渗透系数测定仪制造技术

本发明专利技术研究重力水在地下饱水带、在稳定流条件、层流状态下的运动规律的渗透系数测定仪，包括蓄水箱，进水主管，有测压管的测压管支架，供水装置，渗流试验筒装置，渗流试验筒装置中有装在渗流筒支架上的有上、下游测压管接口的渗流试验筒，渗流试验筒顶部有溢流筒、与溢流筒连通的溢流测水流量管，试验筒的上、下游测压管接口分别通过连通管与对应的测压管底部连通，供水装置中有供水箱支架，三个定水头供水箱竖直排列在供水箱支架上，每个水箱中有供水腔和溢流腔，供水腔通过进水管与进水主管连通而溢流腔通过溢流回水管与蓄水箱相通，供水腔通过渗流连通管与渗流试验筒底部连通。仪器工作时能形象地展现渗流液体的运动要素，验证达西定律。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术与应用于研究重力水在地下饱水带，在稳定流的条件、层流 状态下的运动规律的渗透系数测定仪有关。
技术介绍
研究重力水在地下饱水带、在稳定流的条件下地下水运动的基本定 律为达西定律，即<formula>complex formula see original document page 3</formula>式中Q—渗透流量(在试验中出口处流量为通过砂柱各断面的流 量)；F—过水断面(在实验中相当于砂柱横断面积)； h—水头损失(h二H,—H2，即上下游过水断面的水头差)； L—渗透长度(上下游过水断面的距离)；I一水力坡度(相当于A,即水头差除以渗透长度)；K一渗透系数。 此即达西公式。从水力学已知，通过某一断面的流量Q等于流速V与过水断面F的 乘积即<formula>complex formula see original document page 3</formula>或^ = ^ 。据此及公式，达西定律也可以另一种形式表达之 尸<formula>complex formula see original document page 3</formula>V称作渗透流速，其余各项意义同前。 式中各项的物理涵义为；V:在上面引用水力学中的公式(^FV时，式中的过水断面F系指砂 柱是横断面面积；在该横断面积中，包括砂粒所占据的面积及孔隙所占 据的面积。由此可知，V并非实际流速，而是设水流通过整个断面F时 的流速。I:水力坡度为沿渗透途径的水头损失与相应渗透途径长度的比值。 水在空隙中运动时，受到隙壁以及水质点自身的摩擦阻力，克服这些阻 力保持一定流速，就要消耗机械能，从而产生水头损失。所以，水力坡 度可以理解为水流通过某一长度渗透途径时，为克服摩擦阻力，保持一 定流速以耗失的水头形式表现的机械能。在利用这一公式确定水力坡度 时，应当注意，水头差h与渗透L必须对应。<formula>complex formula see original document page 4</formula>K:从达西定律V4I可以看出，水力坡度I是无因次的，故渗透系 数K的因次与渗透速度V相同， 一般采用米/秒为单位。令1=1，则V=K。 意即渗透系数为水力坡度等于1时的渗透流速。水力坡度为一定值时， 渗透系数愈大，渗透流速就愈大。渗透流速为一定值时，渗透系数愈大， 水力坡度愈小。由此可见，使用渗透系数可定量说明岩石的透水性能。 渗透系数愈大，岩石的透水能力愈强。在空隙连通的前提下渗透系数与 岩石中空隙的大小与多少有关。此外水流在岩石空隙中运动，需要克服隙壁及水质点之间的摩擦阻 力；所以，渗透系数不仅与岩石的空隙性质有关，还与水的某些物理性 质有关。如果我们假想粘滞性不同的两种液体在同一岩石中运动时，则 粘滞性大的液体渗透系数就会小于粘滞性小的液体。通常情况下研究地 下水的运动时，由于水的物理性质变化不大，可以忽略，而把渗透系数 看成单纯说明岩石渗透性能的参数。但在特殊条件下，例如在研究温热 水运动时，由于温度升高加可使水的粘滞性显著降低，就不能加以忽略 了，在达西定律中，渗透速度与水力坡度的一次方成正比，为线性关系， 这是层流运动的普遍定律。目前验证达西定律测定渗透系数主要采用金属筒体，不能观察到所 测样品的结构及试验水流循环过程，需要与筒体相接的外接供、排水系 统，将被测岩样放入筒体中饱水后再进行测量。操作十分复杂，占地面 积大，给排水系统土建费高，故而成本高，移动不便。 专利技术目的本专利技术的目的是为了提供一种能测定样品特别可同时测定二种样 品并可形象地展现试验水流循环过程及渗流液体的运动要素，测定岩石 的过水断面，水力坡度，渗透水量，从而计算渗透系数、渗透流速、观 测研究样品的结构差异对渗透系数的影响及在渗流过程中的表现形式， 同时验证达西定律、测定渗透系数的渗透系数测定仪。本专利技术的目的是这样来实现的本专利技术渗透系数测定仪，包括试验台，蓄水箱，带控制阀的进水主 管，竖直装于试验台上的装有至少二根测压管的测压管支架，至少一套 供水装置，至少一套渗流试验筒装置，渗流试验筒装置中有装在试验台 上的渗流筒支架，装在渗流筒支架上的有上游测压管接口和下游测压管 接口的渗流试验筒，渗流试验筒顶部有溢流筒、与溢流筒连通的溢流测 流量管，试验筒的上、下游测压管接口分别通过连通管与相对应的测压 管下端连通，供水装置中有装在试验台上的供水箱支架，第一定水头供 水箱、第二定水头供水箱和第三定水头供水箱竖直向上依次排列固定在 供水箱支架上，每个水箱中有供水腔和溢流腔，可以保持定水头供给试 验用水，供水腔通过有进水控制阀的水箱进水管与进水主管连通而溢流 腔通过溢流回水管与供水箱相通，供水腔通过渗流连通管与渗流试验筒 底部进水腔渗流进孔连通，第一、第二水箱的渗流连通管上有渗流进水 控制阀，渗流试验筒顶部有溢流筒，与溢流筒连通的溢流测水流量管， 使含水层出水口水面保持衡定，满足试验过程中的稳定流条件。上述的供水装置为一套，测压管为两根，渗流试验筒装置为一套， 用一套供水装置和一套渗流试验筒装置便能测量出岩石的过水断面，水 力坡度，渗透水量，从而计算出渗透系数，渗透流速。上述的供水装置为二套、分别位于测压管支架的两侧对称装在试验 台上，测压管为四根，渗流试验筒装置为二套，分别位于测压管支架的 两侧对称装在试验台上，在二套渗流试验筒装置中的两渗流试验筒中装 入不同级配的被测岩样，可以模拟两种不同渗透系数(K)的含水层， 观测研究样品的结构差异对渗透系数的影响及在渗流过程中的表现形 式，可以验证渗透系数的大小不仅与被测岩样有关，而且与渗透液体的 粘度有关。上述的渗流试验筒的下部有进水腔和透水板，可以使含水层获得均 匀进水。上述的渗流进水连通管相邻渗流试验筒上连接有带排水阀的排水 管，实验完后，排空渗流试验筒中的水。上述的渗流试验筒形状为圆柱体或正多面体，外形美观，实用。上述的进水主管、水箱进水管、渗流进水连通管分别为透明刚性管， 各水箱分别为透明水箱，渗流试验筒为透明刚性筒，直观。根据达西定律，仪器要求可以测定试样的过水断面，水力坡度，渗 透水量，从而计算渗透系数，渗透流速，验证达西定律，为达到上述目 的，本专利技术设计了模拟含水层，闭路循环可调压的给排水系统，测压管 排等。本专利技术渗透系数测定仪工作时，1，确定渗透试验筒的横截面积即 被测样品之横截面积F; 2，测量上、下游测压管接出水口间的间距L;3，装样，先在渗流试验筒透水板上装2 3cm厚的砾石，再将欲试验的 样品分层装入渗流试验筒中，每层3 6cm厚，夯实，使其尽量接近天 然状态下的结构形式，然后分层装层至距渗流试验筒筒顶下2 3cm处， 在样品上再装砾石将渗流试验筒全部装满，按上述方法在两渗流试验筒 中装入不同的被测样品；4，饱和试样，每次试验前，先给试样进行饱 水，使其水面高于渗流试验筒的溢水面，观察测压管水位与渗流试验筒 的溢水面水位是否保持水平，若有气泡，需排除，调试至水平，方可使 用本发朋仪器；5，与第一定水头供水箱连接的水箱进水管上的供水控 制阀打开，水经过第一水箱中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
渗透系数测定仪，其特征在于包括试验台，蓄水箱，带控制阀的进水主管，竖直装于试验台上的装有至少二根测压管的测压管支架，至少一套供水装置，至少一套渗流试验筒装置，渗流试验筒装置中有装在试验台上的渗流筒支架，装在渗流筒支架上的有上游测压管接口和下游测压管接口的渗流试验筒，渗流试验筒顶部有溢流筒、与溢流筒连通的溢流测流量管，试验筒的上、下游测压管接口分别通过连通管与相对应的测压管下端连通，供水装置中有装在试验台上的供水箱支架，第一定水头供水箱、第二定水头供水箱和第三定水头供水箱竖直向上依次排列固定在供水箱支架上，每个定水头供水箱中有供水腔和溢流腔，供水腔通过有进水控制阀的水箱进水管与进水主管连通而溢流腔通过溢流回水管与蓄水箱相通，供水腔通过渗流进水连通管与渗流试验筒底部渗流进孔连通，第一、第二定水头供水箱的渗流进水连通管上有渗流进水控制阀。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虞修竞，蔡国军，付小敏，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]