[發明專利]用于測量低滲透土壤滲透系數的夾持裝置及系統

在審

• 申請號: 202111515805.6
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114018786A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 王福剛;于策廷;管小桐;孫璟瑋;程中樂;王賀;王耀輝;袁益龍;田海龍;封官宏
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 廣州川墨知識產權代理事務所(普通合伙) 44485
• 代理人: 龍亮華

本發明提供了一種用于測量低滲透土壤滲透系數的夾持裝置，該夾持裝置包括其中設置有流體入口和第一通道的底座、環刀、環刀座、能夠與環刀座的內表面配合的堵頭、以及頂板，其中底座、環刀、環刀座和與環刀座的內表面配合的堵頭共同限定一腔室。還提供了一種用于測量低滲透土壤滲透系數的系統，該系統包括：水罐；真空泵，其能夠流體連通至真空泵；第一檢測組件，其包括前述夾持裝置；以及流量測量管。本發明避免了因采用大水力梯度而造成的土壤試樣變形甚至被擊穿的問題，同時采用防蒸發效應的微管流量測量方法，提高了實驗測試精度和實驗效率。

技術領域

本發明涉及一種用于測量低滲透土壤滲透系數的夾持裝置，還涉及一種用于測量土壤滲透系數的系統。

背景技術

準確測定以粘性土為代表的松散孔隙介質的滲透性，對我國廣大沖積平原區地下水資源的區域水資源均衡分析、地下水水質保護、地面沉降等領域的科學研究和生產實踐等方面具有十分重要的意義。由于粘性土滲透性低，例如粘性土的滲透系數低于10^-5-10^-7cm/s，因此，在常壓條件下進行低滲透的松散孔隙介質的滲透性測試需要較長時間。

為了縮短測試時間，目前通用的實驗室測試方法為加壓滲透法，通常采用的水力梯度值為數百甚至幾千。水力梯度是指沿水流方向上單位滲透途徑上的水頭損失。地下水在運動過程中要克服摩擦阻力，不斷消耗機械能，從而產生水頭損失。水力梯度也可理解為任意兩點的水位差與該兩點間的距離之比。

采用大水力梯度的方法雖然大大縮短了實驗時長，但這樣的實驗方法將導致不期望的結果，例如在大水力梯度作用下，實驗土樣很容易發生力學變形，甚至被水力擊穿。在這種實驗土樣變形或者被水流擊穿的情況下，實驗的結果將出現較大誤差，從而影響分析的準確性。另外，大水力梯度計算的實驗結果由于非達西流的影響，不能夠客觀代表實際天然滲流狀態的土體的滲透性能。

另外，當前自動化技術被廣泛應用于粘土滲透性測試的出口流量監測，其中自動化的監測需要采用傳感器進行滲透過程的監測，雖然測試過程中儀器的測量精度較高，但對于粘土的滲透流動來說，出口處的每一次滲透流動的流量可能只有幾毫升，因此即使儀器的測量誤差很小，也會對測試結果帶來很大的影響。某些實驗通過采用高精度天平稱量出流量的方法進行滲透流量監測，但由于滲透流量小，該方法出流的水分很容易受蒸發影響，進而造成結果的波動和不穩定。

發明內容

為了解決上述問題，本申請提供了一種用于測量低滲透土壤滲透系數的夾持裝置，該夾持裝置包括：底座，其中設置有流體入口和第一通道；環刀，其被底座支撐；環刀座，其被底座支撐，并且環刀座的內表面緊靠環刀的外表面，同時環刀座的底表面高于環刀的底表面；堵頭，其能夠與環刀座的內表面配合，并且流體出口和第二通道設置在堵頭中；和頂板，其通過導向柱連接到底座，其中底座、環刀、環刀座和與環刀座的內表面配合的堵頭共同限定一腔室。

在某個實施例中，堵頭的外側設置有壓帽。

在某個實施例中，頂板還設置有壓緊螺栓。

在某個實施例中，該夾持裝置還包括多個密封件。

本申請還提供了一種用于測量低滲透土壤滲透系數的系統，該系統包括：水罐；真空泵，其能夠流體連通至水罐；第一檢測組件，其包括前述用于測量土壤滲透系數的夾持裝置；和流量測量管，其具有小孔徑，其中第一檢測組件的夾持裝置的流體入口與水罐連通，并且第一檢測組件的夾持裝置的流體出口與流量測量管連通。

在某個實施例中，第一檢測組件還包括第一流動控制閥、第二流動控制閥和第三流動控制閥，水罐通過第四閥和第一流動控制閥流體連通至夾持裝置，并且夾持裝置中的氣體能夠流動穿過第二流動控制閥、第一流動控制閥和第三閥到達真空泵。

在某個實施例中，第一檢測組件還包括位移表，該位移表設置在夾持裝置上。

進一步地，流量測量管的孔徑小于1mm，例如0.8mm和0.6mm。