本實用新型屬于巖土力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能滲透儀。

背景技術(shù)：

液體在土壤中的滲流是自然界中、和工業(yè)中十分普遍的現(xiàn)象；土壤中的滲流會引起土體松動，長期過后甚至?xí)l(fā)泥石流；泥石流最常見的危害之一，是沖進鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)，摧毀房屋、工廠、企事業(yè)單位及其他場所設(shè)施；泥石流可直接埋沒車站，鐵路、公路，摧毀路基、橋涵等設(shè)施，致使交通中斷，還可引起正在運行的火車、汽車顛覆，造成重大的人身傷亡事故；有時泥石流匯入河道，引起河道大幅度變遷，間接毀壞公路、鐵路及其它構(gòu)筑物，甚至迫使道路改線，造成巨大的經(jīng)濟損失；在工業(yè)中礦山尾礦壩的存在也會涉及水流的滲透，隨著壩體的增高，對底部的壓力不斷增大，會產(chǎn)生不同的滲流效果；滲流的路徑和快慢對壩體的穩(wěn)定性都有一定的影響；潰壩會對周圍的環(huán)境和人身安全造成極大威脅；所以更全面深入地研究土體中的滲透，會對泥石流及尾礦壩潰壩等災(zāi)害的防治起到積極作用。

傳統(tǒng)的滲透儀功能單一，而且對于滲透系數(shù)不同的土體需要采用適用于常水頭和變水頭的不同滲透儀，不能實現(xiàn)簡單的轉(zhuǎn)換；現(xiàn)有滲透儀內(nèi)壁均為光滑內(nèi)壁，實驗時會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的邊界效應(yīng)從而影響實驗結(jié)果，實驗精度和實際會有很大差別；采用更高端的試驗裝置時操作復(fù)雜而且對試驗人員要求較高；前人對滲透系數(shù)研究過于籠統(tǒng)不能研究縱向滲流與橫向滲流的關(guān)系，無法得到水流在土體里的滲流路徑，無法觀察土體的細(xì)微變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種多功能滲透儀，以達(dá)到實現(xiàn)常、變水頭的轉(zhuǎn)換，提高實驗便捷性和精準(zhǔn)度的目的。

一種多功能滲透儀，包括加壓部分、控制部分、支架部分和實驗實施部分；其中，加壓部分設(shè)置于實驗實施部分上端，支架部分通過喉箍與實驗實施部分固定，控制部分與加壓部分和實驗實施部分相連；

所述的加壓部分包括：油壓泵、壓力室、第一密封蓋、自平衡活塞、軸壓傳感器和連接桿；

其中，油壓泵設(shè)置于壓力室的上端，油壓泵的輸出口連接壓力室內(nèi)部；所述的自平衡活塞一端設(shè)置于壓力室內(nèi)部，另一端依次穿過壓力室的下端和第一密封蓋，且該端下端設(shè)置有軸壓傳感器；所述的壓力室與第一密封蓋之間通過連接桿連接；

所述的實驗實施部分包括：充氣泵、供水槽、第二密封蓋、氣壓傳感器、盛土柱體、軟質(zhì)橡膠網(wǎng)、透水板、鋼化玻璃視窗、法蘭、圍壓傳感器、測壓管、流量計、量筒、止水夾和接頭；

其中，所述的充氣泵通過導(dǎo)管與供水槽相連接，所述的供水槽上端設(shè)置有第二密封蓋，第二密封蓋下端設(shè)置有氣壓傳感器，供水槽通過導(dǎo)管連接盛土柱體的上端，盛土柱體由上至下均勻設(shè)置有多個鋼化玻璃視窗；盛土柱體內(nèi)壁設(shè)置有軟質(zhì)橡膠網(wǎng)，在軟質(zhì)橡膠網(wǎng)與盛土柱體內(nèi)壁之間設(shè)置有圍壓傳感器，且圍壓傳感器位于鋼化玻璃視窗下端；盛土柱體內(nèi)部的上端設(shè)置有透水板，在透水板與盛土柱體底端之間設(shè)置有測量土體；盛土柱體的上半部分與下半部分通過法蘭連接，盛土柱體的下端設(shè)置有流量計，流量計設(shè)置有止水夾，流量計的下端放置有量筒；盛土柱體的側(cè)壁設(shè)置有多個測壓管，測壓管連接接頭；

加壓部分的自平衡活塞下端與實驗實施部分的透水板上表面接觸放置。

所述的控制部分包括計算機和控制器，其中，控制器與計算機相連接，且控制器的輸入端分別連接軸壓傳感器的輸出端、氣壓傳感器的輸出端和圍壓傳感器的輸出端，控制器的輸出端連接充氣泵的輸入端和油壓泵的輸入端。

所述的支架部分，包括：第一支架、第二支架、第一扣件、第二扣件、第一帶軸直桿、第二帶軸直桿、第一喉箍、第二喉箍和底座；其中，所述的底座設(shè)置有第一支架和第二支架，當(dāng)縱向滲透時，第一支架上端通過第一扣件連接第一帶軸直桿的一端，第一帶軸直桿的另一端連接第一喉箍，第一支架下端通過第二扣件連接第二帶軸直桿的一端，第二帶軸直桿的另一端連接第二喉箍，且第一喉箍和第二喉箍水平放置；當(dāng)橫向滲透時，第一支架通過第一扣件連接第一帶軸直桿的一端，第一帶軸直桿的另一端連接第一喉箍，第二支架通過第二扣件連接第二帶軸直桿的一端，第二帶軸直桿的另一端連接第二喉箍，且第一喉箍和第二喉箍豎直放置。

本實用新型優(yōu)點：

1.本實用新型可以更加簡便地實現(xiàn)常、變水頭的轉(zhuǎn)換；

2.本實用新型實現(xiàn)了用氣壓替代水壓以便減小實驗誤差；

3.本實用新型可以研究水流在土壤中的滲流路徑；

4.本實用新型可以研究在不同壓力條件下滲透的特性；

5.本實用新型可以研究在橫向滲透和縱向滲透時的滲透特性；

6.本實用新型可以觀測滲透時土粒的微觀變化；

7.本實用新型的實驗結(jié)果由流量計轉(zhuǎn)化為電信號傳送到計算機，計算機經(jīng)編程后可直接得到結(jié)果，方便準(zhǔn)確；

8.本實用新型流量計下水流流出后由量筒盛接可以進一步保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本實用新型一種實施方式的多功能滲透儀整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型一種實施方式的加壓部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型一種實施方式的實驗實施部分示意圖；

圖4為本實用新型一種實施方式的支架部分示意圖；

圖5為本實用新型一種實施方式的橫向滲透時支架部分與盛土柱體位置關(guān)系示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型一種實施例做進一步說明。

本實用新型實施例中，如圖1所示，多功能滲透儀包括加壓部分II、控制部分IV、支架部分I和實驗實施部分III；其中，加壓部分II通過螺紋與實驗實施部分III上端固定連接，支架部分I通過喉箍與實驗實施部分III固定，控制部分IV與加壓部分II和實驗實施部分III相連；本實用新型實施例中，如圖2所示，所述的加壓部分II包括：油壓泵II-1、壓力室II-2、第一密封蓋II-3、自平衡活塞II-4、軸壓傳感器II-5和連接桿II-6；其中，油壓泵II-1設(shè)置于壓力室II-2的上端，油壓泵II-1的輸出口連接壓力室II-2內(nèi)部；所述的自平衡活塞II-4一端設(shè)置于壓力室II-2內(nèi)部，另一端依次穿過壓力室II-2的下端和第一密封蓋II-3，且該端下端設(shè)置有軸壓傳感器II-5；所述的壓力室II-2與第一密封蓋II-3之間通過連接桿II-6連接；本實用新型實施例中，油壓泵II-1為壓力室II-2充、減油來實現(xiàn)自平衡活塞II-4的上下運動來為土體增減壓力，自平衡活塞II-4下設(shè)置有軸壓傳感器II-5來反映對土體施加的軸向壓力；

本實用新型實施例中，如圖3所示，所述的實驗實施部分III包括：充氣泵III-1、供水槽III-3、第二密封蓋III-4、氣壓傳感器III-5、盛土柱體III-16、軟質(zhì)橡膠網(wǎng)III-7、透水板III-8、鋼化玻璃視窗III-9、法蘭III-11、圍壓傳感器III-10、測壓管III-12、流量計III-13、量筒III-14、止水夾和接頭III-15；其中，所述的充氣泵III-1通過導(dǎo)管III-2與供水槽III-3相連接，所述的供水槽III-3上端設(shè)置有第二密封蓋III-4，第二密封蓋III-4下端設(shè)置有氣壓傳感器III-5，第二密封蓋III-4設(shè)置有排氣閥III-6，供水槽III-3通過導(dǎo)管連接盛土柱體III-16的上端，盛土柱體III-16由上至下均勻設(shè)置有多個鋼化玻璃視窗III-9；盛土柱體III-16內(nèi)壁設(shè)置有軟質(zhì)橡膠網(wǎng)III-7，在軟質(zhì)橡膠網(wǎng)III-7與盛土柱體III-16內(nèi)壁之間設(shè)置有圍壓傳感器III-10，且圍壓傳感器III-10位于鋼化玻璃視窗III-9下端；盛土柱體III-16內(nèi)部的上端設(shè)置有透水板III-8，在透水板III-8與盛土柱體III-16底端之間設(shè)置有測量土體；盛土柱體III-16的上半部分與下半部分通過法蘭III-11連接，法蘭III-11之間設(shè)置有密封墊，盛土柱體III-16的下端設(shè)置有流量計III-13，流量計III-13設(shè)置有止水夾，流量計III-13的下端放置有量筒III-14，量筒III-14用于盛接流水，進而對實驗結(jié)果進行校驗；盛土柱體III-16的側(cè)壁設(shè)置有多個可連接徑直或彎曲接頭的測壓管III-12，測壓管III-12連接三個接頭III-15；將第二密封蓋III-4上的III-6排氣閥打開就實現(xiàn)了由常水頭到變水頭的轉(zhuǎn)換；

本實用新型實施例中，導(dǎo)管III-2均為內(nèi)徑為0.8cm，測壓管III-12為內(nèi)徑為0.8cm透明玻璃管；盛土柱體III-16總長度為500mm，鋼化玻璃視窗III-9距離盛土柱體III-16最底部的距離分別為50mm、150mm、350mm、450mm，圍壓傳感器III-10設(shè)置在每個玻璃視窗下10mm處，法蘭III-11距離盛土柱體III-16最底部的距離為250mm，測壓管III-12之間的距離為100mm且距離底部的距離分別為200mm、300mm、400mm；盛土柱體III-16中的軟質(zhì)橡膠網(wǎng)III-7質(zhì)軟，在盛土?xí)r會與土粒緊密結(jié)合，會防止或減小邊界效應(yīng)的產(chǎn)生，從而使實驗數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確；加壓部分的自平衡活塞II-4下端與實驗實施部分III的透水板III-8上表面接觸放置；

本實用新型實施例中，如圖1所示，所述的控制部分IV包括計算機和控制器，本實用新型實施例中，控制器采用PM554-R可編程控制器；其中，控制器與計算機相連接，且控制器的輸入端分別連接軸壓傳感器II-5的輸出端、氣壓傳感器III-5的輸出端和圍壓傳感器III-10的輸出端，控制器的輸出端連接充氣泵III-1的輸入端和油壓泵II-1的輸入端；

本實用新型實施例中，如圖4所示，所述的支架部分I，包括：第一支架I-1a、第二支架I-1b、第一扣件I-2a、第二扣件I-2b、第一帶軸直桿I-3a、第二帶軸直桿I-3b、第一喉箍I-4a、第二喉箍I-4b和底座I-5；其中，所述的底座I-5設(shè)置有第一支架I-1a和第二支架I-1b，當(dāng)縱向滲透時，第一支架I-1a上端通過第一扣件I-2a連接第一帶軸直桿I-3a的一端，第一帶軸直桿I-3a的另一端連接第一喉箍I-4a，第一支架I-1a下端通過第二扣件I-2b連接第二帶軸直桿I-3b的一端，第二帶軸直桿I-3b的另一端連接第二喉箍I-4b，且第一喉箍I-4a和第二喉箍I-4b水平放置；

本實用新型實施例中，盛土柱體III-16由第一喉箍I-4a和第二喉箍I-4b固定，且第一喉箍I-4a和第二喉箍I-4b與第一帶軸直桿I-3a和第二帶軸直桿I-3b固連連接處可繞軸向轉(zhuǎn)動，直桿尾部與支架鋼管由扣件相連且可拆卸，支架部分I能將盛土柱體III-16豎直固定并且通過拆卸第二扣件I-2b轉(zhuǎn)動盛土柱體III-16使之旋轉(zhuǎn)至水平，再將第二扣件I-2b固定于第二支架I-1b，盛土柱體III-16橫向固定好以后將測壓管III-12處接頭III-15接頭由彎曲接頭換為徑直接頭；圖5展示了橫向滲透時支架部分與盛土柱體III-16的位置關(guān)系，第一支架I-1a通過第一扣件I-2a連接第一帶軸直桿I-3a的一端，第一帶軸直桿I-3a的另一端連接第一喉箍I-4a，第二支架I-1b通過第二扣件I-2b連接第二帶軸直桿I-3b的一端，第二帶軸直桿I-3b的另一端連接第二喉箍I-4b，且第一喉箍I-4a和第二喉箍I-4b豎直放置。

本實用新型實施例中，采用多功能滲透儀進行的實驗過程如下：

首先將各線路、電纜正確連接，檢查裝置各部分是否漏氣確保裝置氣密性；將盛土柱體安裝于支架部分上，且處于縱向滲透狀態(tài)；將盛土柱體在支架上豎向固定好，向柱體中分層加入土體并擊實大約高度為35～45cm，記錄土樣高度、質(zhì)量，輸入計算機；在測量土體上端設(shè)置透水板，密封第一密封蓋，此時自平衡活塞未對測量土體施壓；從流量計處注入配置好的氯化鈉溶液使土體完全浸潤，浸潤后關(guān)閉流量計上止水夾；將供水槽中注入氯化鈉溶液，密封第二密封蓋，打開止水夾；當(dāng)供水槽水位下降時，壓力傳感器傳出電信號至控制器啟動充氣泵為供水槽充氣，維持供水槽中氣壓不變，待測壓管水位穩(wěn)定后，記錄測壓管水位h1、h2、h3，獲得各測壓管間的水位差值Δh1、Δh2和水位平均值h，輸入至計算機中；測量供水槽的進水水溫與流量計的出水水溫，取平均值，輸入至計算機中；當(dāng)流量計中流量達(dá)到設(shè)定數(shù)值200ml或者500ml時，停止測量，根據(jù)達(dá)西定律獲得滲透系數(shù)；拆取法蘭，取出測量土體軸心直徑3cm處試樣，利用HPLC-MS法獲得試樣水流運移路徑，通過鋼化玻璃視窗采用電子顯微鏡觀察土體結(jié)構(gòu)；包括表面孔隙度、最大孔隙直徑和最小孔隙直徑；啟動控制器使油泵為壓力室充油，自平衡活塞向下伸長對測量土體施壓，當(dāng)軸壓傳感器檢測的壓力值到達(dá)設(shè)定值時，停止施壓，采用圍壓傳感器收集柱體內(nèi)圍壓數(shù)值輸入至計算機中，反復(fù)上述過程，獲得縱向滲透狀態(tài)下不同壓力下對應(yīng)滲透系數(shù)；調(diào)整支架部分I，使盛土柱體由縱向滲透狀態(tài)變換為橫向滲透狀態(tài)，用控制變量法以橫縱方向為控制變量對土體施加同等壓力，獲得橫向滲透狀態(tài)下不同壓力下對應(yīng)滲透系數(shù)；擬合獲得參數(shù)之間的關(guān)系，包括擬合出滲透系數(shù)與橫向滲透的關(guān)系、滲透系數(shù)與縱向滲透的關(guān)系、滲透系數(shù)與軸向壓力的關(guān)系、滲透系數(shù)與圍壓的關(guān)系、圍壓與軸壓在橫向滲透下的關(guān)系，圍壓與軸壓在縱向滲透下的關(guān)系、總結(jié)測量土體結(jié)構(gòu)與各變量間關(guān)系；

本實用新型實施例中，獲得滲透系數(shù)與軸壓和圍壓均成反比關(guān)系，土體滲透系數(shù)具有方向性，縱向滲透系數(shù)大于橫向滲透系數(shù)；

本實用新型實施例中，實驗用水為10000mg/L的氯化鈉溶液用于標(biāo)記水流運移路徑，且采用氯化鈉對環(huán)境不會產(chǎn)生污染；通過設(shè)置不同壓力，得到不同壓力下對應(yīng)滲透系數(shù)，使實驗構(gòu)成對照組，壓力分別為0KP、1KP、2KP、3KP、4KP、5KP、6KP、7KP、8KP、9KP、10KP：

本實用新型實施例中，進行常水頭試驗時采用對供水槽一次性注水的方式，當(dāng)供水槽中水位下降時，氣壓降低，此時氣壓傳感器感受到氣壓的變化將信號傳遞給計算機，計算機向控制器輸出信號控制充氣泵使其啟動為供水槽充氣，當(dāng)氣壓維持與原氣壓相等時氣壓傳感器將傳出信號使充氣泵停止工作。其原理在于：用壓力恒定等效替代水頭不變；

本實用新型實施例中，當(dāng)測量土體縱向滲透系數(shù)時第一扣件I-2a、第二扣件I-2b都與第一支架I-1a相連；當(dāng)測量橫向滲透系數(shù)時，將第二扣件I-2b拆下同時旋轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)軸使柱體水平，再將扣件I-2b扣件b連接在I-1b支架b上；實驗體橫向固定好以后將III-12測壓管處接頭III-15接頭由彎曲接頭換為徑直接頭。