一种测定非饱和土渗透系数的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种测定非饱和土渗透系数的装置，包括用于盛装非饱和土试样的容器，非饱和土试样内插设有张力计，所述容器底部设有筛网，筛网上表面铺设有滤纸，容器底部与第一测量管顶部连通，第一测量管底部与连接管一端连接，连接管另一端与第二测量管底部连接，第二测量管上设有刻度线；另外本发明专利技术还公开与之相应的方法；本发明专利技术解决了现有间接法测定非饱和土体渗透系数时操作复杂、成本高和耗时长的技术问题，可根据时间t、流量Q以及对应的负孔隙水压力，确定不同饱和度土样的渗透系数，建立基质吸力与渗透系数的关系。

A Device and Method for Measuring Permeability Coefficient of Unsaturated Soil

The invention discloses a device for measuring the permeability coefficient of unsaturated soil, which comprises a container for holding unsaturated soil samples, a tensiometer inserted in the unsaturated soil samples, a screen screen at the bottom of the container, a filter paper on the surface of the screen, a bottom of the container connected with the top of the first measuring tube, a bottom of the first measuring tube connected with one end of the connecting pipe, and a second measuring tube connected with the other end of the connecting pipe. The invention also discloses a corresponding method; the invention solves the technical problems of complex operation, high cost and long time-consuming in the existing indirect method for determining the permeability coefficient of unsaturated soil, and can determine the permeability coefficient of soil samples with different saturation degrees and establish the matric suction according to time t, flow Q and corresponding negative pore water pressure. The relationship with permeability coefficient.

【技术实现步骤摘要】
一种测定非饱和土渗透系数的装置及方法
本专利技术涉及岩土实验
，具体地指一种测定非饱和土渗透系数的装置及方法。
技术介绍
随着我国在岩土工程领域的逐渐发展，对于非饱和土的研究越来越受研究学者的重视，非饱和土的渗透系数是研究雨水入渗、坝坡渗流等工程问题的重要参数。目前，测定到饱和土的渗透系数相对简单，而非饱和土的渗透系数的只能通过较为复杂的稳态试验法、瞬态剖面法，也有研究者把实验测定的土水特征曲线分割成若干段，并假设每段为均匀基质吸力段，间接计算非饱和土的渗透系数，其试验设备相对复杂、成本高昂、且耗时较长。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种测定非饱和土渗透系数的装置及方法，解决现有间接法测定非饱和土体渗透系数时操作复杂、成本高和耗时长的技术问题，可根据时间t、流量Q以及对应的负孔隙水压力，确定不同饱和度土样的渗透系数，建立基质吸力与渗透系数的关系。本专利技术为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种测定非饱和土渗透系数的装置，包括用于盛装非饱和土试样的容器，非饱和土试样内插设有张力计，所述容器底部设有筛网，筛网上表面铺设有滤纸，容器底部与第一测量管顶部连通，第一测量管底部与连接管一端连接，连接管另一端与第二测量管底部连接，第二测量管上设有刻度线。优选地，第一测量管上设有第一阀门，第二测量管顶部通过第二阀门与量筒底部连通。优选地，所述第二阀门为电磁阀，第二测量管两侧分别设有红外线信号发射器和红外线信号接收器，红外线信号接收器与控制器信号输入端连接，控制器与第二阀门控制端连接。优选地，所述容器、第一测量管和第二测量管均为透明玻璃材质，连接管为橡胶管，所述容器为圆柱形结构，容器底部与第一测量管顶部连通的位置处设置筛网。优选地，所述第一测量管安装于第一支撑架上，第二测量管安装于第二支撑架上。另外，本专利技术还提供使用上述装置来测定非饱和土渗透系数的方法，它包括以下步骤：步骤1）：在容器底部安装筛网，再在筛网上铺设滤纸；步骤2）：将非饱和土试样放入容器，并确保其与滤纸完全接触；步骤3）：在非饱和土试样中安装张力计，测定非饱和土试样的初始负孔隙水压力；步骤4）：向第二测量管顶部的量筒注水，打开第二阀门，使得水依次流入第二测量管、连接管和第一测量管，保证注水后第一测量管和第二测量管内的液面高度与圆柱形容器内的滤纸平齐，然后关闭第二阀门；步骤5）：关闭第一阀门，降低第二测量管高度，直至第二测量管顶部降低到滤纸所在水平位置以下，这时第一测量管和第二测量管所形成的水头差对滤纸产生向下的负压力，非饱和土试样对滤纸产生向上的负孔隙水压力，并且使得水头差对滤纸产生的负压力绝对值小于非饱和土试样对滤纸产生的负孔隙水压力绝对值；步骤6）：记录量筒水位，打开第一阀门；步骤7）：在非饱和土试样的负孔隙水压力作用下，第一测量管内的水会透过滤纸逐步向容器内流动，与之连通的第二测量管的水位会随之下降，这时打开第二阀门，量筒内的水进入到第二测量管内，确保第一测量管和第二测量管所形成的水头差不变后，再次关闭第二阀门；步骤8）：一段时间以后，非饱和土试样的负孔隙水压力逐渐减小，直至负孔隙水压力绝对值与负压力绝对值相等后，渗透达到平衡，这时关闭第一阀门，并通过张力计测定此时非饱和土试样的负孔隙水压力；步骤9）：记录时间间隔t，通过量筒读取此时间内的供水量Q，根据达西定律Q=khtA/L，确定此一级基质吸力下非饱和土渗透系数k（A、L分别为非饱和土试样面积和高度，h为两侧水头差）。优选地，上述方法还包括以下步骤：步骤10）：升高第二测量管高度，使得第一测量管和第二测量管所形成的水头差减小，使得水头差对滤纸产生的负压力绝对值再次小于非饱和土试样对滤纸产生的负孔隙水压力绝对值，然后开启第一阀门，重复步骤6）至步骤9），记录此一级基质吸力下非饱和土渗透系数k；步骤11）：逐级提高第二测量管高度多次，直至第一测量管和第二测量管所形成的水头差为0时停止，每次提高第二测量管高度后，按照步骤10）记录每一级基质吸力下非饱和土渗透系数k，并做出基质吸力与渗透系数关系曲线图。优选地，所述步骤7）中，控制器可以自动控制第二阀门的自动开启和关闭过程，具体步骤如下：首先，与之连通的第二测量管的水位会随之下降后，会低于红外线信号发射器和红外线信号接收器所在的水平高度，这时红外线信号接收器会接收到红外线信号发射器发射的信号，然后红外线信号接收器将相应信号传输给控制器，控制器会控制第二阀门开启，量筒内的水进入到第二测量管内，当第二测量管内的水位超过红外线信号发射器和红外线信号接收器所在的水平高度后，红外线信号发射器发射的信号会因为水阻挡而使得红外线信号接收器接收到的信号发生变化，红外线信号接收器传送相应信号给控制器，控制器会控制第二阀门关闭，量筒内的水停止进入到第二测量管内，通过上述过程可以保证第二测量管的水位维持在固定水位，从而保证第一测量管和第二测量管所形成的水头差不变。本专利技术的有益效果：1、本专利技术解决了现有间接法测定非饱和土体渗透系数时操作复杂、成本高和耗时长的技术问题，可根据时间t、流量Q以及对应的负孔隙水压力，确定不同饱和度土样的渗透系数，建立基质吸力与渗透系数的关系。2、本专利技术装置结构简单、使用方便，在测量过程中，通过逐级提高第二测量管高度，可以控制土体渗透过程能够缓慢均匀地进行，其测量更加准确。3、通过改变土样的干密度、初始含水率，本专利技术可分别进行相同的渗透系数试验，得到非饱和土渗透系数曲线与初始干密度的关系。4、通过改变土样的颗粒级配，本专利技术可分别进行相同的渗透系数试验，得到在不同的颗粒级配的非饱和土的渗透系数曲线。5、当在水中加入不同种类和浓度的污染物，本专利技术可以用于分析污染物在非饱和土中运移的速度和过程。6、根据本专利技术确定的基质吸力与渗透系数关系曲线，可用于在导入数值分析软件中，计算和描述土中渗流场随降雨或流水浸泡的变化发展过程。附图说明图1为一种测定非饱和土渗透系数的装置的结构示意图；图2为红外线信号接收器、控制器和第二阀门的连接结构示意图；图3为本实施例中某砂土的渗透系数曲线图；图中，容器1、张力计2、筛网3、滤纸4、第一测量管5、第一阀门5.1、连接管6、第二测量管7、刻度线7.1、第二阀门7.2、量筒8、红外线信号发射器9、红外线信号接收器10、控制器11、第一支撑架12、第二支撑架13。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。如图1和2所示，一种测定非饱和土渗透系数的装置，包括用于盛装非饱和土试样的容器1，非饱和土试样内插设有张力计2，所述容器1底部设有筛网3，筛网3上表面铺设有滤纸4，容器1底部与第一测量管5顶部连通，第一测量管5底部与连接管6一端连接，连接管6另一端与第二测量管7底部连接，第二测量管7上设有刻度线7.1。在本实施例中，刻度线7.1可以方便看清楚第二测量管7内的水位位置，方便确定红外线信号发射器9和红外线信号接收器10的安装高度。优选地，第一测量管5上设有第一阀门5.1，第二测量管7顶部通过第二阀门7.2与量筒8底部连通。在本实施例中第二测量管7顶部与第二阀门7.2底部连通的位置不密封其与外界大气连通，这样保证第二测量管7内顶部气压与外界大气压相同，这样第一测量管5和第二测量管7的水头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定非饱和土渗透系数的装置，包括用于盛装非饱和土试样的容器（1），非饱和土试样内插设有张力计（2），其特征在于：所述容器（1）底部设有筛网（3），筛网（3）上表面铺设有滤纸（4），容器（1）底部与第一测量管（5）顶部连通，第一测量管（5）底部与连接管（6）一端连接，连接管（6）另一端与第二测量管（7）底部连接，第二测量管（7）上设有刻度线（7.1）。

【技术特征摘要】
1.一种测定非饱和土渗透系数的装置，包括用于盛装非饱和土试样的容器（1），非饱和土试样内插设有张力计（2），其特征在于：所述容器（1）底部设有筛网（3），筛网（3）上表面铺设有滤纸（4），容器（1）底部与第一测量管（5）顶部连通，第一测量管（5）底部与连接管（6）一端连接，连接管（6）另一端与第二测量管（7）底部连接，第二测量管（7）上设有刻度线（7.1）。2.根据权利要求1所述的一种测定非饱和土渗透系数的装置，其特征在于：第一测量管（5）上设有第一阀门（5.1），第二测量管（7）顶部通过第二阀门（7.2）与量筒（8）底部连通。3.根据权利要求2所述的一种测定非饱和土渗透系数的装置，其特征在于：所述第二阀门（7.2）为电磁阀，第二测量管（7）两侧分别设有红外线信号发射器（9）和红外线信号接收器（10），红外线信号接收器（10）与控制器（11）信号输入端连接，控制器（11）与第二阀门（7.2）控制端连接。4.根据权利要求1所述的一种测定非饱和土渗透系数的装置，其特征在于：所述容器（1）、第一测量管（5）和第二测量管（7）均为透明玻璃材质，连接管（6）为橡胶管，所述容器（1）为圆柱形结构，容器（1）底部与第一测量管（5）顶部连通的位置处设置筛网（3）。5.根据权利要求1所述的一种测定非饱和土渗透系数的装置，其特征在于：所述第一测量管（5）安装于第一支撑架（12）上，第二测量管（7）安装于第二支撑架（13）上。6.一种使用权利要求1至5任一项所述的装置来测定非饱和土渗透系数的方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1）：在容器（1）底部安装筛网（3），再在筛网（3）上铺设滤纸（4）；步骤2）：将非饱和土试样放入容器（1），并确保其与滤纸（4）完全接触；步骤3）：在非饱和土试样中安装张力计（2），测定非饱和土试样的初始负孔隙水压力；步骤4）：向第二测量管（7）顶部的量筒（8）注水，打开第二阀门（7.2），使得水依次流入第二测量管（7）、连接管（6）和第一测量管（5），保证注水后第一测量管（5）和第二测量管（7）内的液面高度与圆柱形容器内的滤纸（4）平齐，然后关闭第二阀门（7.2）；步骤5）：关闭第一阀门（5.1），降低第二测量管（7）高度，直至第二测量管（7）顶部降低到滤纸（4）所在水平位置以下，这时第一测量管（5）和第二测量管（7）所形成的水头差对滤纸（4）产生向下的负压力，非饱和土试样对滤纸（4）产生向上的负孔隙水压力，并且使得水头差对滤纸（4）产生的负压力绝对值小于非饱和土试样对滤纸（4）产生的负孔隙水压力绝对值；步骤6）：记录量筒（8）水位，打开第一阀门（5.1）；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，苏剑，何卓文，隆海鹏，崔宪东，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42