分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪及试验方法技术

本发明专利技术提供一种分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪及试验方法，属于柔性壁渗透仪领域。所述多联柔性壁渗透仪包括供压系统、无限体积注入系统、分级围压可控温渗透系统、渗出液自动化监测与收集装置。无限体积注入系统包括多组相同的无限体积注入装置，分级围压可控温渗透系统包括多个相同的分级围压可控温渗透装置，可以同时进行多种设定温度、多种设定液体围压、多种设定注入压力下的渗透试验。即本发明专利技术实现了在不同围压状态下渗透系数的测定，弥补了现有柔性壁渗透仪功能上的不足，更加节省人力和时间。

【技术实现步骤摘要】
分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪及试验方法
本专利技术涉及柔性壁渗透仪领域，尤其涉及一种实现分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪及试验方法。
技术介绍
渗透系数在各项同性介质中，被定义为单位水力梯度下的单位流量，表示流体通过孔隙的难易程度，渗透系数越大，透水性越强。在环境岩土领域，渗透系数是综合反映土体渗透能力的一个重要指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数，准确测量土的渗透系数是一项十分重要的工作。渗透系数主要通过渗透试验进行测定。国内外常规的测定渗透系数的仪器包括刚性壁渗透仪和柔性壁渗透仪。刚性壁渗透仪在使用中适用于渗透性较好的土体，且侧壁与试样之间易形成过水通道，进而导致无法准确测量试样的渗透系数；而柔性壁渗透仪通过围压与反压之间的压差作用使橡皮薄膜挤压试样，从而可以有效避免侧漏现象，不仅适用于渗透性较好的土体，也适用于渗透性较低的粘土等土体。中国专利技术专利文献《一种多功能自动化柔性壁渗透试验仪及其试验方法》(CN111337412A)中，在渗透仪外部设置一控制台，并于控制台内部设置可以控制两路液压装置工作的单片机控制系统，通过控制面板上调整参数，根据渗透量的自动计算实现对于渗透试验的自动化控制。但并未考虑试验过程中，在不中断试验的情况下渗透液的补充方式。中国专利技术专利文献《实现两种溶液连续渗透的多联柔性壁渗透仪及使用方法》(CN110160928A)中，渗透仪与试样反压供液管之间设置渗入溶液存储器，在渗透仪与渗出液收集锥形瓶之间设置渗出液存储器，分别在渗入和渗出液存储器中设置橡胶膜，两种溶液的连续渗透过程，根据渗透量的自动计算实现对于渗透试验的自动化控制。但并未考虑试验过程中，在不中断试验的情况下渗透液的补充方式；当试样低渗透性时，通过读取供液管刻度获取渗透量的方式精度难以保证进而影响渗透系数的测量；多联柔性壁均处于同一围压下，无法实现分别在不同围压下进行独立的渗透试验；需要人工对渗出液的各项化学性质不同进行测量以对试验终止条件进行判断，无法进行自动化监测，耗费人力。中国专利技术专利文献《多联柔性壁渗透仪》(CN107300522B)中设置加压泵对多个柔性壁渗透仪提供气压，保证气压一致。但并未考虑试验过程中以下问题：渗透液的类型、是否会对仪器造成腐蚀、和渗透液的注入以及补充方式、渗透量的获取方式等，且多联柔性壁均处于同一围压下，无法实现分别在不同围压下进行独立的渗透试验。综上所述，由于渗透过程中土体材料和渗透液的不同，例如重金属或有机污染液作为污染液时，为准确测得渗透系数，可能存在较长的渗透时间及较多的渗透液以使渗透试验达到稳定，现有的柔性壁渗透仪存在无法在试验过程中实现无限渗透液进行渗透的需求，即不改变腔室围压、试样反压的情况下，有不断的渗透液以满足渗透试验的需求；此外，现有的柔性壁渗透仪设计较为笨重，一套柔性壁渗透仪需要多个仪器搭配，即进行一个试样的渗透试验需要多个仪器同时使用，且过程中需要人工对多个参数进行监测，以判断试验是否达到稳定，仪器操作较为复杂，人工强度高，工作量大，目前亟需一种实现分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有渗透仪的缺点，提供一种实现分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪及试验方法，满足不同土体及渗透液试验过程中的渗透需求，实现多联单独控制，温度控制，实时参数检测，自动化程度高。为实现以上目的，本专利技术提供了一种分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪，包括供压系统、无限体积注入系统、分级围压可控温渗透系统、渗出液自动化监测与收集装置和数据记录仪；所述无限体积注入系统包括N组相同的无限体积注入装置，所述分级围压可控温渗透系统包括N个相同的分级围压可控温渗透装置，一组无限体积注入装置中的三通L型球阀通过输液管与一个分级围压可控温渗透装置中的渗透液输入通道相通；所述供压系统包括空气压缩机、气体释压阀、气体稳压机、供液室、空气调节阀和数值压力表；所述空气压缩机通过管道依次与气体释压阀、气体稳压机、N组相同的无限体积注入装置的试样反压调节阀相通，气体稳压机通过管道依次与空气调节阀、数值压力表和供液室相通；所述供液室为封闭的装满水的空心腔室，供液室的下部通过输液管分别与分级围压可控温装置中的N个渗透室相通；所述无限体积注入装置包括一个分流器、一个试样反压调节阀，一个试样反压数值压力表、两个结构相同的注入室，二个气体流通阀，一个回压气体控制阀、一个互通管、两个侧壁回压控制阀和一个三通L型球阀；所述注入室由上半室、下半室和柔性橡胶膜组成，所述柔性橡胶膜放置在上半室、下半室之间，即柔性橡胶膜的边缘利用上半室和下半室对接夹住，并将注入室分成上下封闭的二个空间；在注入室的顶部开有排气孔，且在排气孔处装有一个可关闭/打开的堵头，在注入室下部空间中靠近柔性橡胶膜的侧壁上开有注液孔，且在注液孔处装有一个可关闭/打开的孔塞；互通管的两端分别与两个注入室的下部接通，且在互通管上装有两个侧壁回压控制阀；两个注入室的底部分别通过输液管与三通L型球阀接通，三通L型球阀的第三路通过输液管与分级围压可控温渗透装置中的渗透液输入通道相通；所述分流器的输入端通过管道依次与试样反压数值压力表、试样反压调节阀相通，分流器的输出端分为三路，其中左右两路分别与两个注入室的顶部接通，且在左右两路与两个注入室顶部之间分别串联了一个气体流通阀，分流器的输出端中路穿过一个回压气体控制阀与两个侧壁回压控制阀之间的互通管相通；所述分级围压可控温渗透装置由渗透室、试样包、可控温加热带组成；所述试样包由一个试样、二块透水石、一个试样顶座、一个试样底座、两张滤纸、一片橡皮薄膜和两个止水橡胶圈组成，以试样底座为基准依次向上分别叠加为透水石、滤纸、试样、滤纸、透水石和试样顶座，然后将橡皮薄膜包裹在外，并用两个止水橡胶圈进行固定，形成一个试样包；在试样底座上开有贯通到透水石的底部排气通道和渗透液输入通道，在试样顶座上开有贯通到透水石的顶部排气通道和渗透液输出通道；渗透室包括空心圆柱体的渗透室主体、渗透室顶板和渗透室底板，在渗透室顶板和渗透室底板上分别开有N个均匀分布的通孔，N条拉杆的两端穿过渗透室顶板和渗透室底板上相应的通孔并用螺母锁紧，即通过N条拉杆使渗透室主体、渗透室顶板、渗透室底板三者之间形成一个封闭的渗透室，试样包放在渗透室底部中心处；在渗透室主体的外部设置有可控温加热带，在渗透室的顶部开有围压调节孔，且在调节孔处装有一个可关闭/打开的堵头；五段输液管穿过渗透室底板与渗透室相通，其中，第一段输液管与供液室相通，且从渗透室开始、在渗透室与供液室之间装有围压液体三通阀、围压液体压力表、围压液体调节阀和围压液体流量计；第二段输液管的一端与渗透液输出通道相通，另一端依次与渗透液输出通道开关、渗透液输出流量计、渗出液自动化监测与收集装置中的渗出液收集装置相通；第三段输液管的一端与渗透液输入通道相通，另一端依次与渗透液输入通道开关、渗透液输入流量计、三通L型球阀相通；第四段输液管的一端与顶部排气通道相通，另一端装有一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪，其特征在于，包括供压系统、无限体积注入系统、分级围压可控温渗透系统、渗出液自动化监测与收集装置和数据记录仪(41)；所述无限体积注入系统包括N组相同的无限体积注入装置，所述分级围压可控温渗透系统包括N个相同的分级围压可控温渗透装置，一组无限体积注入装置中的三通L型球阀(12)通过输液管(48)与一个分级围压可控温渗透装置中的渗透液输入通道(36)相通；/n所述供压系统包括空气压缩机(1)、气体释压阀(2)、气体稳压机(3)、供液室(16)、空气调节阀(14)和数值压力表(15)；所述空气压缩机(1)通过管道依次与气体释压阀(2)、气体稳压机(3)、N组相同的无限体积注入装置的试样反压调节阀(4)相通，气体稳压机(3)通过管道依次与空气调节阀(14)、数值压力表(15)和供液室(16)相通；所述供液室(16)为封闭的装满水的空心腔室，供液室(16)的下部通过输液管(48)分别与分级围压可控温装置中的N个渗透室(17)相通；/n所述无限体积注入装置包括一个分流器(49)、一个试样反压调节阀(4)，一个试样反压数值压力表(5)、两个结构相同的注入室(9)，二个气体流通阀(6)，一个回压气体控制阀(13)、一个互通管(50)、两个侧壁回压控制阀(11)和一个三通L型球阀(12)；/n所述注入室(9)由上半室、下半室和柔性橡胶膜(8)组成，所述柔性橡胶膜(8)放置在上半室、下半室之间，即柔性橡胶膜(8)的边缘利用上半室和下半室对接夹住，并将注入室(9)分成上下封闭的二个空间；在注入室(9)的顶部开有排气孔(7)，且在排气孔(7)处装有一个可关闭/打开的堵头，在注入室(9)下部空间中靠近柔性橡胶膜(8)的侧壁上开有注液孔(10)，且在注液孔(10)处装有一个可关闭/打开的孔塞；互通管(50)的两端分别与两个注入室(9)的下部接通，且在互通管(50)上装有两个侧壁回压控制阀(11)；两个注入室(9)的底部分别通过输液管(48)与三通L型球阀(12)接通，三通L型球阀(12)的第三路通过输液管(48)与分级围压可控温渗透装置中的渗透液输入通道(36)相通；/n所述分流器(49)的输入端通过管道依次与试样反压数值压力表(5)、试样反压调节阀(4)相通，分流器(49)的输出端分为三路，其中左右两路分别与两个注入室(9)的顶部接通，且在左右两路与两个注入室(9)顶部之间分别串联了一个气体流通阀(6)，分流器(49)的输出端中路穿过一个回压气体控制阀(13)与两个侧壁回压控制阀(11)之间的互通管(50)相通；/n所述分级围压可控温渗透装置由渗透室(17)、试样包、可控温加热带(18)组成；/n所述试样包由一个试样(22)、二块透水石(31)、一个试样顶座(19)、一个试样底座(23)、两张滤纸(21)、一片橡皮薄膜(30)和两个止水橡胶圈(20)组成，以试样底座(23)为基准依次向上分别叠加为透水石(31)、滤纸(21)、试样(22)、滤纸(21)、透水石(31)和试样顶座(19)，然后将橡皮薄膜(30)包裹在外，并用两个止水橡胶圈(20)进行固定，形成一个试样包；在试样底座(50)上开有贯通到透水石(31)的底部排气通道(32)和渗透液输入通道(36)，在试样顶座(19)上开有贯通到透水石(31)的顶部排气通道(33)和渗透液输出通道(37)；/n渗透室(17)包括空心圆柱体的渗透室主体(34)、渗透室顶板(28)和渗透室底板(35)，在渗透室顶板(28)和渗透室底板(35)上分别开有N个均匀分布的通孔，N条拉杆(27)的两端穿过渗透室顶板(28)和渗透室底板(35)上相应的通孔并用螺母锁紧，即通过N条拉杆(27)使渗透室主体(34)、渗透室顶板(28)、渗透室底板(35)三者之间形成一个封闭的渗透室(17)，试样包放在渗透室(17)底部中心处；在渗透室主体(34)的外部设置有可控温加热带(18)，在渗透室(17)的顶部开有围压调节孔(29)，且在调节孔(29)处装有一个可关闭/打开的堵头；/n五段输液管(48)穿过渗透室底板(35)与渗透室(17)相通，其中，第一段输液管(48)与供液室(16)相通，且从渗透室(17)开始、在渗透室(17)与供液室(16)之间装有围压液体三通阀(38)、围压液体压力表(25)、围压液体调节阀(26)和围压液体流量计(39)；第二段输液管(48)的一端与渗透液输出通道(37)相通，另一端依次与渗透液输出通道开关(51)、渗透液输出流量计(46)、渗出液自动化监测与收集装置中的渗出液收集装置(44)相通；第三段输液管(48)的一端与渗透液输入通道(36)相通，另一端依次与渗透液输入通道开关(52)、渗透液输入流量计(40)、三通L型球阀(12)相通；第四段输液管(4...

【技术特征摘要】
1.一种分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪，其特征在于，包括供压系统、无限体积注入系统、分级围压可控温渗透系统、渗出液自动化监测与收集装置和数据记录仪(41)；所述无限体积注入系统包括N组相同的无限体积注入装置，所述分级围压可控温渗透系统包括N个相同的分级围压可控温渗透装置，一组无限体积注入装置中的三通L型球阀(12)通过输液管(48)与一个分级围压可控温渗透装置中的渗透液输入通道(36)相通；
所述供压系统包括空气压缩机(1)、气体释压阀(2)、气体稳压机(3)、供液室(16)、空气调节阀(14)和数值压力表(15)；所述空气压缩机(1)通过管道依次与气体释压阀(2)、气体稳压机(3)、N组相同的无限体积注入装置的试样反压调节阀(4)相通，气体稳压机(3)通过管道依次与空气调节阀(14)、数值压力表(15)和供液室(16)相通；所述供液室(16)为封闭的装满水的空心腔室，供液室(16)的下部通过输液管(48)分别与分级围压可控温装置中的N个渗透室(17)相通；
所述无限体积注入装置包括一个分流器(49)、一个试样反压调节阀(4)，一个试样反压数值压力表(5)、两个结构相同的注入室(9)，二个气体流通阀(6)，一个回压气体控制阀(13)、一个互通管(50)、两个侧壁回压控制阀(11)和一个三通L型球阀(12)；
所述注入室(9)由上半室、下半室和柔性橡胶膜(8)组成，所述柔性橡胶膜(8)放置在上半室、下半室之间，即柔性橡胶膜(8)的边缘利用上半室和下半室对接夹住，并将注入室(9)分成上下封闭的二个空间；在注入室(9)的顶部开有排气孔(7)，且在排气孔(7)处装有一个可关闭/打开的堵头，在注入室(9)下部空间中靠近柔性橡胶膜(8)的侧壁上开有注液孔(10)，且在注液孔(10)处装有一个可关闭/打开的孔塞；互通管(50)的两端分别与两个注入室(9)的下部接通，且在互通管(50)上装有两个侧壁回压控制阀(11)；两个注入室(9)的底部分别通过输液管(48)与三通L型球阀(12)接通，三通L型球阀(12)的第三路通过输液管(48)与分级围压可控温渗透装置中的渗透液输入通道(36)相通；
所述分流器(49)的输入端通过管道依次与试样反压数值压力表(5)、试样反压调节阀(4)相通，分流器(49)的输出端分为三路，其中左右两路分别与两个注入室(9)的顶部接通，且在左右两路与两个注入室(9)顶部之间分别串联了一个气体流通阀(6)，分流器(49)的输出端中路穿过一个回压气体控制阀(13)与两个侧壁回压控制阀(11)之间的互通管(50)相通；
所述分级围压可控温渗透装置由渗透室(17)、试样包、可控温加热带(18)组成；
所述试样包由一个试样(22)、二块透水石(31)、一个试样顶座(19)、一个试样底座(23)、两张滤纸(21)、一片橡皮薄膜(30)和两个止水橡胶圈(20)组成，以试样底座(23)为基准依次向上分别叠加为透水石(31)、滤纸(21)、试样(22)、滤纸(21)、透水石(31)和试样顶座(19)，然后将橡皮薄膜(30)包裹在外，并用两个止水橡胶圈(20)进行固定，形成一个试样包；在试样底座(50)上开有贯通到透水石(31)的底部排气通道(32)和渗透液输入通道(36)，在试样顶座(19)上开有贯通到透水石(31)的顶部排气通道(33)和渗透液输出通道(37)；
渗透室(17)包括空心圆柱体的渗透室主体(34)、渗透室顶板(28)和渗透室底板(35)，在渗透室顶板(28)和渗透室底板(35)上分别开有N个均匀分布的通孔，N条拉杆(27)的两端穿过渗透室顶板(28)和渗透室底板(35)上相应的通孔并用螺母锁紧，即通过N条拉杆(27)使渗透室主体(34)、渗透室顶板(28)、渗透室底板(35)三者之间形成一个封闭的渗透室(17)，试样包放在渗透室(17)底部中心处；在渗透室主体(34)的外部设置有可控温加热带(18)，在渗透室(17)的顶部开有围压调节孔(29)，且在调节孔(29)处装有一个可关闭/打开的堵头；
五段输液管(48)穿过渗透室底板(35)与渗透室(17)相通，其中，第一段输液管(48)与供液室(16)相通，且从渗透室(17)开始、在渗透室(17)与供液室(16)之间装有围压液体三通阀(38)、围压液体压力表(25)、围压液体调节阀(26)和围压液体流量计(39)；第二段输液管(48)的一端与渗透液输出通道(37)相通，另一端依次与渗透液输出通道开关(51)、渗透液输出流量计(46)、渗出液自动化监测与收集装置中的渗出液收集装置(44)相通；第三段输液管(48)的一端与渗透液输入通道(36)相通，另一端依次与渗透液输入通道开关(52)、渗透液输入流量计(40)、三通L型球阀(12)相通；第四段输液管(48)的一端与顶部排气通道(33)相通，另一端装有一个顶部排气通道开关(54)；第五段输液管(48)的一端与底部排气通道(32)接通，另一端装有一个底部排气通道开关(53)；
所述渗出液自动化监测与收集装置包括渗出液收集装置(44)、电导率传感器(42)、pH传感器(43)、锥形瓶(45)；其中，渗出液收集装置(44)的一端与渗出液流量计(46)相通，另一端与锥形瓶(45)相通；所述电导率传感器(42)和pH传感器(43)放置在渗出液收集装置(44)中，并通过导线将数据传送给数据记录仪(41)。


2.根据权利要求1所述的分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪，其特征在于，所述渗透室顶板(28)、渗透室底板(35)与渗透室主体(34)的接触处均装有密封圈。


3.根据权利要求1所述的分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪，其特征在于，所述加热带(18)接有温度调节器(24)，所述围压液体流量计(39)、渗透液输入流量计(40)、渗透液输出流量计(46)、温度调节控制器(24)分别与数据记录仪(41)相连接。


4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的分级围压下无限体积注入的多联柔性壁渗透仪的试验方法，其特征在于，利用N组相同的无限体积注入装置和N个相同的分级围压可控温渗透装置的配套使用，同时进行N种设定温度下的渗透试验；
令设定温度为Tj，j＝1，2..N，对于每一种设定温度Tj利用一组无限体积注入装置和对应的一个分级围压可控温渗透装置进行渗透试验，并记为渗透试验G，渗透试验G的步骤如下：
步骤1，试验参数的设定和试验数据的记录
令设定液体围压为Pm、设定注入压力为Pi，m＝1，2...M，，i＝1，2...I，即在渗透试验G中，对每一种设定液体围压Pm、每一种设定注入压力Pi均进行一次渗透试验G；
在渗透试验G进行的过程中，数据记录仪(41)通过围压液体流量计(39)、渗透液输入流量计(40)、渗透液输出流量计(46)、电导率传感器(42)、pH传感器(43)获取实时数据，且每间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：查甫生，秦皓，周阳，刘贵强，许龙，吴斌，吕晓光，康博，
申请(专利权)人：合肥工业大学，安徽省城建基础工程有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34