淺層沙土滲透係數測量系統的製作方法
2023-05-08 01:24:16 1
專利名稱：淺層沙土滲透係數測量系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於巖土工程技術領域，特別涉及一種沙土滲透係數的探測裝置。
背景技術：
沙土滲透係數的定量測試關係到降水入滲和地下水補給等問題，尤其在乾旱地區，沙土的滲透係數測量具有重大的意義，目前已有許多測定沙土滲透係數的方法，主要包括實驗室分析法和野外測定法。實驗室分析法需要從野外取樣，在室內應用達西定理等求得野外原狀土滲透係數，這種方法對土的擾動比較大，破壞了土體的天然結構，而且無法在野外進行測量。野外試驗法主要是利用抽水法和壓水法求得含水層的滲透係數，所述的抽/壓水法主要有定流量抽/壓水法、定降深抽/壓水法等，其中，定流量抽/壓水法是以固定流量抽取測井中的水體(也即定流量往測井中注入水體)，使含水層與測井間的水流運動達到穩態，根據穩態情況的流量與降深關係獲取含水層的滲透係數；而定降深抽/壓水法是通過抽/壓水使測井內的水位降深保持不變，根據流量與降深的關係求得含水層的滲透係數。但是此種方法設備繁瑣、操作複雜，需要消耗大量的人力、物力和財力，實施成本較高。國外研究出一種衝擊試驗法，它是一種野外試驗法，實施時，主要是在測井中設置套管，將測井的內壁隔離，並在套管的特定位置設置過濾器，利用水位的變化來測試該處含水層的滲透係數，然而，此種測試方法僅適合於引起的水位波動位於過濾器上部的情況下， 若要用於螺孔測試，或者整孔都設置有過濾器的情況下，結果就會存在很大誤差；另外，此種測試方法必須配合套管才能實現，從而限制了其應用範圍。總結以上野外實驗的測試方法，均需鑽井測量，相對耗時耗力，有待改進。基於以上分析，本設計人針對現有的滲透係數測試裝置進行研究改進，本案由此產生。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題，是針對前述背景技術中的缺陷和不足，提供一種淺層沙土滲透係數測量系統及測量方法，該測試方法無需鑽孔即可求得天然狀態下淺層沙土的滲透係數，測試系統便於攜帶，操作方便，且使用成本低。本實用新型為解決以上技術問題，所採用的技術方案是一種淺層沙土滲透係數測量系統，包括豎管、傳感器、中央控制器、通訊模塊和數據處理模塊，其中，豎管設於待測量的沙土層中，傳感器設於豎管內，在中央控制器的控制下感測豎管內的數據變化值，並通過通訊模塊傳送至數據處理模塊；數據處理模塊根據傳感器的感測數據計算獲得淺層沙土的滲透係數。上述豎管為直管形、直角形或45°角形。上述傳感器為壓力傳感器，將感測豎管內的壓力變化值通過通訊模塊傳送至數據處理模塊。[0013]採用上述方案後，本實用新型具有以下特點(1)本實用新型利用豎管法測定高滲透性沙礫石層滲透係數，屬於野外試驗，能較好地保持原狀土的天然特性，測量結果較準確；(2)利用本實用新型進行參數探測時，不需要進行鑽孔等操作，操作方便，測量周期短，成本低，具有較大的工程實用價值；(3)傳統野外試驗進行鑽孔後測量含水層滲透係數，不但成本高，而且只能測量水平向滲透係數，本實用新型可將豎管做成不同角度，測量不同方向的滲透係數，特別適合非均質、各項異性沙土層的滲透係數測量；(4)本實用新型基於高靈敏度壓力傳感器探測水位，克服了傳統豎管法無法測量高滲透性介質滲透係數的缺點，測量精度高，具有較高的推廣價值。
圖1是本實用新型測量系統的整體架構圖；圖2是採用本實用新型的測量方法探測沙土層垂向滲透係數的原理圖；圖3是採用本實用新型的測量方法探測沙土層水平向滲透係數的原理圖；圖4是採用本實用新型的測量方法探測沙土層與水平面成45度角方向滲透係數的原理圖；圖5是本實用新型的測量方法的探測流程圖。
具體實施方式
以下將結合附圖，對本實用新型的技術方案進行詳細說明。如圖1所示，本實用新型提供一種淺層沙土滲透係數測量系統，包括豎管、傳感器、中央控制器、通訊模塊和數據處理模塊，其中，豎管可採用PVC管，根據需測量不同方向的滲透係數，其形狀可有所不同，所述豎管設於待測量的沙土層中；傳感器設於豎管內，用於在中央控制器的控制下感測豎管內的水位變化，在本實施例中，可採用高精度高靈敏度的壓力傳感器，其分辨速度為1次每秒，精度達士0. 05% FS以上，其可直接獲取豎管中的水壓數據，並通過通訊模塊傳送至數據處理模塊；由於計算滲透係數需要的參數是豎管中的水位，因此數據處理模塊將壓力傳感器獲取的電信號轉換成相應的水壓信號後，利用壓力公式換算為此刻豎管中的水位，並計算沙土的滲透係數。再請參考圖5所示，是基於本實用新型提供的淺層沙土滲透係數的測量系統的測量方法，包括如下步驟(1)根據所需測量的滲透係數的方向，選擇不同形狀的豎管置入沙土層中，該豎管所處的深度即為所需測量滲透係數的深度；配合附圖所示，當需要測量垂向滲透係數時，可選用直管形豎管(見圖2)，當需要測量水平向滲透係數時，可選用直角形豎管(見圖3)，當需要測量與水平面成45°角方向的滲透係數時，可選用45°角形豎管(見圖4)。一般來說，當待測沙土層較淺時，為防止破壞沙土層的原有結構，提高滲透係數的測量精度，可直接將豎管插入沙土層中；而當待測沙土層較深時，可在待測位置線挖一小坑，然後將豎管插入，再將豎管周圍填埋結實。[0029](2)將傳感器置入豎管中，並快速向該豎管中注滿水，此時傳感器會感測豎管中的數據變化值，並最終獲取豎管中的水位；在本實施例中，可採用壓力傳感器探測豎管中的水壓變化值，並根據下式將水壓
換算為此時豎管中的水位 , ρh
權利要求1.一種淺層沙土滲透係數測量系統，其特徵在於包括豎管、傳感器、中央控制器、通訊模塊和數據處理模塊，其中，豎管設於待測量的沙土層中，傳感器設於豎管內，在中央控制器的控制下感測豎管內的數據變化值，並通過通訊模塊傳送至數據處理模塊；數據處理模塊根據傳感器的感測數據計算獲得淺層沙土的滲透係數。
2.如權利要求1所述的淺層沙土滲透係數測量系統，其特徵在於所述豎管為直管形、 直角形或45°角形。
3.如權利要求1所述的淺層沙土滲透係數測量系統，其特徵在於所述傳感器為壓力傳感器，將感測豎管內的壓力變化值通過通訊模塊傳送至數據處理模塊。
專利摘要本實用新型公開一種淺層沙土滲透係數測量系統，包括豎管、傳感器、中央控制器、通訊模塊和數據處理模塊，其中，豎管設於待測量的沙土層中，傳感器設於豎管內，在中央控制器的控制下感測豎管內的數據變化值，並通過通訊模塊傳送至數據處理模塊；數據處理模塊根據傳感器的感測數據計算獲得淺層沙土的滲透係數。此種測試系統無需鑽孔即可求得天然狀態下淺層沙土的滲透係數，便於攜帶，操作方便，且使用成本低。
文檔編號G01N15/08GK202281742SQ20112042460
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月31日 優先權日2011年10月31日
發明者餘湘娟, 李剛, 陳亮 申請人:河海大學