[發明專利]基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202110489601.3
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113324887B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 趙永利;王金鳴
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李想

1.基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試裝置，其特征在于：該裝置包括內部進水系統、外部排水系統；所述的內部進水系統布置在外部排水系統內，多孔道路材料試件包裹于不透水材料中并置于內部進水系統內；

所述的內部進水系統包括內一環，內二環，內三環，進水口，進水管，排水管、水泵；所述內一環外側套置內二環，內二環外側套置內三環；所述的內一環的頂端與底端均為開口狀；內二環頂端為開口狀、底端為封閉端，內二環的封閉端設有進水口，進水口與進水管相連通；內三環頂端為開口狀、底端為封閉端，排水管的一端從內三環頂端延伸至內三環內，排水管的另一端與水泵相連通；內一環、內二環及內三環圓心保持一致；

所述的外部排水系統包括外一環、外二環、出水管和墊片；所述的外一環的底端為封閉端、上端為開口端；外二環套置在外一環的外側，外二環的底端為封閉端、上端為開口端，外二環的外側壁設有出水管；所述的外一環的底端設有墊片，內一環置于墊片上，內一環通過墊片與外一環的底端形成空隙。

2.根據權利要求1所述的基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試裝置，其特征在于：所述內二環的頂端高度高于內一環及內三環的頂端高度；所述內二環的底端與內三環的底端齊平，內二環的底端與內三環的底端均位于內一環的1/3高度處。

3.根據權利要求2所述的基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試裝置，其特征在于：所述內二環的頂端高度高于內一環頂端上邊緣1～1.5cm；內二環的頂端高度高于內三環頂端上邊緣0.5～1.0cm。

4.根據權利要求1所述的基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試裝置，其特征在于：所述外二環頂端上邊緣低于外一環頂端上邊緣1～1.5cm；所述外二環的底端位于外一環2/3高度處。

5.根據權利要求1所述的基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試裝置，其特征在于：所述出水管的管口向下切斜，出水管的直徑為4～6cm，出水管的長度為5～10cm。

6.根據權利要求1所述的基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試裝置，其特征在于：所述進水口為4～6個。

7.利用權利要求1所述的基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試裝置的測試方法，其特征在于：該測試方法模擬真實的降雨情況，包括以下步驟：

步驟一、基于能量守恒定律計算降雨強度時單位面積路面上由于雨水擊濺作用引起的初始水頭高度；初始水頭高度計算公式如下：

式中，h_r—單位面積上雨滴擊濺作用引起的實際水頭，m；v—雨滴的落地速度，m/s；V_v—路面的設計空隙率，％；η—動能折減系數；g—重力加速度，m/s²；

步驟二、利用降雨強度下的平均雨滴直徑和步驟一中的落地速度，通過下式計算多孔路面某一點上相鄰兩個雨滴落地的間隔時間；

式中，t₁—相鄰雨滴的落地間隔時間，s；—每個雨滴以立方體形式占據的空間體積，mm³；v—雨滴的落地速度，m/s；

步驟三、根據雨滴直徑和步驟一中的落地速度，通過下式計算每個雨滴對路面沖擊的實際作用時間；

式中，t₂—每個雨滴對路面沖擊的作用時間，s；d—雨滴的平均直徑，mm；v—雨滴的落地速度，m/s；

步驟四、根據初始水頭高度、相鄰兩個雨滴落地的間隔時間和每個雨滴對路面沖擊的實際作用時間，基于沖擊等效性將雨滴對路面的不連續能量沖擊轉化為連續能量沖擊，

通過計算得到該降雨情況下的實際降雨水頭高度，即常水頭透水系數測試裝置中墊片的高度，

式中，h_e—某種降雨情況下雨滴擊濺實際引起的水頭高度，m；V_v—路面的設計空隙率，％；η—動能折減系數；R—設計降雨強度，mm/min；v—雨滴的落地速度，m/s；g—重力加速度，m/s²；

通過得到常水頭透水系數測試裝置中墊片的高度，通過下式得到多孔道路材料試件的透水系數：

式中，k—多孔道路材料試件的透水系數，cm/s；t—出水管水流穩流段時間，s；Q—水流穩定時出水管在t時間內的排水量，g；L—所述多孔道路材料試件的厚度，cm；A—多孔道路材料試件的透水面積，cm2；H—作用于所述多孔道路材料試件上下底面的水頭差，即所述墊片的厚度，由基于實際降雨水頭高度的常水頭透水系數測試方法計算得到，cm；ρ—試驗溫度下水的密度，g/cm3。