加壓式變水頭滲透儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種加壓式變水頭滲透儀，包括水壓輸出部件、水壓調(diào)控部件和變水頭滲透儀。所述水壓輸出部件包括機(jī)架、通過金屬連接管連接的位于機(jī)架外的補(bǔ)水水箱和閥門及位于機(jī)架內(nèi)部的水泵、蓄水罐和分離器及傳感器和水壓操控面板；所述水壓調(diào)控部件由水壓調(diào)節(jié)開關(guān)、水壓表和高強(qiáng)度橡膠管組成；出水管a、水壓調(diào)節(jié)開關(guān)、三通部件和變水頭滲透儀的進(jìn)水管之間分別加裝有高強(qiáng)度橡膠管；由于粘土的滲透系數(shù)較小，在水頭差不大的情況下，通過土樣的滲流十分緩慢且歷時(shí)很長(zhǎng)。通過提高輸入滲透儀的水壓，可以加快試驗(yàn)過程，提高試驗(yàn)的效率，節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間。
【專利說明】加壓式變水頭滲透儀
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加壓式變水頭滲透儀，屬于試驗(yàn)儀器改裝領(lǐng)域，涉及可加水壓的變水頭滲透儀。
二、【背景技術(shù)】
[0002]土孔隙中的自由水在重力作用下發(fā)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，稱為土的滲透性。在工程中常需要了解土的滲透性，例如基坑開挖排水時(shí)，需要了解土的滲透性，以配置合適的排水設(shè)備；在河灘上修筑滲水路堤時(shí)，需要考慮路堤填料的滲透性；在計(jì)算飽和粘性土上建筑物的沉降和時(shí)間的關(guān)系時(shí)，需要掌握土的滲透性。滲透系數(shù)k是綜合反映土體滲透能力的一個(gè)指標(biāo)，其數(shù)值的正確確定對(duì)于滲透計(jì)算有著非常重要的意義。
[0003]滲透試驗(yàn)可分為常水頭滲透試驗(yàn)和變水頭滲透試驗(yàn)兩種方法，土的滲透系數(shù)變化范圍很大，可從KTcm/s變化到10_8cm/s，因此，土的滲透系數(shù)的測(cè)定應(yīng)根據(jù)不同的土質(zhì)情況，分別采用不同的試驗(yàn)方法。常水頭滲透試驗(yàn)適用于粗粒土滲透系數(shù)的測(cè)定，而變水頭滲透試驗(yàn)則適用于細(xì)粒土滲透系數(shù)的測(cè)定。
[0004]對(duì)于粘性土，滲透系數(shù)一般很小(小于5X10_6cm/s)，在水頭差不大的情況下，通過土樣的滲流十分緩慢且歷時(shí)很長(zhǎng)，粘土內(nèi)部需要幾天時(shí)間才能形成滲透通道，導(dǎo)致變水頭試驗(yàn)耗時(shí)，效率低下。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種加壓式變水頭滲透儀，目的在于提供一種可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定土體滲透系數(shù)的加壓式變水頭滲透儀，具有縮短試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率，易于操作、試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。該試驗(yàn)儀可以快速、簡(jiǎn)便地測(cè)得粘土的滲透系數(shù)。
[0006]一種加壓式變水頭滲透儀，包括水壓輸出部件、水壓調(diào)控部件和變水頭滲透儀。
[0007]所述水壓輸出部件包括機(jī)架、通過金屬連接管連接的位于機(jī)架外的補(bǔ)水水箱和閥門及位于機(jī)架內(nèi)部的水泵、蓄水罐和分離器及傳感器和水壓操控面板；所述機(jī)架為鋼焊接成的底面開敞、其余五面封閉的立方體箱體；所述分離器上安裝有閥門和傳感器，傳感器通過電線與水壓操控面板連接；水壓操控面板對(duì)水泵產(chǎn)生的水壓進(jìn)行設(shè)定，水壓操控面板的液晶屏幕上可以直接顯示分離器內(nèi)部的水壓值。所述閥門用于控制出水管的開與閉。分離器另一端通過出水管a與水壓調(diào)控部件的高強(qiáng)度橡膠管連通；所述高強(qiáng)度橡膠管上安裝有水壓調(diào)節(jié)開關(guān)和水壓表；所述補(bǔ)水水箱與水泵相連，用來向水泵中提供水源。水泵是此部分的核心構(gòu)件，用來對(duì)水加壓，水泵另一端與蓄水罐相連。蓄水罐主要用來存儲(chǔ)從水泵輸出的水，以保證輸出水壓的穩(wěn)定性，還可起到壓力的減緩沖擊作用。所述水泵，傳感器和水壓操控面板需要的用電均通過電源線連接電源提供。支座起穩(wěn)定機(jī)架的作用。
[0008]所述水壓調(diào)控部件包括水壓調(diào)節(jié)開關(guān)、水壓表和高強(qiáng)度橡膠管。水壓調(diào)節(jié)開關(guān)通過高強(qiáng)度橡膠管與水壓輸出部件的出水管a相連，主要用來更精確得控制出水管中的水壓，水壓調(diào)節(jié)開關(guān)通過三通部件分別連接水壓表(量程可選用1.6Mpa)和變水頭滲透儀的進(jìn)水管，出水管a、水壓調(diào)節(jié)開關(guān)、三通部件和變水頭滲透儀的進(jìn)水管之間分別加裝有高強(qiáng)度橡膠管；水壓表用于控制進(jìn)入滲透儀中的水壓。
[0009]所述變水頭滲透儀包括下蓋、上蓋和套筒；下蓋連接有進(jìn)水管和排氣管，排氣管上設(shè)有止水夾，在試驗(yàn)中用于排出儀器內(nèi)部的氣體；套筒內(nèi)部裝有環(huán)刀土樣；上蓋與出水管b相連；緊固螺栓位于滲透儀的上部，通過螺栓固定支架與滲透儀的下蓋連接。試驗(yàn)時(shí)將環(huán)刀土樣的側(cè)面涂一薄層凡士林(起隔絕水的作用)，裝入套筒內(nèi)，土樣的上下兩面各放一片濾紙和透水石，然后放在滲透儀的下蓋上面，再將上蓋放在套筒的上面。安裝時(shí)，上蓋和下蓋內(nèi)部均需放置橡皮圈，以保證密封性。緊固螺栓用于將上蓋擰緊，使各部件緊密接觸。
[0010]本發(fā)明可為變水頭滲透試驗(yàn)提供一種新設(shè)備，有益于縮短試驗(yàn)周期，提高試驗(yàn)效率，最終得到合理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為分析土體的滲透性能提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。對(duì)于粘性土，滲透系數(shù)一般很小，在水頭差不大的情況下，通過土樣的滲流十分緩慢且歷時(shí)很長(zhǎng)。而普通變水頭滲透儀產(chǎn)生的水頭差是很有限的(一般不會(huì)大于2m)，試驗(yàn)時(shí)間通常需要數(shù)天的時(shí)間，若土樣滲透系數(shù)很小，則可能需要等待的更長(zhǎng)的時(shí)間。而本發(fā)明則通過水泵、蓄水罐、水壓調(diào)節(jié)開關(guān)及水壓表等的設(shè)置，從而提高水壓的方法，人為地將水頭差增大了幾十倍，加速了土樣滲流的時(shí)間，縮短了試驗(yàn)周期，試驗(yàn)時(shí)間只需在幾小時(shí)之內(nèi)完成?？傊驹O(shè)備最大的優(yōu)點(diǎn)是在保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性的前提下，極大地縮短了試驗(yàn)時(shí)間，節(jié)省了大量的人力和物力資源。
四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為加壓式變水頭滲透儀構(gòu)成示意圖
[0012]圖2為水壓輸出部件構(gòu)成示意圖
[0013]圖3為水壓調(diào)控部件構(gòu)成示意圖
[0014]圖4為變水頭試驗(yàn)儀構(gòu)成示意圖
[0015]圖中I是機(jī)架，2是補(bǔ)水水箱，3是水泵，4是蓄水罐，5是分離器，6是傳感器，7是水壓操控面板，8是出水管a，9是閥門，10是金屬連接管，11是電源線，12是支座，13是水壓調(diào)節(jié)開關(guān)，14是三通部件，15是水壓表，16是高強(qiáng)度橡膠管，17是套筒，18是上蓋，19是下蓋，20是進(jìn)水管，21是出水管b，22是排氣管，23是止水夾，24是緊固螺栓，25是螺栓固定支架。
五、【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明是為快速方便測(cè)量土體的滲透系數(shù)而設(shè)計(jì)。主要是提供一種合理科學(xué)穩(wěn)定的滲透儀，用于快速準(zhǔn)確測(cè)定土體的滲透性能。
[0017]實(shí)用新型包括水壓輸出部件、水壓調(diào)控部件和變水頭滲透儀三部分。
[0018]水壓輸出部件需保證能輸出一定壓強(qiáng)(1.1Mpa左右)的水流；
[0019]水壓調(diào)控部件由水壓調(diào)節(jié)開關(guān)、三通部件、水壓表及高強(qiáng)度橡膠管組成；
[0020](一)水壓輸出部件的基本組成
[0021]參照?qǐng)D2所示，水壓輸出部件由鋼焊接的機(jī)架(I)組成，內(nèi)部包括水泵(3)、蓄水罐
(4)、分離器(5)和傳感器(6)，外部則有補(bǔ)水水箱(2)、水壓操控面板(7)、出水管a (8)、電源線(11)和支座(12 )等部分。水泵(3 )以90瓦電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，通過兩級(jí)齒輪變速，帶動(dòng)偏心軸旋轉(zhuǎn)，然后再通過導(dǎo)柱和連桿而驅(qū)使柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行工作的。蓄水罐(4)是貯水的容器，還可起壓力的減緩沖擊作用。分離器(5)外觀呈長(zhǎng)條形，內(nèi)部中空，主要作用是保證輸出水流的穩(wěn)定性，進(jìn)一步緩沖壓力，并便于安裝出水閥門(9)和傳感器(6)。出水閥門(9)主要用來控制水流的開關(guān)。傳感器(6)為水壓傳感器，采用高精度高穩(wěn)定性電阻應(yīng)變計(jì)做為變送器的感壓芯片，配套帶有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，型號(hào)可采用如PTG504 (量程可選用0Mpa-6Mpa)等，用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分離器內(nèi)部的水壓力值。通過傳感器(6)，水壓操控面板(7)可以控制水泵(3)產(chǎn)生一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定水壓。補(bǔ)水水箱(2)用來向水泵內(nèi)加水。
[0022](二)水壓調(diào)控部件的基本組成
[0023]參照?qǐng)D3所示，水壓調(diào)控部件主要包括水壓調(diào)節(jié)開關(guān)(13)、三通部件(14)和水壓表(15)部分，三者按順序通過高強(qiáng)度的橡膠管(16)連接，需要保證連接部分的密封性。水壓調(diào)節(jié)開關(guān)(13)用來更準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)輸入的水壓，通過水壓表(15)可以準(zhǔn)確地得到系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時(shí)水壓力數(shù)值。試驗(yàn)證明，水壓表的水壓只需在1.0Mpa下，具體視土樣的實(shí)際情況而定。水壓表的量程可選用1.6Mpa。
[0024](三)變水頭滲透儀的基本組成
[0025]參照?qǐng)D4所示，變水頭滲透儀外觀類似普通型滲透儀，包括套筒(17)，上蓋(18)，下蓋(19)，進(jìn)水管(20)，出水管b (21)，排氣管(22)，止水夾(23)和緊固螺栓(24)。進(jìn)水管
(20)和排氣管(22)連接處需要進(jìn)行局部加強(qiáng)(進(jìn)水管、排氣管與滲透儀連接處采用螺絲連接并添加高強(qiáng)度粘合劑)，以保證連接處在高壓力水下的密封性。
[0026](四)試驗(yàn)設(shè)備安裝與連接
[0027]參照?qǐng)D1所示，通過高強(qiáng)度橡膠管(16)將水壓輸出部件的出水管a (8)與水壓調(diào)控部件中的水壓調(diào)節(jié)開關(guān)(13)連接，水壓調(diào)節(jié)開關(guān)(13)通過三通部件(14)的另外兩端分別連接水壓表(15)和變水頭試驗(yàn)儀的進(jìn)水管(20)。試驗(yàn)前需檢測(cè)各連接部位的密封性，尤其是在較高水壓(1.1Mpa)下的密封性。
[0028](五)加壓式變水頭試驗(yàn)儀的設(shè)置與運(yùn)行
[0029]按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-1999)中的要求制備環(huán)刀土樣，在環(huán)刀周圍涂一薄層凡士林，然后放入到變水頭滲透儀的套筒(17)內(nèi)，環(huán)刀土樣上下均放上透水石和濾紙，將套筒(17)放到滲透儀的下蓋(19)上,然后在套筒(17)上放好上蓋(18),上蓋(18)和下蓋
(19)中需放置橡膠圈，以保證密封性，之后將緊固螺栓(24)擰緊，以保證各部分緊密接觸，不漏水不漏氣。參照?qǐng)D1所示，首先將水壓輸出部件中的補(bǔ)水水箱(2)裝入蒸餾水，接通電源線(11)，通過水壓操控面板(7)控制系統(tǒng)內(nèi)的水壓，水壓下限設(shè)為l.0Mpa，水壓上限設(shè)定為1.2Mpa,這樣水壓輸出部件可以一直維持在1.1Mpa左右的水壓。待水壓穩(wěn)定后,打開閥門(9)，此時(shí)水壓調(diào)控部件中的水壓調(diào)節(jié)開關(guān)(13)是關(guān)閉的，然后緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)水壓調(diào)節(jié)開關(guān)
(13)，使水流緩慢流入變水頭滲透儀的進(jìn)水管(20)。觀察水壓表(15)的讀數(shù)，此時(shí)一定要維持在較低的水壓(0.2Mpa左右)下。打開變水頭滲透儀上的止水夾(23)，排除滲透容器底部的空氣(可以將滲透儀豎起來，使排氣管向上，從而加速滲透容器內(nèi)空氣的排出)，直至溢出水中無氣泡。關(guān)閉止水夾(23)，放平滲透儀，開始進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。繼續(xù)調(diào)節(jié)水壓調(diào)節(jié)開關(guān)
(13)，此時(shí)一定要及時(shí)觀測(cè)水壓表(15)的讀數(shù)，保證水壓表讀數(shù)維持在0.2Mpa左右。根據(jù)土樣的密實(shí)程度，將水壓表調(diào)整到比較高的位置，如0.6Mpa，關(guān)閉水壓調(diào)節(jié)開關(guān)，同時(shí)用秒表開始計(jì)時(shí)；一定時(shí)間段At后讀取水壓表的讀數(shù)。在此過程中還要用溫度計(jì)測(cè)記出水管b(21)的水溫T。試驗(yàn)完成后重新打開水壓調(diào)節(jié)開關(guān)，改變水壓表的讀數(shù)，再次記錄水壓表讀數(shù)和時(shí)間變化，重復(fù)試驗(yàn)5-6次。
[0030](五)數(shù)據(jù)分析與處理
[0031]設(shè)秒表記錄的時(shí)間差為At(s)，水壓表前讀數(shù)為X1(Mpa),水壓表后讀數(shù)為X2(Mpa),水壓調(diào)控部件的高強(qiáng)度橡膠管的斷面積為a (cm2)，環(huán)刀土樣高度為L(zhǎng) (cm)，環(huán)刀土樣的斷面積為A (cm2).[0032]可以通過達(dá)西定律推導(dǎo)出計(jì)算出土體的滲透系數(shù)的計(jì)算公式，
[0033]
【權(quán)利要求】
1.一種加壓式變水頭滲透儀，其特征在于包括水壓輸出部件、水壓調(diào)控部件和變水頭滲透儀； 所述水壓輸出部件包括機(jī)架、通過金屬連接管連接的位于機(jī)架外的補(bǔ)水水箱和閥門及位于機(jī)架內(nèi)部的水泵、蓄水罐和分離器及傳感器和水壓操控面板；所述機(jī)架為鋼焊接成的底面開敞、其余五面封閉的立方體箱體；所述分離器上安裝有閥門和傳感器，傳感器通過電線與水壓操控面板連接；水壓操控面板對(duì)水泵產(chǎn)生的水壓進(jìn)行設(shè)定，水壓操控面板的液晶屏幕上直接顯示分離器內(nèi)部的水壓值；所述閥門用于控制出水管的開與閉；分離器另一端通過出水管a與水壓調(diào)控部件的高強(qiáng)度橡膠管連通；所述高強(qiáng)度橡膠管上安裝有水壓調(diào)節(jié)開關(guān)和水壓表；所述補(bǔ)水水箱與水泵相連，用來向水泵中提供水源；所述水泵另一端與蓄水罐相連；所述水泵，傳感器和水壓操控面板均通過電源線連接電源提供； 所述水壓調(diào)控部件包括水壓調(diào)節(jié)開關(guān)、水壓表和高強(qiáng)度橡膠管；水壓調(diào)節(jié)開關(guān)通過高強(qiáng)度橡膠管與水壓輸出部件的出水管a相連，所述水壓調(diào)節(jié)開關(guān)通過三通部件分別連接水壓表和變水頭滲透儀的進(jìn)水管；出水管a、水壓調(diào)節(jié)開關(guān)、三通部件和變水頭滲透儀的進(jìn)水管之間分別加裝有高強(qiáng)度橡膠管；水壓表用于控制進(jìn)入滲透儀中的水壓； 所述變水頭滲透儀包括下蓋、上蓋和套筒；下蓋連接有進(jìn)水管和排氣管，排氣管上設(shè)有止水夾；套筒內(nèi)部裝有環(huán)刀土樣；上蓋與出水管b相連；緊固螺栓位于滲透儀的上部，通過螺栓固定支架與滲透儀的下蓋連接；緊固螺栓用于將上蓋擰緊，使各部件緊密接觸。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK203643306SQ201420024455
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】邱秀梅, 卞漢兵, 趙曉龍 申請(qǐng)人:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)