本发明专利技术涉及渗透系数测定技术领域，具体涉及一种变水头渗透系数测定方法及装置，测定方法包括以下步骤：用取样管取得原状样品；将取样管浸入水中以饱和试样；将取样管伸入储水容器中定位好位置，向储水容器中加水至取样管底部没入水面以下；向取样管内注水至液面达到一定高度，检测液面到水面的初始距离，通过水位传感器检测取样管和/或储水容器内的水位变化，根据水位传感器的检测数据，得到不同时刻下液面到水面的距离；根据试验数据求出渗透系数。本发明专利技术装置简单，操作方便，测定原状土样，测试误差小，试验过程中不需要人工记录时刻和液面高度，降低对操作人员的要求，测量精度更高。同时，适用条件不受限制，野外或实验室都可完成测试任务。完成测试任务。完成测试任务。
【技术实现步骤摘要】
一种变水头渗透系数测定方法及装置
[0001]本专利技术涉及渗透系数测定
，具体涉及一种变水头渗透系数测定方法及装置。
技术介绍
[0002]土壤渗透性是土壤重要的物理特性之一，是土壤在饱和状态下，单位时间内通过单位面积的水量，反映了流体通过透水介质的难易程度。土壤渗透系数受土壤密度及土壤质地、孔隙分布特征、植被类型、有机质含量等多个因素共同影响，其大小直接影响土壤水分分布特征和地表径流量，在土壤水分平衡、灌溉、排水、土壤改良、工程地质、水文地质和水土保持等研究意义重大。
[0003]土壤渗透系数数值范围可根据工程和地质描述及与其他土壤参数的关系进行估算，通常采用室内法和室外法测定。
[0004]室内试验法如授权公告号为CN206583772U的中国技术专利公开的一种基于变水头法快速测量渗透系数的装置，包括采用有机玻璃一体制成的注水筒体、定水头筒体、排水筒体和圆盘底座，注水筒体上设有刻度值，底部开有小孔。使用时先将定水头筒体内注满水，然后将砂样装入注水筒体内，接着向注水筒体内注水，静置一段时间，记录注水筒体内水头的初始高度H0，试验过程中注水筒体内的水位逐渐下降，待水位下降至预先设计的降深值H时，记录时间，可以计算出渗透系数。然而这种装置的测试对象多为扰动土样，试验结果不能准确地反应原状土样的渗透特性。同时，装置为一体成型，各部件之间为相对固定关系，不但结构复杂，而且试验操作的灵活性较差，并且试验过程中操作人员要全程记录时间和水头高度，对操作人员的要求比较高，数据记录的精度比较差。
[0005]而室外测试中经常用到的装置是单(双)环渗漏装置，它成本低，简单且易操作，但是透水性较差的土层室外试验，效率低，耗时耗力，操作困难大。此外，由于不能控制环内水分渗透所到达的位置，因而不能确定因侧向渗透带来的影响，具有试验段较浅、数据误差大等缺点。
[0006]对此，授权公告号为CN213986120U的中国技术专利公开了一种测量原状土样渗透系数的简易装置，包括变水头管和环刀筒，环刀筒用于对原状土壤进行采样，采样后的环刀筒底部连接过滤盒，然后将环刀筒螺纹连接在变水头管的下端。试验时，向有刻度的变水头管中注水，等待测土样饱和后开始记录水头高度和一定间隔时间的水头高度，根据所记录的水头变化、试样高度以及时间间隔计算出该土样的渗透系数。
[0007]这种方式虽然可以测量原状土样的渗透系数，但是土柱下部未浸入饱和水溶液，且暴露在空气中，易造成试验过程中土柱不是完全饱和状态，造成优先流，过水断面不是整个土柱断面，造成测试结果误差较大。因此试验时需要的试验装置仍是必不可少的，导致整体测量装置较为复杂，同时仍需要人工记录时间间隔及水头高度，操作比较繁琐，且测量精度差。
技术实现思路
[0008]本专利技术的目的在于提供一种简单方便、能够降低对操作人员要求且测量精度更高的变水头渗透系数测定方法；本专利技术的目的还在于提供一种实施上述测定方法的测定装置。
[0009]为实现上述目的，本专利技术中的变水头渗透系数测定方法采用如下技术方案：
[0010]一种变水头渗透系数测定方法，包括以下步骤：
[0011]步骤一，将取样管压入野外待测取样点中，取得目标样品，记录取样管插入取样点的深度L，然后将取样管底部盖好待测定；
[0012]步骤二，将取样管浸入水中，对试样充水，使其自由渗透成饱和试样；
[0013]步骤三，将取样管下端用筛网盖好，然后将取样管伸入储水容器中并定位好取样管的位置，向储水容器中加水至取样管底部没入水面以下，没入深度为S且S不超过L；
[0014]步骤四，向取样管内注水至液面达到一定高度，检测所述液面到所述水面的初始距离H0，通过设置在取样管和/或储水容器内的水位传感器，检测取样管和/或储水容器内的水位变化情况；
[0015]步骤五，开始试验，试验过程中所述液面不断下降，同时所述水面不断上升，根据水位传感器的检测数据，得到不同时刻下所述液面到所述水面的距离H的变化情况；
[0016]步骤六，试验结束后，根据试验数据求出渗透系数。
[0017]上述技术方案的有益效果在于：本专利技术的测定方法利用取样管在野外取样，在保障原状样品的基础上，测试装置结构简单，直接将样品饱和后的取样管伸入储水容器中并进行定位即可，然后向储水容器中和取样管内分别加水，检测取样管内液面到储水容器内水面的初始距离H0，此后试验过程中取样管内液面不断下降，同时储水容器内水面不断上升，而水位传感器可以检测取样管和/或储水容器内的水位变化情况，从而能够得到不同时刻下取样管内液面到储水容器内水面的距离H的变化情况，得到这些试验数据即可求出渗透系数。
[0018]因此，本专利技术的测定方法简单易操作，将取样管放入储水容器中进行定位，然后分别加水即可，不需要像现有技术一样有环环相套的筒体，设备简单，操作方便。试验过程中不需要人工记录时刻和液面下降高度，由水位传感器的检测数据即可得到不同时刻下所述液面到所述水面的距离H的变化情况，不但大大降低对操作人员的要求，而且测量精度更高，同时测得的数据也更多，更容易保证试验准确度。
[0019]进一步地，所述的水位传感器设置在取样管内，用于检测试验过程中取样管内液面下降的距离ΔH1，以得出取样管内的下降水量，根据取样管内的下降水量等于储水容器内的上升水量，得出储水容器内水面上升的距离ΔH2，最后得到H＝H0‑
(ΔH1+Δh2)。
[0020]上述技术方案的有益效果在于：根据水位传感器检测的取样管内液面下降的距离ΔH1，可以得出取样管内的下降水量，再根据取样管内的下降水量等于储水容器内的上升水量，得出储水容器内水面上升的距离ΔH2，这样只需要在取样管内设置水位传感器即可，结构简单，可节约设备成本，然后利用H＝H0‑
(ΔH1+ΔH2)，即可得到不同时刻下所述液面到所述水面的距离，检测方便。
[0021]进一步地，取样管和储水容器均为圆柱形，定义取样管内腔的半径为r，储水容器内腔的半径为R，则取样管内的下降水量为πr2ΔH1，储水容器内的上升水量为π(R2‑
r2)ΔH2。
[0022]上述技术方案的有益效果在于：圆柱形器材方便配置和使用，同时也方便计算上升水量和下降水量。
[0023]进一步地，试验结束后，由达西定律和水均衡原理dV＝
‑
AdH可知：单位时间内通过断面的体积为可得：经积分后可得：换算后得出：换算后得出：根据H＝H0‑
(ΔH1+ΔH2)，以及πr2ΔH1＝π(R2‑
r2)ΔH2，代入上式可得：当R＞10r时，公式可简化为其中：t为时间，以t为横坐标，lg(H0‑
ΔH1)为纵坐标，绘制t
‑
lg(H0‑
ΔH1)直线关系图，得出t
‑
lg(H0‑
ΔH1)直线关系式，该直线的斜率为
‑
K/2.3L，可求得渗透系数K。
[0024]上述技术方案的有益效果本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种变水头渗透系数测定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将取样管(3)压入野外待测取样点中，取得目标样品，记录取样管(3)插入取样点的深度L，然后将取样管(3)底部盖好待测定；步骤二，将取样管(3)浸入水中，对试样充水，使其自由渗透成饱和试样；步骤三，将取样管(3)下端用筛网(6)盖好，然后将取样管(3)伸入储水容器(1)中并定位好取样管(3)的位置，向储水容器(1)中加水至取样管(3)底部没入水面以下，没入深度为S且S不超过L；步骤四，向取样管(3)内注水至液面达到一定高度，检测所述液面到所述水面的初始距离H0，通过设置在取样管(3)和/或储水容器(1)内的水位传感器，检测取样管(3)和/或储水容器(1)内的水位变化情况；步骤五，开始试验，试验过程中所述液面不断下降，同时所述水面不断上升，根据水位传感器的检测数据，得到不同时刻下所述液面到所述水面的距离H的变化情况；步骤六，试验结束后，根据试验数据求出渗透系数。2.根据权利要求1所述的变水头渗透系数测定方法，其特征在于，所述的水位传感器设置在取样管(3)内，用于检测试验过程中取样管(3)内液面下降的距离ΔH1，以得出取样管(3)内的下降水量，根据取样管(3)内的下降水量等于储水容器(1)内的上升水量，得出储水容器(1)内水面上升的距离ΔH2，最后得到H＝H0‑
(ΔH1+ΔH2)。3.根据权利要求2所述的变水头渗透系数测定方法，其特征在于，取样管(3)和储水容器(1)均为圆柱形，定义取样管(3)内腔的半径为r，储水容器(1)内腔的半径为R，则取样管(3)内的下降水量为πr2ΔH1，储水容器(1)内的上升水量为π(R2‑
r2)ΔH2。4.根据权利要求3所述的变水头渗透系数测定方法，其特征在于，试验结束后，由达西定律和水均衡原理dV＝
‑
AdH可知：单位时间内通过断面的体积为可得：经积分后可得：换算后得出：根据H＝H0‑
(ΔH1+ΔH2)，以及πr2ΔH1＝π(R2‑
r2)ΔH2，代入上式可得：可得：当R＞10r时，公式可简化为其中：t为时间，以t为横坐标，lg(H0‑
ΔH1)为纵坐标，绘制t
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭林，刘沙沙，郭晓静，李瑞杨，王唯锦，李志娟，匡恒，
申请(专利权)人：河南省地质科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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