[實用新型]一種用于快速確定非飽和土滲透性函數(shù)的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520864585.1
• 申請日: 2015-11-03
• 公開（公告）號: CN205138970U
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王世梅;劉佳龍;向玲;李正輝;魯芃
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及非飽和土滲透系數(shù)實驗測定領(lǐng)域，特別是一種用于快速確定非飽和土滲透性函數(shù)的裝置。

背景技術(shù)

非飽和滲透系數(shù)與土體含水量之間的函數(shù)關(guān)系稱為滲透性函數(shù)。地球表面覆蓋著的土體大部分處于非飽和狀態(tài)，隨著飽和度的減小，土的非飽和滲透系數(shù)減小的幅度可以產(chǎn)生幾個甚至更多數(shù)量級的變化。因此，如何確定土的非飽和滲透系數(shù)，則成為常見的邊坡工程、基礎(chǔ)工程、大壩等巖土工程以及污染物遷移等非飽和滲流分析中的一個關(guān)鍵問題。

目前，土的非飽和滲透性函數(shù)的獲取主要通過經(jīng)驗公式(間接方法)和滲透試驗(直接方法)確定。由于非飽和土滲透性試驗對于試驗儀器、試驗過程及試驗周期都要求很高，實際應(yīng)用中幾乎都采用非飽和土的土水特征曲線進行預(yù)測，這種半經(jīng)驗的確定方法并不具有普適性，常常出現(xiàn)這種半經(jīng)驗的非飽和土滲透性函數(shù)被大量濫用，而導(dǎo)致計算分析結(jié)果與實際工程相差甚遠。因此，非飽和土的滲透性函數(shù)最好通過試驗測出。

常用的試驗方法分為穩(wěn)態(tài)試驗方法(即流速不隨時間變化)和非穩(wěn)態(tài)試驗方法(即流速隨時間變化)。由于非飽和土在高基質(zhì)吸力作用下的低滲透性，使得穩(wěn)態(tài)試驗方法極其耗時，因此非穩(wěn)態(tài)試驗方法更受青睞，其中最常用的為瞬態(tài)剖面法，在試驗中量測非穩(wěn)態(tài)水流中土樣的張力及體積含水量分布及其隨時間的變化，試驗過程中水力梯度和流速都隨時間變化，然后利用體積含水量計算流速，由流速和水力梯度之比給出滲透系數(shù)。瞬態(tài)剖面法試驗過程十分復(fù)雜，要控制流量邊界條件，要防止試樣的任何部位有明顯的浸潤面或飽和，時間周期也較長。相對于流量邊界條件，水頭邊界條件要容易控制和穩(wěn)定得多，因此研發(fā)一種通過控制水頭邊界條件、能快速進行非飽和土滲透性試驗并能獲得非飽和土滲透性函數(shù)的裝置，對于將非飽和土理論應(yīng)用于實際工程意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于快速確定非飽和土滲透性函數(shù)的裝置，通過定水頭一維垂直非飽和入滲試驗測得試樣中Δz處的體積含水量θ_t及張力h_t隨時間變化的一系列數(shù)據(jù)，將實驗數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的滲透系數(shù)表達式，聯(lián)合二種表達式的計算結(jié)果可快速精確地獲得非飽和土的滲透性函數(shù)。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案如下：

一種用于快速確定非飽和土滲透性函數(shù)的裝置，該裝置包括試樣筒體、量測系統(tǒng)、集水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)，其特征是：

量測系統(tǒng)包括用于量測體積含水量θ_t的土壤水分傳感器和用于測量張力h_t的土壤張力傳感器，以及用于數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集裝置，土壤水分傳感器和土壤張力傳感器測試端埋設(shè)于試樣筒體內(nèi)部Δz處，另一端與數(shù)據(jù)采集裝置連接；

試樣筒體內(nèi)設(shè)有上過濾層和下過濾層，上過濾層由上至下分別為上過濾板、上鋼絲網(wǎng)、上濾紙，下過濾層由上至下分別為下濾紙、下鋼絲網(wǎng)、下過濾板，上過濾層和下過濾層之間的空間內(nèi)用于填充土樣，在試樣筒體上反濾層下方一段距離上開有兩個開口，用于設(shè)置土壤水分傳感器和土壤張力傳感器；

供水系統(tǒng)包括供水桶、潛水泵、進水管和溢流管，潛水泵放置在供水桶內(nèi)，潛水泵通過進水管與試樣筒體連接，進水管一端與潛水泵連接，另一端位于試樣筒體內(nèi)壁的上過濾層上方，溢流管一端與試樣筒體連接，連接位置位于進水管與試樣筒體連接位置的下方，溢流管另一端位于供水桶內(nèi)；

集水系統(tǒng)包括排水管、蓄水瓶和天平，天平放置在集水系統(tǒng)底座上，蓄水瓶放置在天平上，蓄水瓶用于收集試驗流出的積水，排水管一端置于試樣筒體內(nèi)下過濾層的下方，另一端伸入蓄水瓶內(nèi)。

優(yōu)選的方案中，所述的溢流管與試樣筒體的連接位置位于上過濾層上方5cm處，用于提供5cm的定水頭邊界條件。

優(yōu)選的方案中，所述的試樣筒體下方設(shè)有試驗柜臺，試樣筒體放置在試驗柜臺上方，集水系統(tǒng)放置在試驗柜臺下面。

優(yōu)選的方案中，所述的蓄水瓶上設(shè)有蓄水瓶蓋，排水管穿過蓄水瓶蓋伸入蓄水瓶中，蓄水瓶蓋與蓄水瓶、排水管緊密貼合保證蓄水瓶的密封。

優(yōu)選的方案中，所述的試樣筒體上方設(shè)有頂蓋，頂蓋能夠開啟或關(guān)閉。

優(yōu)選的方案中，所述的進水管位于試樣筒體內(nèi)上過濾層的上方的端頭上設(shè)有水噴頭。