裝配式現場雙環滲透試驗裝置及其方法與流程
2023-10-17 19:47:44 1
本發明涉及現場測量土層滲透係數技術領域，尤其涉及一種裝配式現場雙環滲透試驗裝置及其方法。
背景技術：
土滲透性是表徵水在土孔隙中滲流流動的性能。表徵土滲透性指標為滲透係數。土中的水受水位差和應力的影響而流動，砂土滲流基本服從達西定律。但對於黏性土來說，因為結合水的黏滯阻力，只有水力梯度增大到起始水力梯度，克服了結合水黏滯阻力後，水才能在土中滲透流動，所以黏性土滲流不符合達西定律。土的滲透性涉及很多領域，如土木工程、水文地質、農業、水利和環境保護等；其土的強度、變形和滲透性都與其息息相關；同時，土的滲透破壞影響到工程上諸多問題，如管湧、流土、衝刷和侵蝕等；所以測定土層滲透係數有很重要的指導意義。由於室內測定滲透係數擾動原狀土樣，測量結果誤差較大，故一種現場做雙環滲透試驗裝配式裝置被提了出來，通過此裝置，可較為精準地現場測量土體滲透係數。
技術實現要素：
本發明的目的就在於提供一種裝配式現場雙環滲透試驗裝置及其方法，揭示土滲透性的情況，對工程實踐給予指導。
本發明的目的是這樣實現的：
一、裝配式現場雙環滲透試驗裝置（簡稱裝置）
本裝置包括試驗對象——砂土；
設置有支撐模塊、蓄水模塊、流量監測模塊和雙環模塊；
所述的支撐模塊包括豎直支杆、水平面、平板車和小輪，在水平面的4角分別連接有4根豎直支杆組成一支架，在支架一邊的2根豎直支杆的底部連接有平板車，在支架另一邊的2根豎直支杆的底部和平板車底部的4角分別連接有小輪；
所述的蓄水模塊包括依次連接的蓄水桶、導水管和吸氣筒；
所述的流量監測模塊包括外環流量桶、內環流量桶、第1彎折水管、直水管、第2彎折水管、外環水流開關、內環水流開關和流量計；
所述的雙環模塊包括雙環、十字鐵片、旋杆和帶螺紋孔塊；
其位置和連接關係是：
支撐模塊平放在砂土上；
蓄水模塊的蓄水桶置於支撐模塊的平板車上；
雙環模塊的雙環置於砂土上，帶螺紋孔塊設置在支撐模塊的水平面上，旋杆穿過帶螺紋孔塊且底端、十字鐵片和雙環依次連接；
流量監測模塊的外環流量桶和內環流量桶均置於水平面上；
內環流量桶、直水管、流量計、第2彎折水管、內環水流開關和雙環的內環依次連通；
外環流量桶、第1彎折水管、外環水流開關和雙環的外環依次連通。
本裝置的工作原理：
本裝置在實驗前將雙環嵌入土層一定的深度，防止內外環相通，由於內環內水只產生垂向滲入，排除了側向滲流帶來的誤差。在實驗過程中，通過流量計記錄得出單位時間內的流量Q，計算內環的面積A，兩者之比再與水力坡度的比值即可得出滲透係數，當滲流時間比較長時，滲流路徑較長，此時可認為水力坡度約等於1；故只需通過流量計記錄得出單位時間內的流量Q和內環的面積A，即可算出土體的滲透係數。
二、裝配式現場雙環滲透試驗方法（簡稱方法）
本方法包括下列步驟：
①依次按照各個構件的位置安裝構件；
②往蓄水桶注入滲流液體（清水等），並測量溫度；
③關閉外環水流開關、內環水流開關，再通過導水管和吸氣筒向外環流量桶、內環流量桶注入水量；
④旋杆穿過帶螺紋口塊，並與雙環連接，然後雙環旋入土體的一定深度中；
⑤同時開啟外環水流開關和內環水流開關，使雙環的內外環的水平保持在同一高度，然後在整個試驗過程中保持水位不變，通過流量計記錄在一定時間內的水流量。
本發明具有下列的優點和積極效果：
①該裝置底部均有車輪，裝水後方便省力運移；
②該裝置易於組裝，也易於拆分，便於存放；
③通過旋杆將雙環旋入土體，使雙環高度達到一致更加準確，且內外環有刻度，這樣在實驗時更能精準地保證內外環水位保持一致；
④通過流量計來記錄單位時間內的流量，排除了人為記錄帶來的誤差，使實驗結果更加準確。
⑤本裝置大大減少了人力，按規範《巖土工程試驗監測手冊》裡的試驗裝置，至少需要四人以上，本裝置只需兩個人就能完成試驗。
附圖說明
圖1是本裝置的立體圖（之一）；
圖2是本裝置的立體圖（之二）；
圖3是本裝置的主視圖；
圖4是本裝置的左視圖；
圖5是支撐模塊的立體圖；
圖6是蓄水模塊的立體圖；
圖7是雙環模塊的立體圖；
圖中：
10—支撐模塊，
11—豎直支杆，12—水平面，13—平板車，14—小輪；
20—蓄水模塊，
21—蓄水桶，22—導水管，23—吸氣筒；
30—流量監測模塊，
31—外環流量桶，32—內環流量桶，33—第1彎折水管，
34—直水管，35—第2彎折水管，36—外環水流開關，
37—內環水流開關，38—流量計；
40—雙環模塊，
41—雙環，42—十字鐵片，43—旋杆，44—帶螺紋口塊。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例詳細說明：
一、裝置
1、總體
如圖1-4，本裝置包括試驗對象——砂土；
設置有支撐模塊10、蓄水模塊20、流量監測模塊30和雙環模塊40；
所述的支撐模塊10包括豎直支杆11、水平面12、平板車13和小輪14，在水平面12的4角分別連接有4根豎直支杆11組成一支架，在支架一邊的2根豎直支杆11的底部連接有平板車13，在支架另一邊的2根豎直支杆11的底部和平板車13底部的4角分別連接有小輪14；
所述的蓄水模塊20包括依次連接的蓄水桶21、導水管22和吸氣筒23；
所述的流量監測模塊30包括外環流量桶31、內環流量桶32、第1彎折水管33、直水管34、第2彎折水管35、外環水流開關36、內環水流開關37和流量計38；
所述的雙環模塊40包括雙環41、十字鐵片42、旋杆43和帶螺紋孔塊44；
其位置和連接關係是：
支撐模塊10平放在砂土上；
蓄水模塊20的蓄水桶21於支撐模塊10的平板車13上；
雙環模塊40的雙環41置於砂土上，帶螺紋孔塊44設置在支撐模塊10的水平面12上，旋杆3穿過帶螺紋孔塊44且底端、十字鐵片42和雙環41依次連接；
流量監測模塊30的外環流量桶31和內環流量桶32均置於水平面12上；
內環流量桶32、直水管34、流量計38、第2彎折水管35、內環水流開關37和雙環41的內環依次連通；
外環流量桶31、第1彎折水管33、外環水流開關36和雙環41的外環依次連通。
2、功能部件
1）支撐模塊10
如圖1-5，所述的支撐模塊10包括豎直支杆11、水平面12、平板車13和
小輪14；
在水平面12的4角分別連接有4根豎直支杆11組成一支架，在支架一邊（右）的2根豎直支杆11的底部連接有平板車13，在支架另一邊（左）的2根豎直支杆11的底部和平板車13底部的4角分別連接有小輪14（共6個）。
其功能是：
將蓄水桶21、外環流量桶31和內環流量桶32支撐起來，使其在實驗過程中操作方便，能更好地控制水流量。
2）蓄水桶模塊20
如圖1-4、圖6，所述的蓄水模塊20包括依次連接的蓄水桶21、導水管22和吸氣筒23。
（1）蓄水桶21
蓄水桶21是一種方形容器，採用塑料做成。
（2）導水管22
導水管（22）是市售的軟水管，但口徑尺寸和吸氣筒（23）口徑相匹配。
（3）吸氣筒23
吸氣筒23是一種通用件，有市售產品。
工作機理：
蓄水桶21直接放置在平板車13上，把導水管22一端沒入蓄水桶21中，利用吸氣筒23將導水管22內的空氣吸出，利用大氣壓原理把蓄水桶21裡的水通過導水管22的另一端流入到外環流量桶31和內環流量桶32中。
其功能是：
在實驗過程中，方便、快捷、持續性地向外環流量桶31和內環流量桶32提供水量。
3）流量監測模塊30
如圖1-4，所述的流量監測模塊30包括外環流量桶31、內環流量桶32、第1彎折水管33、直水管34、第2彎折水管35、外環水流開關36、內環水流開關37和流量計38；
（1）外環流量桶31和內環流量桶32
外環流量桶31和內環流量桶32的中心均開有一小口，採用塑料做成。
（2）第1彎折水管33、直水管34、第2彎折水管35
均採用市售的鋼水管。
（3）外環水流開關36和內環水流開關37
均採用圓環式把柄。
（4）流量計38
流量計（38）要求精確計量到2L/h。
其位置和連接關係是：
外環流量桶31架在水平支架12上，外環流量桶31下面連接第1彎折水管33，第1彎折水管33出水口對準雙環41的外環，在第1彎折水管33上設置有外環水流開關36，外環水流開關36控制水流量，使外環的水位在實驗的過程中保持一個高度；
內環流量桶32架在水平支架12上，內環流量桶32的下面連接一段直水管34，然後連接流量計38，最後連接第2彎折水管35，第2彎折水管35出水口對準內環，端部的內環水流開關37控制水流量，使內環的水位在實驗的過程中保持一個高度，且與外環水位齊平；
其功能是：
外環流量桶31和內環流量桶32可以存儲水量，直接向雙環41裡注水；外環水流開關36和內環水流開關37可以同時控制注入雙環41裡的水流量，使雙環41裡的水面保持在同一高度。
4）雙環模塊40
如圖1-4和圖7，所述的雙環模塊40包括雙環41、十字鐵片42、旋杆43和帶螺紋孔塊44；
其位置和連接關係是：
旋杆43穿過帶螺紋孔塊44，旋杆43、十字鐵片42和雙環41依次連接。
其功能是：
旋杆43通過孔塊44和十字鐵片42把雙環41旋入土層一定的深度，保證雙環41的內外環不要連通。
（1）雙環41
雙環41包括大小同心環，採用不鏽鋼做成；
（2）十字鐵片42
十字鐵片42採用不鏽鋼做成；
（3）旋杆43
旋杆43其中段設置有外螺紋，其上端部設置有把手。
（4）帶螺紋孔塊44
帶螺紋孔塊44是一和旋杆43適配的螺母，擰在旋杆43上，起定位和緊固作用。