一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置及方法制造方法及图纸

一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，它包括安装在进水管上的流量计，进水管的末端位于水头控制单元上方，能够为水头控制单元注水；水头控制单元的容器外侧面纵向布设有多个溢流管，导流管一端与溢流管连接，另一端接入称重装置；渗透实验单元的上端和下端均设有进水口和出水口，出水口设有土水分离装置。通过流量计检测进水管内的水流量调整进水管放水的大小；水头控制单元的容器外侧面纵向布设有多个溢流管，可以按多种的不同高度幅度来调节变化水头大小；渗透实验单元的上端和下端均设有进水口和出水口，能够从上下两个方向检测土样的渗水量和渗出水量。下两个方向检测土样的渗水量和渗出水量。下两个方向检测土样的渗水量和渗出水量。

【技术实现步骤摘要】
一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程
，尤其涉及一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置及方法。

技术介绍

[0002]具有防洪功能的大型水电站修建运行后，每年库区均存在几十米的水位变幅，带给库岸相对应高度范围的消落带。水位的变幅为库岸边坡提供水动力作用，进而有可能导致库岸滑坡等地质灾害，严重威胁库区居民生命财产安全和航道安全。因此，针对库岸土体开展渗透试验研究，探究土体渗透性能演化规律以及库岸边坡失稳机制，显得尤为重要。在针对库岸土体开展渗透试验时，(1)首先，需采用大尺寸试样以减少试验误差，常规55型和70型不符合试样大尺寸的要求；(2)其次，需考虑库岸土体实际所处的水位是变化的，且变化幅度较大和频率较快。而传统土体渗透试验装置中，很少考虑水位处于变化状态这一特点，且测压管水位的变化一般采用提升或下降供水箱的方式来实现，然而在试验过程中随着试验进行，水头不仅难以保持恒定导致精度不够，而且开展多种不同渗透水压下库岸土体渗透试验时，水头不便于调节，过程繁琐；(3)同时，传统土体渗透试验装置往往只针对一种渗流方向，然而实际工程中，渗透方向会随着水位变化而发生变化，在水位低的时候由岸坡内往外渗透、水位高时由水库往岸坡渗透，因此传统土体渗透试验装置适用面较窄。(4)另外，在试验模拟时，库岸土体的透水性高，要求装置能保证长时间供水，同时试验时土样渗水量多，需考虑如何有效监测土样的渗水量。(5)最后，在渗透过程中，土样会发生细颗粒迁移进而改变土体渗透性能，如何观测细颗粒起动以及迁移变化过程也是十分值得考虑。
[0003]中国专利文CN206756653U，公开(公告)日：2017年12月15日，公开了一种定水头和变水头土壤渗透系数测定组合装置。一种定水头和变水头土壤渗透系数测定组合装置，主要包括支架，所述支架包含顶板、背板以及底座，所述顶板上放置有马氏瓶，在背板上固定设有定水头供水管、刻度尺、变水头供水管，所述定水头供水管上端与马氏瓶相连通，下端与输水管相连通，所述变水头供水管上端为敞口，下端也与输水管相连通；所述输水管下端与测试装置内部空间相连通。其特点在于，可解决同条件下粘性土和沙壤土的饱和入渗系数，可有效的减少误差，减少试验的复杂过程，提高实验效率，增加测定的精确度和可靠度；其不足在于：无法模拟实际库岸土体在不同水位情况下的渗水量，以及双向渗透的实验。
[0004]中国专利文CN 205670111 U，公开(公告)日：2016年11月02日，公开了一种模拟常水头渗透装置，用于测量渗透介质的渗透系数，特征在于，包括常水头调节部，渗透部，渗透液存储部；常水头调节部包括水头储水单元以及回水软管，渗透部包括渗透单元以及渗透出水管，水由水头储水单元底部流入渗透单元，经渗透单元底部向上渗流，排除渗透介质内的空气实现渗透过程；其中，通过抬高或降低回水软管靠近水头储水单元的部分，可以调节水头储水单元内部的水面高度，从而实现水头的调节。其特点在于，可在普通试验平台上操作，并且可以实现多余水量的循环利用，节约水资源；同样无法模拟实际库岸土体在不同水
位情况下的渗水量，以及双向渗透的实验。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：解决上述
技术介绍
中存在的问题，提供一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置。
[0006]本专利技术另一个要解决的技术问题是：提供一种采用可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置的实验方法。
[0007]为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，它包括安装在进水管上的流量计，进水管的末端位于水头控制单元上方，能够为水头控制单元注水，软管一端连接在水头控制单元的底部，另一端与渗透实验单元连接；所述水头控制单元包括上端开口的透明容器，容器的外侧面纵向布设有多个溢流管，各溢流管均设有溢流控制阀，导流管一端与溢流管连接，另一端接入称重装置；所述渗透实验单元的上端设有带有阀门的上端进水口和上端出水口，下端设有带有阀门的下端进水口和下端出水口，软管能够选择性的连接上端进水口或者下端进水口；上端出水口或下端出水口设有土水分离装置。
[0008]所述流量计的前端设有进水控制阀。
[0009]所述水头控制单元设置在伸缩支架上。
[0010]所述称重装置包括接应在导流管下方的接纳容器，接纳容器放置在电子天平上。
[0011]所述渗透实验单元包括上端可开启，用于填充实验土样的罐体，罐体两端设有透水层，透水层分别高于上端进水口和上端出水口，以及下端进水口和下端出水口与罐体连接的通道，在上下两端的透水层之间用于填充实验土样；所述罐体为透明材质。
[0012]所述上下两端的透水层与实验土样之间的入渗面设有过滤网，出渗面设有钢丝网。
[0013]所述罐体外壁纵向设有刻度尺。
[0014]还设有监控器，所述监控器对罐体进行视频监控。
[0015]所述土水分离装置包括设置在渗透实验单元罐体下端出水口或上端出水口的漏斗和位于漏斗下方的烧杯；所述漏斗内部设有过滤网。
[0016]一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置的实验方法，它包括以下步骤：
[0017]S1.将软管连接水头控制单元底部的出水口和渗透实验单元的下端进水口，关闭所有溢水管和其余进、出水口阀门，打开进水控制阀，使水头控制单元和渗透实验单元内充满水，进行漏水测试，确保在试验过程中不漏水，测试后完成后，排出渗透实验单元中的水；
[0018]S2.在渗透实验单元的罐体中装填透水层，之后在透水层上铺设孔径0.03
‑
0.06mm的过滤网；
[0019]S3.在装入土样前，在透明罐体内侧壁涂抹凡士林，将在外部通过击实锤分层夯实达到设定密度和厚度的土样装入罐体中，之后在土样上部铺设孔径0.03
‑
0.06mm的过滤网，过滤网上部装填碎石层；
[0020]S4.盖合罐体，关闭溢流控制阀、下端出水阀门、上端进水阀门，打开进水控制阀，微开下端进水阀门，保持水头控制单元容器内的水位高度与土样顶部持平；
[0021]S5.取出铺设在土样上层出渗面的过滤网和透水层，在土样上部铺设孔径1
‑
5mm的钢丝网，钢丝网上部装填透水层；
[0022]S6.将烧杯、漏斗依次布设在上端出水口下部，打开上端出水阀门16a，通过联合调节伸缩支架和溢流控制阀，准确调节水头控制单元容器内的入渗水头高度为预定值，随后根据流量计数据显示调节进水控制阀以保持水头控制单元容器内的水位不变且长时间连续供水；
[0023]S7.在导流管处外接接纳容器和电子天平，让渗流发生一段时间后打开具有存储记忆功能的电子天平，同时开启监控器30；
[0024]S8.根据电子天平读取每五分钟的导流管的溢出量Q1，结合流量计累计流量Q2数据显示，可以间接计算出土样每五分钟的渗水量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：它包括安装在进水管(1)上的流量计(3)，进水管(1)的末端位于水头控制单元(4)上方，能够为水头控制单元(4)注水，软管(11)一端连接在水头控制单元(4)的底部，另一端与渗透实验单元(14)连接；所述水头控制单元(4)包括上端开口的透明容器，容器的外侧面纵向布设有多个溢流管(5)，各溢流管(5)均设有溢流控制阀(6)，导流管(7)一端与溢流管(5)连接，另一端接入称重装置；所述渗透实验单元(14)的上端设有带有阀门的上端进水口(13)和上端出水口(16)，下端设有带有阀门的下端进水口(12)和下端出水口(17)，软管(11)能够选择性的连接上端进水口(13)或者下端进水口(12)；上端出水口(16)或下端出水口(17)设有土水分离装置。2.根据权利要求1所述的一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：所述流量计(3)的前端设有进水控制阀(2)。3.根据权利要求1所述的一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：所述水头控制单元(4)设置在伸缩支架(10)上。4.根据权利要求1所述的一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：所述称重装置包括接应在导流管(7)下方的接纳容器(8)，接纳容器(8)放置在电子天平(9)上。5.根据权利要求1所述的一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：所述渗透实验单元(14)包括上端可开启，用于填充实验土样的罐体，罐体两端设有透水层(141)，透水层(141)分别高于上端进水口(13)和上端出水口(16)，以及下端进水口(12)和下端出水口(17)与罐体连接的通道，在上下两端的透水层(141)之间用于填充实验土样；所述罐体为透明材质。6.根据权利要求5所述的一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：所述上下两端的透水层(141)与实验土样之间的入渗面设有过滤网(142)，出渗面设有钢丝网(143)。7.根据权利要求5所述的一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：所述罐体外壁纵向设有刻度尺(15)。8.根据权利要求1所述的一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：还设有监控器(30)，所述监控器(30)对罐体视频监控。9.根据权利要求1所述的一种可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置，其特征在于：所述土水分离装置包括设置在渗透实验单元(14)罐体下端出水口(17)或上端出水口(16)的漏斗(19)和位于漏斗(19)下方的烧杯(20)；所述漏斗(19)内部设有过滤网。10.一种采用权利要求1
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9任意一项所述的可调节水头与渗流方向的大尺寸土体渗透性能试验装置的实验方法：其特征在于，它包括以下步骤：S1.将软管(11)连接水头控制单元(4)底部的出水口和渗透实验单元(14)的下端进水口(12)，关闭所有溢水管(5)和其余进、出水口阀门，打开进水控制阀(2)，使水头控制单元(4)和渗透实验单元(14)内充...

【专利技术属性】
技术研发人员：明华军，陈西，卢晓春，谈云志，田旭灿，王颖，魏康旭，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：