一種檢測土工織物過濾性能的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種檢測土工織物過濾性能的裝置及方法，包括常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括流失土壤收集網(wǎng)和帶孔法蘭盤，所述的流失土壤收集網(wǎng)和帶孔法蘭盤設(shè)于常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置內(nèi)土工織物試樣的下方，流失土壤收集網(wǎng)設(shè)于帶孔法蘭盤的上側(cè)。本發(fā)明在現(xiàn)有土工織物淤堵試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，加裝了流失土壤收集網(wǎng)和硬質(zhì)小孔徑法蘭盤，具體檢測方法與現(xiàn)有土工織物淤堵試驗(yàn)類似，但在不影響現(xiàn)有裝置檢測功能的基礎(chǔ)上，還能夠測試流失土壤量的多少，而且改裝方便、成本低，便于推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種檢測土工織物過濾性能的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測土工織物過濾性能的裝置及方法，屬于紡織【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]土工織物的過濾性能與其應(yīng)用場合的水流特性和土壤性能密切相關(guān)，為了充分發(fā)揮其過濾性能，要求根據(jù)被保護(hù)土及水流情況選擇合適的土工織物作為濾層材料，這就涉及到土工織物的過濾性能測試，目前常用的方法是采用土工織物淤堵試驗(yàn)裝置。該裝置是在被測土工織物目標(biāo)應(yīng)用地取一定量土壤，通過測試梯度比來表征土工織物的防淤堵性，當(dāng)梯度比小于3時，認(rèn)為該土工織物具有良好的防淤堵性。同時，該裝置還能夠檢測土壤/織物系統(tǒng)的滲透系數(shù)、土壤的滲透系數(shù)以及單位體積土工織物中的含土量等指標(biāo)；但該裝置不能夠檢測隨水流失的土壤量。土工織物用于海岸、河堤等場所時，一個很重要的作用就是保土固沙，即最大化地保持被保護(hù)土的結(jié)構(gòu)完整性。雖然為了防止土工織物淤堵而允許有一定量的土壤顆粒(如5%或10%以內(nèi))穿過土工織物而隨水流失，但如果較大量土壤均隨水流失，雖然在淤堵試驗(yàn)測試時土工織物的防淤堵性能測試結(jié)果較好，但卻起不到保土固沙的基本作用。因此，檢測淤堵試驗(yàn)過程中土壤顆粒的流失量具有重要意義，現(xiàn)有的土工織物淤堵試驗(yàn)裝置及檢測方法還不能實(shí)現(xiàn)這一目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠全面表征土工織物過濾性能的試驗(yàn)裝置和檢測方法，以解決現(xiàn)有裝置僅側(cè)重于表征土工織物防淤堵性能、而沒有涉及到土工織物保土性能的缺陷。本發(fā)明在常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置上，加裝能夠收集流失土壤顆粒的裝置，使之能夠同時測試土壤流失量、梯度比、滲流量等參數(shù)，完善土工織物過濾性能的表征方法。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種檢測土工織物過濾性能的裝置，包括常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括流失土壤收集網(wǎng)和帶孔法蘭盤，所述的流失土壤收集網(wǎng)和帶孔法蘭盤設(shè)于常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置內(nèi)土工織物試樣的下方，流失土壤收集網(wǎng)設(shè)于帶孔法蘭盤的上側(cè)。
[0005]優(yōu)選地，所述的常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置包括滲透儀，所述的滲透儀包括上筒和下筒，上筒和下筒采用可拆卸的方式連接，上筒的上側(cè)設(shè)有上蓋，上蓋連接供水管和溢水管，上筒和下筒之間設(shè)有土工織物試樣和銅絲篩網(wǎng)，土工織物試樣位于銅絲篩網(wǎng)的上側(cè)，下筒底部連接調(diào)節(jié)管，上筒的側(cè)面從下到上分別設(shè)有2#測壓管、3#測壓管和4#測壓管，下筒的側(cè)面設(shè)有1#測壓管，所述的流失土壤收集網(wǎng)和帶孔法蘭盤設(shè)于下筒底部，所述的供水管上設(shè)有供水閥門，所述的溢水管和調(diào)節(jié)管上設(shè)有止水夾。
[0006]更優(yōu)選地，所述的常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置還包括漏斗和量筒，漏斗的底部連接集水管。
[0007]優(yōu)選地，所述的流失土壤收集網(wǎng)為多層復(fù)合聚酯纖維網(wǎng)。
[0008]優(yōu)選地，所述的多層復(fù)合聚酯纖維網(wǎng)的厚度為20?25mm。
[0009]優(yōu)選地，所述的多層復(fù)合聚酯纖維網(wǎng)為三層結(jié)構(gòu)，第一層聚酯纖維網(wǎng)中的纖維細(xì)度為3?10D，采用針刺法制氈，厚度為15?20mm，最大孔徑為0.10?0.15mm，孔隙率為97?99%，第二層聚酯纖維網(wǎng)的纖維細(xì)度為0.5?1D，采用熱風(fēng)粘合法制氈，厚度為3?5mm，體積密度為110?138kg/m3，最大孔徑為0.04?0.10mm，孔隙率為90?92 %，第三層聚酯纖維網(wǎng)的纖維細(xì)度為0.5?1D，采用平紋機(jī)織布，厚度為0.5?1mm，平均孔徑為
0.02?0.04mm，分別制成三層聚酯纖維網(wǎng)后將其復(fù)合在一起，所述的復(fù)合方法為針刺法。
[0010]更優(yōu)選地，所述的針刺法制氈的具體條件為:針刺密度150?300刺/cm2，針刺深度8?10mm，針刺道數(shù)2?3道；在采用針刺法將三層聚酯纖維網(wǎng)復(fù)合在一起時，具體條件為:針刺密度100?200刺/cm2，針刺深度10?13mm，針刺道數(shù)I?2道。
[0011]更優(yōu)選地，所述的第二層聚酯纖維網(wǎng)中含有20?30%的低熔點(diǎn)聚酯纖維，在采用熱風(fēng)粘合法制作第二層聚酯纖維網(wǎng)時，粘結(jié)溫度為120?130°C，纖網(wǎng)速度為10?20m/min0
[0012]優(yōu)選地，所述的帶孔法蘭盤采用厚度為0.4-0.6mm的不銹鋼薄板，其表面均勻分布著直徑為0.45?0.55cm的小孔，總孔隙率為45?55%。
[0013]本發(fā)明還提供了一種檢測土工織物過濾性能的方法，其特征在于，采用上述的檢測土工織物過濾性能的裝置，具體步驟包括:
[0014]第一步:首先測試流失土壤收集網(wǎng)的烘干后質(zhì)量Mtl，打開滲透儀的上蓋和上筒，將流失土壤收集網(wǎng)與帶孔法蘭盤依次放入滲透儀，打開調(diào)節(jié)管上的止水夾，通過調(diào)節(jié)管由滲透儀底部充水直至水位與銅絲篩網(wǎng)齊平，停止充水；
[0015]第二步:將待測土工織物剪成具有一定面積A的圓形試樣，烘干到恒重并測試其質(zhì)量Hltl和厚度Tg ;安裝試樣和上筒，通過調(diào)節(jié)管充水使試樣飽和；
[0016]第三步:測試土壤的烘干后質(zhì)量U，分四層裝入滲透儀，每層裝入后整平，并用木錘擊打，總厚度為8-12cm，再通過調(diào)節(jié)管充水至水與土樣頂面齊平，使土樣飽和；裝樣過程中應(yīng)防止測壓管的進(jìn)口被堵塞，待土樣全部裝入后，在土樣上鋪設(shè)l-3cm厚的礫石緩沖層；
[0017]第四步:安裝滲透儀的上蓋，繼續(xù)使水位上升至上蓋的溢水管口有水溢出，關(guān)閉調(diào)節(jié)管上的止水夾；
[0018]第五步:打開供水管，調(diào)節(jié)進(jìn)水量調(diào)節(jié)滲透儀水位，并觀察測壓管內(nèi)的水位變化，當(dāng)全部測壓管的水位不再上下浮動時，將供水管保持常水頭狀態(tài)，打開調(diào)節(jié)管上的止水夾，水流通過試樣進(jìn)行滲流；
[0019]第六步:每小時測讀一次全部測壓管水位和滲流水量Q，同時記錄滲水時間t和水溫，連續(xù)測讀24小時，根據(jù)實(shí)測情況可延長測讀時間，直到每個測壓管和滲流水量前后兩次讀數(shù)差值小于I%，此時的讀數(shù)記為最終值；
[0020]第七步:試驗(yàn)結(jié)束，取出試樣，清除表面浮土，烘干到恒重后測試含土試樣的總質(zhì)量!^，計算淤堵于試樣內(nèi)部的土壤量，精確至0.0lg ;取出流失土壤收集網(wǎng)，烘干到恒重后測試含土收集網(wǎng)的總質(zhì)量M1，計算隨水流失的土壤量，精確至0.0lg ；
[0021]第八步:按照如下公式分別計算梯度比、土工織物/ 土壤系統(tǒng)在20°C時的滲透系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)溫度下土壤的滲透系數(shù)、單位體積織物試樣中的含土量、單位面積土工織物的流失土壤量以及流失土壤百分比中的至少一種:
[0022]梯度比

【權(quán)利要求】
1.一種檢測土工織物過濾性能的裝置，包括常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置，其特征在于，還包括流失土壤收集網(wǎng)(11)和帶孔法蘭盤(12)，所述的流失土壤收集網(wǎng)(11)和帶孔法蘭盤(12)設(shè)于常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置內(nèi)土工織物試樣(6)的下方，流失土壤收集網(wǎng)(11)設(shè)于帶孔法蘭盤(12)的上側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，其特征在于，所述的常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置包括滲透儀，所述的滲透儀包括上筒(4)和下筒，上筒(4)和下筒采用可拆卸的方式連接，上筒(4)的上側(cè)設(shè)有上蓋(3)，上蓋(3)連接供水管(I)和溢水管(2)，上筒(4)和下筒之間設(shè)有土工織物試樣(6)和銅絲篩網(wǎng)(7)，土工織物試樣(6)位于銅絲篩網(wǎng)(7)的上側(cè)，下筒底部連接調(diào)節(jié)管(8)，上筒(4)的側(cè)面從下到上分別設(shè)有2#測壓管(14)、3#測壓管(15)和4#測壓管(16)，下筒的側(cè)面設(shè)有1#測壓管(11)，所述的流失土壤收集網(wǎng)(11)和帶孔法蘭盤(12)設(shè)于下筒底部，所述的供水管(I)上設(shè)有供水閥門，所述的溢水管(2)和調(diào)節(jié)管(8)上設(shè)有止水夾。
3.如權(quán)利要求2所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，其特征在于，所述的常規(guī)土工織物淤堵試驗(yàn)裝置還包括漏斗(9)和量筒(10)，漏斗(9)的底部連接集水管。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，其特征在于，所述的流失土壤收集網(wǎng)(11)為多層復(fù)合聚酯纖維網(wǎng)。
5.如權(quán)利要求4所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，其特征在于，所述的多層復(fù)合聚酯纖維網(wǎng)的厚度為20?25mm。
6.如權(quán)利要求4所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，其特征在于，所述的多層復(fù)合聚酯纖維網(wǎng)為三層結(jié)構(gòu)，第一層聚酯纖維網(wǎng)中的纖維細(xì)度為3?10D，采用針刺法制氈，厚度為15?20mm,最大孔徑為0.10?0.15mm,孔隙率為97?99 第二層聚酯纖維網(wǎng)的纖維細(xì)度為0.5?1D,采用熱風(fēng)粘合法制租,厚度為3?5mm,體積密度為110?138kg/m3,最大孔徑為0.04?0.1Omm,孔隙率為90?92 %，第三層聚酯纖維網(wǎng)的纖維細(xì)度為0.5?1D，采用平紋機(jī)織布，厚度為0.5?1mm，平均孔徑為0.02?0.04mm,分別制成三層聚酯纖維網(wǎng)后將其復(fù)合在一起，所述的復(fù)合方法為針刺法。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，其特征在于，所述的針刺法制氈的具體條件為:針刺密度150?300刺/cm2，針刺深度8?10mm，針刺道數(shù)2?3道；在采用針刺法將三層聚酯纖維網(wǎng)復(fù)合在一起時，具體條件為:針刺密度100?200刺/cm2，針刺深度10?13mm，針刺道數(shù)I?2道。
8.如權(quán)利要求6所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，其特征在于，所述的第二層聚酯纖維網(wǎng)含有20?30%的低熔點(diǎn)聚酯纖維，在采用熱風(fēng)粘合法制作第二層聚酯纖維網(wǎng)時，粘結(jié)溫度為120?130°C，纖網(wǎng)速度為10?20m/min ；
9.如權(quán)利要求1所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，其特征在于，所述的帶孔法蘭盤(12)采用厚度為0.4-0.6mm的不銹鋼薄板，其表面均勻分布著直徑為0.45?0.55cm的小孔，總孔隙率為45?55%。
10.一種檢測土工織物過濾性能的方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-9中任意一項所述的檢測土工織物過濾性能的裝置，具體步驟包括:第一步:首先測試流失土壤收集網(wǎng)(11)的烘干后質(zhì)量Mtl，打開滲透儀的上蓋和上筒，將流失土壤收集網(wǎng)(11)與帶孔法蘭盤(12)依次放入滲透儀，打開調(diào)節(jié)管(8)上的止水夾，通過調(diào)節(jié)管(8)由滲透儀底部充水直至水位與銅絲篩網(wǎng)(7)齊平，停止充水； 第二步:將待測土工織物剪成具有一定面積A的圓形試樣，烘干到恒重并測試其質(zhì)量mQ和厚度Tg;安裝試樣和上筒，通過調(diào)節(jié)管(8)充水使試樣飽和；第三步:測試土壤的烘干后質(zhì)量U，分四層裝入滲透儀，每層裝入后整平，并用木錘擊打，總厚度為8-12cm，再通過調(diào)節(jié)管(8)充水至水與土樣頂面齊平，使土樣飽和；裝樣過程中應(yīng)防止測壓管的進(jìn)口被堵塞，待土樣全部裝入后，在土樣上鋪設(shè)l-3cm厚的礫石緩沖層；第四步:安裝滲透儀的上蓋，繼續(xù)使水位上升至上蓋的溢水管(2) 口有水溢出，關(guān)閉調(diào)節(jié)管⑶上的止水夾； 第五步:打開供水管(1)，調(diào)節(jié)進(jìn)水量調(diào)節(jié)滲透儀水位，并觀察測壓管內(nèi)的水位變化，當(dāng)全部測壓管的水位不再上下浮動時，將供水管(I)保持常水頭狀態(tài)，打開調(diào)節(jié)管(8)上的止水夾，水流通過試樣進(jìn)行滲流； 第六步:每小時測讀一次全部測壓管水位和滲流水量Q，同時記錄滲水時間t和水溫，連續(xù)測讀24小時，根據(jù)實(shí)測情況可延長測讀時間，直到每個測壓管和滲流水量前后兩次讀數(shù)差值小于I%，此時的讀數(shù)記為最終值； 第七步:試驗(yàn)結(jié)束,取出試樣,清除表面浮土,烘干到恒重后測試含土試樣的總質(zhì)量Hl1，計算淤堵于試樣內(nèi)部的土壤量，精確至0.01g ;取出流失土壤收集網(wǎng)(11)，烘干到恒重后測試含土收集網(wǎng)的總質(zhì)量M1，計算隨水流失的土壤量，精確至0.01g ； 第八步:按照如下公式分別計算梯度比、土工織物/ 土壤系統(tǒng)在20°C時的滲透系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)溫度下土壤的滲透系數(shù)、單位體積織物試樣中的含土量、單位面積土工織物的流失土壤量以及流失土壤百分比中的至少一種: 梯度比
式中，GR為梯度比；h12為1#和2#測壓管的最終水位之差，單位為cm ；h23為2#和3#測壓管的最終水位之差，單位為cm ；Tg為土工織物試樣的厚度，單位為cm ；土工織物/ 土壤系統(tǒng)在20°C時的滲透系數(shù):
式中，1:為土工織物/ 土壤系統(tǒng)在20°C時的垂直滲透系數(shù)，單位為cm/s ；Q為最終滲流水量，單位為cm3 ；t為滲水時間，單位為s ；h13為1#和3#測壓管的最終水位之差,單位為cm ； ητ為試驗(yàn)水溫時水的動力粘滯系數(shù)，單位為KPa *s ; Il2tl為20°C時水的動力粘滯系數(shù)，單位為KPa.s ；A為試樣面積，單位為cm2 ；標(biāo)準(zhǔn)溫度20°c時土壤的滲透系數(shù)
，式中，尤f為20°c時土壤的垂直
滲透系數(shù)，單位為cm/s ；單位體積土工織物試樣中的含土量
式中，m為單位體積土工織物中的含

土量，單位為g/cm3:1?和Hi1分別為試驗(yàn)前試樣的烘干質(zhì)量和試驗(yàn)結(jié)束后含土試樣的烘干質(zhì)量，單位為g ； 單位體積土工織物的流失土壤量
式中，M為單位體積土工織物的流失土壤量，單位為g/cm3 Wtl和M1分別為試驗(yàn)前流失土壤收集網(wǎng)(11)的烘干后質(zhì)量和試驗(yàn)結(jié)束后含土的流失土壤收集網(wǎng)(11)的烘干質(zhì)量，單位為g; 流失土壤百分比
式中，φ為流失土壤百分比，U為試驗(yàn)開始時試樣上方土壤的烘干質(zhì)量，單位為g，可根據(jù)烘干土壤的密度和體積計算得到； 第九步:將流失土壤收集網(wǎng)沖洗干凈，自然晾干后待下次使用。
【文檔編號】G01N15/08GK104132877SQ201410337361
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】劉麗芳, 俞建勇, 程隆棣, 楊雪 申請人:東華大學(xué)