过法兰连接，盛土柱体的下端设置有流量计，流量计设置有止水夹，流量计的下端放置有量筒；盛土柱体的侧壁设置有多个测压管，测压管连接接头；加压部分的自平衡活塞下端与实验实施部分的透水板上表面接触放置。2.根据权利要求1所述的多功能渗透仪，其特征在于，所述的控制部分包括计算机和控制器，其中，控制器与计算机相连接，且控制器的输入端分别连接轴压传感器的输出端、气压传感器的输出端和围压传感器的输出端，控制器的输出端连接充气泵的输入端和油压泵的输入端。3.根据权利要求1所述的多功能渗透仪，其特征在于，所述的支架部分，包括：第一支架、第二支架、第一扣件、第二扣件、第一带轴直杆、第二带轴直杆、第一喉箍、第二喉箍和底座；其中，所述的底座设置有第一支架和第二支架，当纵向渗透时，第一支架上端通过第一扣件连接第一带轴直杆的一端，第一带轴直杆的另一端连接第一喉箍，第一支架下端通过第二扣件连接第二带轴直杆的一端，第二带轴直杆的另一端连接第二喉箍，且第一喉箍和第二喉箍水平放置；当横向渗透时，第一支架通过第一扣件连接第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张媛，梁冰，张淼，李世旺，吕志强，金佳旭，杨懿涵，赵开亮，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21