本發(fā)明涉及現(xiàn)場測量土層滲透系數(shù)技術領域，尤其涉及一種裝配式現(xiàn)場雙環(huán)滲透試驗裝置及其方法。

背景技術：

土滲透性是表征水在土孔隙中滲流流動的性能。表征土滲透性指標為滲透系數(shù)。土中的水受水位差和應力的影響而流動，砂土滲流基本服從達西定律。但對于黏性土來說，因為結(jié)合水的黏滯阻力，只有水力梯度增大到起始水力梯度，克服了結(jié)合水黏滯阻力后，水才能在土中滲透流動，所以黏性土滲流不符合達西定律。土的滲透性涉及很多領域，如土木工程、水文地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、水利和環(huán)境保護等；其土的強度、變形和滲透性都與其息息相關；同時，土的滲透破壞影響到工程上諸多問題，如管涌、流土、沖刷和侵蝕等；所以測定土層滲透系數(shù)有很重要的指導意義。由于室內(nèi)測定滲透系數(shù)擾動原狀土樣，測量結(jié)果誤差較大，故一種現(xiàn)場做雙環(huán)滲透試驗裝配式裝置被提了出來，通過此裝置，可較為精準地現(xiàn)場測量土體滲透系數(shù)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于提供一種裝配式現(xiàn)場雙環(huán)滲透試驗裝置及其方法，揭示土滲透性的情況，對工程實踐給予指導。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一、裝配式現(xiàn)場雙環(huán)滲透試驗裝置（簡稱裝置）

本裝置包括試驗對象——砂土；

設置有支撐模塊、蓄水模塊、流量監(jiān)測模塊和雙環(huán)模塊；

所述的支撐模塊包括豎直支桿、水平面、平板車和小輪，在水平面的4角分別連接有4根豎直支桿組成一支架，在支架一邊的2根豎直支桿的底部連接有平板車，在支架另一邊的2根豎直支桿的底部和平板車底部的4角分別連接有小輪；

所述的蓄水模塊包括依次連接的蓄水桶、導水管和吸氣筒；

所述的流量監(jiān)測模塊包括外環(huán)流量桶、內(nèi)環(huán)流量桶、第1彎折水管、直水管、第2彎折水管、外環(huán)水流開關、內(nèi)環(huán)水流開關和流量計；

所述的雙環(huán)模塊包括雙環(huán)、十字鐵片、旋桿和帶螺紋孔塊；

其位置和連接關系是：

支撐模塊平放在砂土上；

蓄水模塊的蓄水桶置于支撐模塊的平板車上；

雙環(huán)模塊的雙環(huán)置于砂土上，帶螺紋孔塊設置在支撐模塊的水平面上，旋桿穿過帶螺紋孔塊且底端、十字鐵片和雙環(huán)依次連接；

流量監(jiān)測模塊的外環(huán)流量桶和內(nèi)環(huán)流量桶均置于水平面上；

內(nèi)環(huán)流量桶、直水管、流量計、第2彎折水管、內(nèi)環(huán)水流開關和雙環(huán)的內(nèi)環(huán)依次連通；

外環(huán)流量桶、第1彎折水管、外環(huán)水流開關和雙環(huán)的外環(huán)依次連通。

本裝置的工作原理：

本裝置在實驗前將雙環(huán)嵌入土層一定的深度，防止內(nèi)外環(huán)相通，由于內(nèi)環(huán)內(nèi)水只產(chǎn)生垂向滲入，排除了側(cè)向滲流帶來的誤差。在實驗過程中，通過流量計記錄得出單位時間內(nèi)的流量Q，計算內(nèi)環(huán)的面積A，兩者之比再與水力坡度的比值即可得出滲透系數(shù)，當滲流時間比較長時，滲流路徑較長，此時可認為水力坡度約等于1；故只需通過流量計記錄得出單位時間內(nèi)的流量Q和內(nèi)環(huán)的面積A，即可算出土體的滲透系數(shù)。

二、裝配式現(xiàn)場雙環(huán)滲透試驗方法（簡稱方法）

本方法包括下列步驟：

①依次按照各個構(gòu)件的位置安裝構(gòu)件；

②往蓄水桶注入滲流液體（清水等），并測量溫度；

③關閉外環(huán)水流開關、內(nèi)環(huán)水流開關，再通過導水管和吸氣筒向外環(huán)流量桶、內(nèi)環(huán)流量桶注入水量；

④旋桿穿過帶螺紋口塊，并與雙環(huán)連接，然后雙環(huán)旋入土體的一定深度中；

⑤同時開啟外環(huán)水流開關和內(nèi)環(huán)水流開關，使雙環(huán)的內(nèi)外環(huán)的水平保持在同一高度，然后在整個試驗過程中保持水位不變，通過流量計記錄在一定時間內(nèi)的水流量。

本發(fā)明具有下列的優(yōu)點和積極效果：

①該裝置底部均有車輪，裝水后方便省力運移；

②該裝置易于組裝，也易于拆分，便于存放；

③通過旋桿將雙環(huán)旋入土體，使雙環(huán)高度達到一致更加準確，且內(nèi)外環(huán)有刻度，這樣在實驗時更能精準地保證內(nèi)外環(huán)水位保持一致；

④通過流量計來記錄單位時間內(nèi)的流量，排除了人為記錄帶來的誤差，使實驗結(jié)果更加準確。

⑤本裝置大大減少了人力，按規(guī)范《巖土工程試驗監(jiān)測手冊》里的試驗裝置，至少需要四人以上，本裝置只需兩個人就能完成試驗。

附圖說明

圖1是本裝置的立體圖（之一）；

圖2是本裝置的立體圖（之二）；

圖3是本裝置的主視圖；

圖4是本裝置的左視圖；

圖5是支撐模塊的立體圖；

圖6是蓄水模塊的立體圖；

圖7是雙環(huán)模塊的立體圖；

圖中：

10—支撐模塊，

11—豎直支桿，12—水平面，13—平板車，14—小輪；

20—蓄水模塊，

21—蓄水桶，22—導水管，23—吸氣筒；

30—流量監(jiān)測模塊，

31—外環(huán)流量桶，32—內(nèi)環(huán)流量桶，33—第1彎折水管，

34—直水管，35—第2彎折水管，36—外環(huán)水流開關，

37—內(nèi)環(huán)水流開關，38—流量計；

40—雙環(huán)模塊，

41—雙環(huán)，42—十字鐵片，43—旋桿，44—帶螺紋口塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明：

一、裝置

1、總體

如圖1-4，本裝置包括試驗對象——砂土；

設置有支撐模塊10、蓄水模塊20、流量監(jiān)測模塊30和雙環(huán)模塊40；

所述的支撐模塊10包括豎直支桿11、水平面12、平板車13和小輪14，在水平面12的4角分別連接有4根豎直支桿11組成一支架，在支架一邊的2根豎直支桿11的底部連接有平板車13，在支架另一邊的2根豎直支桿11的底部和平板車13底部的4角分別連接有小輪14；

所述的蓄水模塊20包括依次連接的蓄水桶21、導水管22和吸氣筒23；

所述的流量監(jiān)測模塊30包括外環(huán)流量桶31、內(nèi)環(huán)流量桶32、第1彎折水管33、直水管34、第2彎折水管35、外環(huán)水流開關36、內(nèi)環(huán)水流開關37和流量計38；

所述的雙環(huán)模塊40包括雙環(huán)41、十字鐵片42、旋桿43和帶螺紋孔塊44；

其位置和連接關系是：

支撐模塊10平放在砂土上；

蓄水模塊20的蓄水桶21于支撐模塊10的平板車13上；

雙環(huán)模塊40的雙環(huán)41置于砂土上，帶螺紋孔塊44設置在支撐模塊10的水平面12上，旋桿3穿過帶螺紋孔塊44且底端、十字鐵片42和雙環(huán)41依次連接；

流量監(jiān)測模塊30的外環(huán)流量桶31和內(nèi)環(huán)流量桶32均置于水平面12上；

內(nèi)環(huán)流量桶32、直水管34、流量計38、第2彎折水管35、內(nèi)環(huán)水流開關37和雙環(huán)41的內(nèi)環(huán)依次連通；

外環(huán)流量桶31、第1彎折水管33、外環(huán)水流開關36和雙環(huán)41的外環(huán)依次連通。

2、功能部件

1）支撐模塊10

如圖1-5，所述的支撐模塊10包括豎直支桿11、水平面12、平板車13和

小輪14；

在水平面12的4角分別連接有4根豎直支桿11組成一支架，在支架一邊（右）的2根豎直支桿11的底部連接有平板車13，在支架另一邊（左）的2根豎直支桿11的底部和平板車13底部的4角分別連接有小輪14（共6個）。

其功能是：

將蓄水桶21、外環(huán)流量桶31和內(nèi)環(huán)流量桶32支撐起來，使其在實驗過程中操作方便，能更好地控制水流量。

2）蓄水桶模塊20

如圖1-4、圖6，所述的蓄水模塊20包括依次連接的蓄水桶21、導水管22和吸氣筒23。

（1）蓄水桶21

蓄水桶21是一種方形容器，采用塑料做成。

（2）導水管22

導水管（22）是市售的軟水管，但口徑尺寸和吸氣筒（23）口徑相匹配。

（3）吸氣筒23

吸氣筒23是一種通用件，有市售產(chǎn)品。

工作機理：

蓄水桶21直接放置在平板車13上，把導水管22一端沒入蓄水桶21中，利用吸氣筒23將導水管22內(nèi)的空氣吸出，利用大氣壓原理把蓄水桶21里的水通過導水管22的另一端流入到外環(huán)流量桶31和內(nèi)環(huán)流量桶32中。

其功能是：

在實驗過程中，方便、快捷、持續(xù)性地向外環(huán)流量桶31和內(nèi)環(huán)流量桶32提供水量。

3）流量監(jiān)測模塊30

如圖1-4，所述的流量監(jiān)測模塊30包括外環(huán)流量桶31、內(nèi)環(huán)流量桶32、第1彎折水管33、直水管34、第2彎折水管35、外環(huán)水流開關36、內(nèi)環(huán)水流開關37和流量計38；

（1）外環(huán)流量桶31和內(nèi)環(huán)流量桶32

外環(huán)流量桶31和內(nèi)環(huán)流量桶32的中心均開有一小口，采用塑料做成。

（2）第1彎折水管33、直水管34、第2彎折水管35

均采用市售的鋼水管。

（3）外環(huán)水流開關36和內(nèi)環(huán)水流開關37

均采用圓環(huán)式把柄。

（4）流量計38

流量計（38）要求精確計量到2L/h。

其位置和連接關系是：

外環(huán)流量桶31架在水平支架12上，外環(huán)流量桶31下面連接第1彎折水管33，第1彎折水管33出水口對準雙環(huán)41的外環(huán)，在第1彎折水管33上設置有外環(huán)水流開關36，外環(huán)水流開關36控制水流量，使外環(huán)的水位在實驗的過程中保持一個高度；

內(nèi)環(huán)流量桶32架在水平支架12上，內(nèi)環(huán)流量桶32的下面連接一段直水管34，然后連接流量計38，最后連接第2彎折水管35，第2彎折水管35出水口對準內(nèi)環(huán)，端部的內(nèi)環(huán)水流開關37控制水流量，使內(nèi)環(huán)的水位在實驗的過程中保持一個高度，且與外環(huán)水位齊平；

其功能是：

外環(huán)流量桶31和內(nèi)環(huán)流量桶32可以存儲水量，直接向雙環(huán)41里注水；外環(huán)水流開關36和內(nèi)環(huán)水流開關37可以同時控制注入雙環(huán)41里的水流量，使雙環(huán)41里的水面保持在同一高度。

4）雙環(huán)模塊40

如圖1-4和圖7，所述的雙環(huán)模塊40包括雙環(huán)41、十字鐵片42、旋桿43和帶螺紋孔塊44；

其位置和連接關系是：

旋桿43穿過帶螺紋孔塊44，旋桿43、十字鐵片42和雙環(huán)41依次連接。

其功能是：

旋桿43通過孔塊44和十字鐵片42把雙環(huán)41旋入土層一定的深度，保證雙環(huán)41的內(nèi)外環(huán)不要連通。

（1）雙環(huán)41

雙環(huán)41包括大小同心環(huán)，采用不銹鋼做成；

（2）十字鐵片42

十字鐵片42采用不銹鋼做成；

（3）旋桿43

旋桿43其中段設置有外螺紋，其上端部設置有把手。

（4）帶螺紋孔塊44

帶螺紋孔塊44是一和旋桿43適配的螺母，擰在旋桿43上，起定位和緊固作用。