[發明專利]一種河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201310115522.1
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN103234884A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 陳孝兵;趙堅;沈振中;陶小虎;周貝
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，包括保溫套管和金屬桿（10），所述金屬套管包括外管（1）和內管（2），所述內管（2）設置在所述外管（1）中，所述內管（1）和外管（2）之間具有夾層，所述內管（2）上設置有若干第一通孔，所述夾層中與所述第一通孔相對應的位置設置有第一溫度傳感器（4），所述夾層的底部設置有第一壓力傳感器（5），所述內管（2）的下端設置有壓力測試孔，所述壓力測試孔連通所述第一壓力傳感器（5）的進水口，所述夾層的下端封閉，所述夾層中設置有保溫層（3），所述保溫套管的上部設置有進水孔，所述進水孔連通潛水泵（9），所述進水孔的上方設置有溢水孔，所述溢水孔連通溢流導管（8）；所述金屬桿（10）上設置有刻度，所述金屬桿（10）伸入所述保溫套管，所述金屬桿（10）伸入所述保溫套管的一端設置有第一金屬圓盤（15），所述第一金屬圓盤（15）上設置有多個第二通孔，所述第一金屬圓盤（15）的上方設置有第二金屬圓盤（16），所述第二金屬圓盤（16）上設置有多個第三通孔，所述第一金屬圓盤（15）和第二金屬圓盤（16）的外側設置有網罩（14），所述網罩（14）內設置有第二壓力傳感器（11）、第二溫度傳感器（12）和熱電阻絲（13）。

2.如權利要求1所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，所述保溫層（3）為聚氨酯層。

3.如權利要求1所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，所述內管（1）和外管（2）之間夾層的下端設置有圓環，所述圓環的內徑與所述內管（2）的內徑相同，所述圓環的外壁為斜面。

4.如權利要求1所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，所述第一通孔沿所述內管（2）的軸向均勻分布，相鄰所述第一通孔分別設置在所述內管（2）軸線的兩側。

5.如權利要求1所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，所述第一壓力傳感器（5）和第二壓力傳感器（11）的進水口處設置有泥沙過濾網。

6.如權利要求1所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，所述金屬桿（10）的刻度零點為所述金屬桿（10）與所述第一金屬圓盤處，由下向上標示刻度。

7.如權利要求1所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，還包括溫控儀，所述溫控儀連接所述熱電阻絲（13）。

8.如權利要求1所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，還包括信號數據采集裝置和數據處理裝置，所述信號采集裝置用于采集第一溫度傳感器、第一壓力傳感器、第二溫度傳感器和第二壓力傳感器的輸出信號，所述數據處理裝置通過所述信號采集裝置采集到的信號獲得保溫套管內土柱的滲透系數。

9.如權利要求7所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，其特征在于，所述數據采集裝置為組合式信號巡檢儀。

10.一種河床淺層沉積物垂向滲透系數測試方法，其特征在于，采用權利要求1-9任一項所述的河床淺層沉積物垂向滲透系數測試裝置，測量時，將所述保溫套管豎直插入河床，所述金屬桿（10）的底端接觸所述保溫套管內水沙界面，所述金屬桿（10）底端的所述熱電阻絲（13）加熱所述網罩內水體，使所述水體形成穩定的熱水層，所述水體在穩定的水力梯度作用下向下滲透，不同時刻沿水流方向上的溫度值與土柱的垂向滲透系數通過下式計算得到：

Ti(xi,t)=T02erfc(xi-KJt2KWλtcw)+exp(cwKJxiKwλ)erfc(xi+KJt2kwλtcw)]]>

其中，x_i為土柱內水土界面以下第i個所述第一溫度傳感器（4）與水土界面的垂向距離；T₀(x_i,t)為對應的xi點處t時刻的所述第一溫度傳感器（4）的溫度值；t為時間；T₀為所述金屬桿（10）下端網罩內所述第二溫度傳感器（12）的溫度值；K為待測土柱的垂向滲透系數；J為所述第二壓力傳感器（11）與第一壓力傳感器（5）測量值的差與土柱長度的比值，其中，土柱長度通過所述保溫套管的總長度減去所述金屬桿（10）伸入所述保溫套管的長度得到；K_wλ與c_w均為常數值，K_wλ為熱水彌散系數，c_w為水比熱容，erfc為余誤差函數。