本發(fā)明屬于地質(zhì)滲透研究領(lǐng)域，涉及一種滲透系數(shù)的測量裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

滲透系數(shù)是表示巖土透水性能的數(shù)量指標(biāo)，亦稱水力傳導(dǎo)度，其數(shù)值的正確確定對滲透計(jì)算有著非常重要的意義。常規(guī)滲透儀僅適用于粒狀土滲透系數(shù)的測定,土樣先松散裝入滲透儀，而后錘擊到一定位置,沒有考慮側(cè)壁滲漏問題，對于已成型試件不適用，并且水流總是沿最大流量的方向流動，所有影響滲透系數(shù)的因素中，試件與套筒側(cè)壁之間的滲漏是最大的問題，再者試件邊緣空隙率大于其內(nèi)部空隙率,還需解決試件側(cè)表面的溢流。此外常規(guī)滲透儀靠抬高供水容器的高度來提高滲透壓力，可提供的滲透壓力較小，測試時間長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是滲透儀使用過程中側(cè)壁滲漏、側(cè)表面的溢流的問題，以及現(xiàn)有滲透儀滲透壓力較小，測試時間長并且對于已成型試件不適用的問題。

為解決所述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:

一種已成型試件滲透系數(shù)的測量裝置，包括滲透儀1、儲水罐3、壓力變速器4、信號采集儀6、計(jì)算機(jī)8、高壓氣罐10，所述滲透儀1通過通水管路2與儲水罐3相連通，所述通水管路2上設(shè)置有壓力變速器4，所述壓力變送器4通過導(dǎo)線5與信號采集儀6連接；所述信號采集儀6通過數(shù)據(jù)線7與計(jì)算機(jī)8相連接，所述儲水罐3通過液壓管9與高壓氣罐10相連通，所述高壓氣罐10的出口位置配置有減壓閥11；所述滲透儀1，包括試件盛裝筒12，底座套筒13與壓緊裝置14。

進(jìn)一步，所述試件盛裝筒12，包括盛裝筒15，上螺紋蓋16，下螺紋蓋17，密封螺栓18，注膠裝置19；所述盛裝筒15，其內(nèi)徑大于已成型試件的直徑，其上部設(shè)置有3個均勻分布的螺紋孔20，下部設(shè)置有一個螺紋孔21，且盛裝筒15上下均設(shè)置有內(nèi)螺紋，用于配合上螺紋蓋16和下螺紋蓋17；所述上螺紋蓋16和下螺紋蓋17的中間均設(shè)置有通孔，所述密封螺栓18共3支，圍繞盛裝筒15的上部均勻分布.

進(jìn)一步，所述注膠裝置19，由止回開關(guān)22與盛膠管23通過螺紋連接而成；所述止回開關(guān)22一端用于連接高壓氣體源，一端與盛膠管23通過螺紋連接；所述盛膠管23的另一端配合于盛裝筒15下部設(shè)置螺紋孔21處。

進(jìn)一步，所述底座套筒13，由上下兩部分通過螺紋連接而成；上半部分由第一圓柱筒25、第二圓柱筒26與帶有孔的圓形片27焊接而成；所述第一圓柱筒25的側(cè)面開設(shè)有方形槽29，并焊接有3個均勻分布的旋轉(zhuǎn)支座30；所述第二圓柱筒26的下部設(shè)置有內(nèi)螺紋，側(cè)面設(shè)置有一螺紋孔并配合有進(jìn)水開關(guān)31；下半部分是底蓋28，底蓋28設(shè)置有外螺紋，能與所述圓柱筒26下部設(shè)置的內(nèi)螺紋配合；所述圓形片27、第二圓柱筒26與底蓋28構(gòu)成儲水腔。

進(jìn)一步，所述壓緊裝置14包括壓緊手柄32與壓緊臂33，其中壓緊手柄32通過螺栓34連接到底座套筒13上部設(shè)置的旋轉(zhuǎn)支座30上，壓緊臂33通過螺栓35連接到壓緊手柄32上。

一種已成型試件滲透系數(shù)的測量裝置的使用方法，利用如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種已成型試件滲透系數(shù)的測量裝置，按如下步驟進(jìn)行：

（S1）試件盛裝筒的組裝及密封：已成型試件37側(cè)邊面涂有密封膠，放入盛裝筒15，已成型試件37上下放置密封圈，旋緊上螺紋蓋16和下螺紋蓋17，使得已成型試件37固定且密封良好；先將密封膠裝入注膠裝置19，然后向注膠裝置19充入高壓氣體，直至盛裝筒15上部的螺紋孔20有膠體溢出，把纏繞有生膠帶的密封螺栓18旋進(jìn)螺紋孔20內(nèi)進(jìn)行密封；

（S2）滲透儀的組裝及注水密封：試件盛裝筒12與底座套筒13連接,通過進(jìn)水開關(guān)31向儲水腔44內(nèi)注水灌滿，依次將密封圈與試件盛裝筒12放入底座套筒13中，并用壓緊裝置14壓緊；

（S3）已成型試件滲透系數(shù)的測量裝置的安裝及測試：將滲透儀1與儲水罐3、壓力變速器4、信號采集儀6、計(jì)算機(jī)8、高壓氣罐10連接，打開電源，打開進(jìn)水開關(guān)31，調(diào)節(jié)減壓閥11，及時觀察壓力變送器4上的讀數(shù)，保證讀數(shù)維持在0.2MPa左右，將壓力變送器4上的讀數(shù)調(diào)整，關(guān)閉減壓閥11，調(diào)節(jié)信號采集儀6，設(shè)定合適的采集時間間隔△t；在此過程中還要用溫度計(jì)測記通水管路2的水溫T，試驗(yàn)完成后重新打開減壓閥11，改變壓力變送器4上的讀數(shù)，再次采集水壓變化值，重復(fù)試驗(yàn)4-5次；

（S4）已成型試件滲透系數(shù)的測量裝置的數(shù)據(jù)收集：信號采集儀6采集時間間隔為△t,壓力變送器4上前讀數(shù)為P₁，壓力變送器4后讀數(shù)為P₂，通水管路2的斷面積為a,已成型試件37高度為L,已成型試件37的斷面積為A ；可通過達(dá)西定律推導(dǎo)出計(jì)算試件的滲透系數(shù)的計(jì)算公式：

，式中為水溫為T℃時試件37的滲透系數(shù)；

（S5）數(shù)據(jù)分析與處理。

本發(fā)明提供了一種已成型試件滲透系數(shù)的測量裝置及其使用方法，其中包括一種可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定已成型試件滲透系數(shù)的滲透儀，滲透儀使用過程中可防止側(cè)壁滲漏、側(cè)表面的溢流的發(fā)生，使得本發(fā)明具有縮短試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率，密封性好，易于操作、試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中滲透儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明中試件盛裝筒的組裝示意圖。

圖4為本發(fā)明中注膠裝置的組裝示意圖。

圖5為本發(fā)明中底座套筒的組裝示意圖。

圖6為本發(fā)明中壓緊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明中壓緊裝置的功能演示圖。

圖8為本發(fā)明中試件盛裝筒組裝示意圖。

圖9為本發(fā)明中注膠裝置組裝示意圖。

圖10為本發(fā)明中試件盛裝筒的剖面圖。

圖11為本發(fā)明的使用方法操作演示圖。

圖12為本發(fā)明的使用方法操作演示圖。

圖13為本發(fā)明中試件盛裝筒的剖面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。

如圖1所示，一種已成型試件滲透系數(shù)的測量裝置，包括滲透儀1，所述滲透儀1通過通水管路2與儲水罐3相連通，其中，所述通水管路2上設(shè)置有壓力變速器4；所述壓力變送器4為數(shù)顯式壓力變送器且通過導(dǎo)線5與信號采集儀6連接；所述信號采集儀6通過數(shù)據(jù)線7與計(jì)算機(jī)8相連接，用于及時采集、儲存信息；所述儲水罐3通過液壓管9與高壓氣罐10相連通，其中，所述高壓氣罐10的出口位置配置有減壓閥11，以對氣壓的輸出值進(jìn)行控制，高壓氣罐10輸出的高壓氣體能增加通水管路2輸出的水壓力值。

所述滲透儀1，如圖2所示，包括試件盛裝筒12，底座套筒13與壓緊裝置14；

所述試件盛裝筒12用來盛裝已成型試件，如圖3所示，包括盛裝筒15，上螺紋蓋16，下螺紋蓋17，密封螺栓18，注膠裝置19；所述盛裝筒15，其內(nèi)徑略大于已成型試件的直徑，其上部設(shè)置有3個均勻分布的螺紋孔20，下部設(shè)置有一個螺紋孔21，且盛裝筒15上下均設(shè)置有內(nèi)螺紋，用于配合上下螺紋蓋16、17；所述上下螺紋蓋16、17中間均設(shè)置有通孔；所述密封螺栓18共3支，圍繞盛裝筒15的上部均勻分布。

所述注膠裝置19，如圖4所示，,由止回開關(guān)22與盛膠管23通過螺紋連接而成，可拆卸以便于清理；所述止回開關(guān)22一端用于連接高壓氣體源，一端與盛膠管23通過螺紋連接；所述盛膠管23用來盛裝膠體，如密封膠、玻璃膠等，其一端配合于盛裝筒15下部設(shè)置螺紋孔21處。

所述底座套筒13，如圖5所示，由上下兩部分通過螺紋連接而成；上半部分由圓柱筒25、26與帶有孔的圓形片27焊接而成；所述圓柱筒25，其側(cè)面開設(shè)有方形槽29，并焊接有3個均勻分布的旋轉(zhuǎn)支座30；所述圓柱筒26的下部設(shè)置有內(nèi)螺紋，側(cè)面設(shè)置有一螺紋孔并配合有進(jìn)水開關(guān)31；下半部分是底蓋28；所述底蓋28設(shè)置有外螺紋，能與所述圓柱筒26下部設(shè)置的內(nèi)螺紋配合；所述圓形片27、圓柱筒26與底蓋28構(gòu)成儲水腔。

所述壓緊裝置14，如圖6所示，包括壓緊手柄32與壓緊臂33，其中壓緊手柄32通過螺栓34連接到底座套筒13上部設(shè)置的旋轉(zhuǎn)支座30上，壓緊臂33通過螺栓35連接到壓緊手柄32上；所述壓緊手柄32與壓緊臂33組成的壓緊裝置14，其可通過螺栓34，35與旋轉(zhuǎn)支座30之間的配合實(shí)現(xiàn)張開與閉合；如圖7所示，所述螺栓34、35在豎直方向上不共線，具有一定角度的偏差，以實(shí)現(xiàn)自動扣緊的功能，壓緊裝置14能將試件盛裝筒12牢牢固定在底座套筒13上。

一種已成型試件滲透系數(shù)的測量裝置的使用方法，其包括：

(1)如圖8所示，將下螺紋蓋17旋進(jìn)盛裝筒15的下部并將下密封圈36放置在下螺紋蓋17上，然后依次放入已成型試件37與上密封圈38，最后將上螺紋蓋16旋進(jìn)盛裝筒15的上部，其中，所述已成型試件37側(cè)邊面涂有密封膠；所述密封圈36、38均具有一定厚度且有較好的彈性，其外緣半徑與通孔尺寸均與上下螺紋蓋16、17的外螺紋半徑與通孔尺寸相同。通過旋緊上下螺紋蓋16、17，在密封圈36、38的形變下能將試件37牢牢固定于盛裝筒15內(nèi)，并具有良好的密封。如圖3、4、9、10所示，將密封膠裝入注膠裝置19的盛膠管23內(nèi)，擰上止回開關(guān)22，并將其帶外螺紋的一端旋進(jìn)盛裝筒15下部設(shè)置的螺紋孔21內(nèi)，然后將注膠裝置19帶有止回開關(guān)22的一端與外部的高壓氣源接通，向注膠裝置19充入高壓氣體。注膠裝置19內(nèi)的密封膠41在高壓氣體的帶動下會填充已成型試樣37與盛裝筒15內(nèi)壁39之間的縫隙40，其中，所述縫隙40內(nèi)已在步驟（1）中帶有少許密封膠；繼續(xù)向注膠裝置19內(nèi)充入高壓氣體，直至盛裝筒15上部的螺紋孔20有膠體41溢出，如圖11所示，然后依次將密封螺栓18旋進(jìn)螺紋孔20內(nèi)，其中密封螺栓18上纏繞有生膠帶，以更好的密封螺紋孔20。待盛裝筒15上部的3個螺紋孔20均旋進(jìn)密封螺栓18并密封后，繼續(xù)向注膠裝置19內(nèi)充入高壓氣體，直至密封膠41完全充實(shí)縫隙40。此做法是為了解決了已成型試件37與盛裝筒15內(nèi)壁之間的滲漏問題；更進(jìn)一步的，膠體41在高壓氣體的作用下會填充已成型試件37的邊緣空隙，解決了已成型試件37側(cè)表面的溢流問題。

（2）如圖1、12、13所示，將步驟（1）中裝配好的試件盛裝筒12放置一段時間，將底座套筒13按圖1所示連接好，然后打開進(jìn)水開關(guān)31，向所述由圓形片27、圓柱筒26與底蓋28構(gòu)成儲水腔44充水至方形槽29的下緣，關(guān)閉進(jìn)水開關(guān)31，然后依次將密封圈42與試件盛裝筒12放入底座套筒13中，并用壓緊裝置14壓緊，此時試件盛裝筒12底部的空腔43在試件盛裝筒12放入到底座套筒13中的過程中逐漸充滿水，空腔43中的空氣也將被逐漸排出，儲水腔44中的水與試件37的底部直接接觸。值得注意的是，所述密封圈42，其同樣的具有一定厚度，有較好的彈性，并設(shè)有通孔，在壓緊裝置14的作用下，通過密封圈42的形變，試件盛裝筒12的底部與底座套筒13緊密接觸，實(shí)現(xiàn)良好的密封。

（3）打開電源，參照圖1所示，打開進(jìn)水開關(guān)31，調(diào)節(jié)減壓閥11，及時觀察壓力變送器4上的讀數(shù)，保證讀數(shù)維持在0.2MPa左右。根據(jù)試件37的密實(shí)程度，將壓力變送器4上的讀數(shù)調(diào)整到比較高的示數(shù)，如0.5MPa，關(guān)閉減壓閥11，調(diào)節(jié)信號采集儀6，設(shè)定合適的采集時間間隔△t。在此過程中還要用溫度計(jì)測記通水管路2的水溫T。試驗(yàn)完成后重新打開減壓閥11，改變壓力變送器4上的讀數(shù)，再次采集水壓變化值，重復(fù)試驗(yàn)4-5次。本發(fā)明通過提高輸入滲透儀1的水壓來加速試驗(yàn)過程，提高試驗(yàn)效率，節(jié)省試驗(yàn)時間。

（4）設(shè)信號采集儀6采集時間間隔為△t（s）,壓力變送器4上前讀數(shù)為P1(MPa)，壓力變送器4后讀數(shù)為P2(MPa)，通水管路2的斷面積為a(cm2),已成型試件37高度為L（cm）,已成型試件37的斷面積為A (cm2)；可通過達(dá)西定律推導(dǎo)出計(jì)算試件的滲透系數(shù)的計(jì)算公式，

式中為水溫為T℃時試件37的滲透系數(shù)（）。

（5）數(shù)據(jù)分析與處理

按下式可計(jì)算溫度為20℃時試件37的滲透系數(shù)：

式中為水溫為20℃時試件37的滲透系數(shù)（），為水溫為T℃時試件37的滲透系數(shù)（），為水溫為T℃時水的動力粘滯系數(shù)（），為水溫為20℃時水的動力粘滯系數(shù)（），和可以通過規(guī)范中的相關(guān)表格查到；將測得的幾個滲透系數(shù)中較接近的幾個，求其算術(shù)平均值，此平均值即為試件37的滲透系數(shù)。

需要進(jìn)一步說明的是，本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的精神所作的舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。