一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置及方法，它包括供液箱，供液箱的底部連接有進(jìn)水管，進(jìn)水管上安裝有止水閥，進(jìn)水管的正下方放置有機(jī)玻璃筒，有機(jī)玻璃筒內(nèi)部填充待測巖土試樣，待測巖土試樣的頂層設(shè)有礫石層，底層設(shè)有透水紗網(wǎng)和鋼絲濾網(wǎng)；有機(jī)玻璃筒的底部對稱設(shè)置有排氣裝置；所述機(jī)玻璃筒的底部設(shè)置有熒光劑投放裝置，熒光劑投放裝置通過數(shù)據(jù)采集器與熒光探測儀控制終端相連；所述熒光劑投放裝置與熒光檢測子系統(tǒng)相連；所述有機(jī)玻璃筒的外部設(shè)置有溫控系統(tǒng)；所述有機(jī)玻璃筒的底部設(shè)置有出液管，出液管的正下方設(shè)置有盛液槽。通過測定熒光劑濃度來直接得出滲流速度，其中熒光濃度通過熒光檢測子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】
一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置及 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)驗(yàn)室量測巖土體試樣滲透系數(shù)的 裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 巖土體滲流是影響邊坡基坑、庫岸堤壩穩(wěn)定性不可忽視因素，因此通過試驗(yàn)獲得 準(zhǔn)確的土體滲透性參數(shù)具有重要工程意義及科研價(jià)值。法國科學(xué)家Darcy通過大量實(shí)驗(yàn)， 1856年提出水在土體中的滲透規(guī)律一一達(dá)西定律。達(dá)西滲流儀作為測量滲透系數(shù)常規(guī)儀 器，用常水頭試驗(yàn)測定粗粒土滲透系數(shù)，變水頭滲透試驗(yàn)測定細(xì)粒土滲透系數(shù)，采用加荷滲 透試驗(yàn)法測定粘性土滲透系數(shù)。常規(guī)達(dá)西滲流只能測單一性質(zhì)土體滲透率，且無法模擬復(fù) 雜環(huán)境下巖土體的滲流過程，測量精度也有待提高。
[0003] 土體的滲透系數(shù)與土的粒度及礦物成分，土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，水的粘滯度，以及土粒結(jié) 合水膜厚度有關(guān)。滲透系數(shù)是反映土體滲透能力的一個(gè)重要指標(biāo)，如何精確測定巖土體在 不同滲流工況條件下的滲透系數(shù)，是土工試驗(yàn)者長期研究的熱點(diǎn)話題。針對常規(guī)達(dá)西滲流 儀對不同性質(zhì)巖土體需采用不同設(shè)備，科研工作者提出大量能模擬不同滲流工況的滲流試 驗(yàn)儀，其結(jié)構(gòu)較常規(guī)滲流儀復(fù)雜，所采用原理大同小異。通過土體滲透容器外壁設(shè)測壓管， 測定滲流穩(wěn)定時(shí)測壓管水頭，滲透水量通過量筒量取體積，進(jìn)而推算土體滲透系數(shù)。受空氣 溫濕度的影響，測壓管及量筒中水分在試驗(yàn)過程中會(huì)蒸發(fā)。土的滲透系數(shù)范圍在H^cm/s~ l(T 9Cm/S之間，對于滲透性很低的土，采用常規(guī)方法受水分蒸發(fā)影響測得滲透系數(shù)誤差較 大，且屬于系統(tǒng)誤差，不可消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本裝置的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種基于水基熒光劑 稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置及方法。Moser在1957年提出單孔點(diǎn)稀釋法，建立了滲流 稀釋過程中熒光劑濃度與滲透流速之間的關(guān)系：
，通過測定熒光劑濃度來直 接得出滲流速度，其中熒光濃度通過熒光檢測子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
[0005] 熒光劑受能量較高的特定波長光激發(fā)，發(fā)射出波長比激發(fā)光波長較長的熒光，且 熒光強(qiáng)度與熒光劑濃度滿足朗伯--比爾定律。根據(jù)這一原理，選取的水基熒光劑luyor-6200具有性質(zhì)穩(wěn)定、無毒可降解，易檢測靈敏度高的特點(diǎn)，建立一套可以根據(jù)熒光劑濃度實(shí) 時(shí)測定巖土體滲透流速的系統(tǒng)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種基于水基熒光劑稀釋法的巖 土體滲透系數(shù)測定裝置，它包括供液箱，供液箱的底部連接有進(jìn)水管，進(jìn)水管上安裝有止水 閥，進(jìn)水管的正下方放置有機(jī)玻璃筒，有機(jī)玻璃筒內(nèi)部填充待測巖土試樣，所述待測巖土試 樣的頂層設(shè)有礫石層，底層設(shè)有透水紗網(wǎng)和鋼絲濾網(wǎng)；所述有機(jī)玻璃筒的底部對稱設(shè)置有 排氣裝置;所述機(jī)玻璃筒的底部設(shè)置有熒光劑投放裝置，熒光劑投放裝置通過數(shù)據(jù)采集器 與熒光探測儀控制終端相連;所述熒光劑投放裝置與熒光檢測子系統(tǒng)相連;所述有機(jī)玻璃 筒的外部設(shè)置有溫控系統(tǒng);所述有機(jī)玻璃筒的底部設(shè)置有出液管，出液管的正下方設(shè)置有 盛液槽。
[0007] 所述排氣裝置包括排氣管，排氣管上安裝有排氣閥。
[0008] 所述熒光劑投放裝置包括熒光劑自動(dòng)投放控制器和熒光劑攪拌器;所述熒光劑自 動(dòng)投放控制器與熒光劑注射器相連控制熒光稀釋劑的注射量;所述熒光劑攪拌器包括攪拌 動(dòng)力裝置，攪拌動(dòng)力裝置的輸出軸安裝有攪拌臂控速器，攪拌臂控制器的輸出軸上安裝有 攪拌臂。
[0009] 所述熒光檢測子系統(tǒng)包括紫外led燈，紫外led燈設(shè)置在支撐細(xì)柱的頭部，所述紫 外led燈的電源線設(shè)置在絕緣線槽內(nèi)部，所述支撐細(xì)柱的尾部設(shè)置有光敏電阻，支撐細(xì)柱內(nèi) 部從其頭部到尾部的中間段依次安裝有凹透鏡、凸透鏡和窄帶濾光片;所述凹透鏡和凸透 鏡之間的支撐細(xì)柱上加工有進(jìn)水孔，方便熒光液進(jìn)入。
[0010]所述溫控系統(tǒng)包括溫度傳感器、壓縮機(jī)和傳熱管，所述溫度傳感器采用Ptioo鉑電 阻用于檢測溫度;所述壓縮機(jī)和傳熱管用于對溫控箱內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié);所述溫度傳感器與 主控芯片相連，所述主控芯片采用單片機(jī)STM32;所述主控芯片通過RS232通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)下 位機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，所述PtlOO鉑電阻和XTR105組合轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的模擬信號量，所述模擬 信號量將通過AD7705轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量輸入主控芯片，主控芯片通過計(jì)算就得到當(dāng)前溫度的 值;主控芯片經(jīng)過PID算法，計(jì)算出需要輸出電流大小，寫到MAX538芯片中，MAX538芯片將數(shù) 字量轉(zhuǎn)化為模擬量輸入XTR110，從而得到穩(wěn)定的電流輸出，控制壓縮機(jī)和傳熱管，達(dá)到調(diào)節(jié) 實(shí)驗(yàn)溫度目的。
[0011] 所述熒光稀釋劑采用水基熒光劑luyor-6200具有性質(zhì)穩(wěn)定、無毒可降解，易檢測 靈敏度高的特點(diǎn)。
[0012] 采用項(xiàng)巖土體滲透系數(shù)測定裝置進(jìn)行巖土體滲透系數(shù)測定方法，它包括以下步 驟：
[0013] 1)開啟供液箱底部進(jìn)水管上的止水閥，控制止水閥的開度進(jìn)而控制水流速度和水 流量，向有機(jī)玻璃筒內(nèi)部緩慢供水，同時(shí)開啟溫控系統(tǒng)使有機(jī)玻璃筒處于恒定溫度環(huán)境下 進(jìn)行試驗(yàn)；
[0014] 2)從進(jìn)水管流出的水首先經(jīng)過礫石層，流經(jīng)待測巖土樣下滲，通過鋼絲濾網(wǎng)和透 水紗網(wǎng)防止巖體顆粒隨滲水落入有機(jī)玻璃筒底部，同時(shí)開啟排氣閥通過排氣管進(jìn)行排氣；
[0015] 3)待測巖土試驗(yàn)均勻充滿水后，通過熒光劑投放裝置向有機(jī)玻璃筒底部注入適量 9?光稀釋劑；
[0016] 4)熒光稀釋劑均勻混合于有機(jī)玻璃筒底部后，通過熒光探測儀控制終端打開熒光 檢測子系統(tǒng)，此時(shí)關(guān)閉進(jìn)水管上部止水閥；同時(shí)，在鋼絲濾網(wǎng)下部的有機(jī)玻璃筒部分用錫箱 紙包裹，防止外界光線的干擾；
[0017] 5)開啟紫外led燈，通電之后發(fā)射出365nm的紫外光，通過凹透鏡將發(fā)散點(diǎn)光源轉(zhuǎn) 換為平行光，照射凸透鏡與凹透鏡之間的熒光溶液，激發(fā)熒光劑發(fā)出波長為550nm的熒光， 凸透鏡將平行光源匯聚為點(diǎn)光源，照射在窄帶濾光片上，過濾其它雜光僅通過550nm的熒 光，熒光照射在光敏電阻上，熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光電流，熒光探測儀控制終端9通過微電流檢 測裝置對微弱光電流進(jìn)行放大，通過A/D轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0018] 6)熒光檢測子系統(tǒng)各個(gè)部件預(yù)熱2min后，打開進(jìn)水口上的止水閥，同時(shí)打開出液 管上的止水閥，水經(jīng)過待測土樣不斷下滲，有機(jī)玻璃筒底部熒光劑被不斷稀釋，通過數(shù)據(jù)采 集器實(shí)時(shí)讀取并存儲(chǔ)記錄熒光劑濃度值，在終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可測定待測巖土樣的滲透 流速；
[0019] 所述步驟3)中熒光劑投放操作方法為，通過熒光劑自動(dòng)投放控制器推動(dòng)熒光劑注 射器按照操作命令定量按時(shí)投放熒光稀釋劑進(jìn)入下部空腔，通過熒光劑攪拌器將注射的熒 光稀釋劑快速均勻混合于底部滲流液中，其中攪拌臂低速攪拌2~3min，然后關(guān)閉熒光劑攪 拌器。
[0020] 所述步驟6)滲透流速的計(jì)算過程為：
[0021] 根據(jù)光電流強(qiáng)度I與熒光劑濃度C成正比，所以有：
[0023]再根據(jù)單孔點(diǎn)稀釋模型，熒光劑濃度c與滲透流速v之間的關(guān)系：
[0025]由和可得滲流速度v與光電流強(qiáng)度I之間的關(guān)系為：
[0027]其中：α為反濾層修正系數(shù)，若反濾層透水性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于待測巖土樣可取值為l;r為 有機(jī)玻璃圓筒的半徑;t為實(shí)驗(yàn)中熒光劑不斷稀釋所用時(shí)間。
[0028]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與有益效果在于：
[0029] 1.本熒光巖土體滲流檢測裝置檢測靈敏度高，光電元件能高區(qū)分度捕捉熒光濃度 微小變化量，引起的熒光強(qiáng)度變化，其精測精度可以達(dá)到〇. 〇〇〇lug/ml，因此可以通過微小 濃度變化來精確測量巖土體滲流系數(shù)，測量方法與常規(guī)滲流儀器截然不同。
[0030] 2.所采用的熒光劑luyor-6200具有性質(zhì)穩(wěn)定、無毒可降解，易檢測靈敏度高的特 點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中熒光劑溶液濃度非常低，其體積比為〇. 1%。~〇. 25%。，熒光劑耗用小，價(jià)格低廉。 熒光劑不局限于一種，只要滿足高度水溶性，無毒可自然降解，激發(fā)波長與熒光波長相差 大，性質(zhì)穩(wěn)定這幾個(gè)條件，均可為實(shí)驗(yàn)檢測所用。
[0031] 3.儀器體積小，高度自動(dòng)化，操作方便。
[0032] 4.紫外led燈能夠發(fā)出特定365nm的紫外光，通過凹透鏡將發(fā)散點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為平行 光，照射凸透鏡與凹透鏡之間的熒光溶液，激發(fā)熒光劑發(fā)出波長為550nm的熒光，凸透鏡將 平行光源匯聚為點(diǎn)光源，照射在窄帶濾光片上，過濾其它雜光僅通過550nm的熒光，熒光照 射在光敏電阻上，熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光電流，熒光探測儀控制終端9通過微電流檢測裝置對微 弱光電流進(jìn)行放大，通過A/D轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過上述光照系統(tǒng)能夠?qū)?光信號轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)而檢測有機(jī)玻璃筒內(nèi)部的熒光液濃度變化。
[0033] 5.為了便于實(shí)驗(yàn)觀察，盛樣有機(jī)玻璃筒透明，但在實(shí)驗(yàn)過程中，用錫箱紙嚴(yán)密包裹 圓筒外壁下部空腔部分，熒光檢測子系統(tǒng)啟動(dòng)后，可以避免外界光線干擾。
[0034] 6.通過光敏電阻能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)而檢測到溶液濃度的變化，最終 實(shí)現(xiàn)滲透系數(shù)的測定。
[0035] 7.滲流穩(wěn)定后，向圓筒底部中加入一定濃度的水基熒光劑，在不斷流經(jīng)巖土體的 滲水稀釋下，通過光電流檢測系統(tǒng)捕捉微小濃度變化，根據(jù)傳統(tǒng)點(diǎn)稀釋模型，可以較為準(zhǔn)確 的測定巖土體滲水流速，進(jìn)而得到試樣的滲透系數(shù)。
[0036] 8 ·實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，luyor-6200在一定濃度(體積比為0 · 1%。~0 · 25%。)時(shí)，檢測到的光電 流與濃度成正比。通過向裝置中加入一定濃度的熒光劑，在不斷流經(jīng)巖土體的滲水稀釋下， 通過光電流檢測系統(tǒng)捕捉微小濃度變化，根據(jù)傳統(tǒng)點(diǎn)稀釋模型，可以較為準(zhǔn)確的測定巖土 體滲水流速。
【附圖說明】
[0037] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0038] 圖1是本發(fā)明提供的巖土體試樣滲透系數(shù)量測裝置示意圖。
[0039] 圖2是本發(fā)明提供的熒光檢測系統(tǒng)細(xì)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖3是本發(fā)明提供的滲透系數(shù)量測系統(tǒng)反濾部件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖4是本發(fā)明提供的熒光檢測系統(tǒng)原理簡圖。
[0042] 圖5是實(shí)驗(yàn)測得水基熒光劑的濃度與光電流關(guān)系曲線。
[0043]圖中：供液箱1，進(jìn)水管2,止水閥3,溫控系統(tǒng)4,有機(jī)玻璃筒5,礫石層6,待測巖土試 樣7，鋼絲濾網(wǎng)8，熒光探測儀控制終端9，數(shù)據(jù)采集器10，熒光劑投放裝置11，熒光檢測子系 統(tǒng)12，出液管13，盛液槽14，攪拌動(dòng)力裝置15，攪拌臂控速器16，攪拌臂17，熒光劑自動(dòng)投放 控制器18，熒光劑注射器19，熒光稀釋劑20，絕緣線槽21，紫外led燈22，凹透鏡23，支撐細(xì)柱 24，凸透鏡25，窄帶濾光片26，光敏電阻27，透水紗網(wǎng)28，排氣閥29，排氣管30。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0045] 實(shí)施例1:
[0046] 如圖1-4所示，一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置，它包括供 液箱1，供液箱1的底部連接有進(jìn)水管2,進(jìn)水管2上安裝有止水閥3,進(jìn)水管2的正下方放置有 機(jī)玻璃筒5,有機(jī)玻璃筒5內(nèi)部填充待測巖土試樣7,所述待測巖土試樣7的頂層設(shè)有礫石層 6，底層設(shè)有透水紗網(wǎng)28和鋼絲濾網(wǎng)8;所述有機(jī)玻璃筒5的底部對稱設(shè)置有排氣裝置;所述 機(jī)玻璃筒5的底部設(shè)置有熒光劑投放裝置11，熒光劑投放裝置11通過數(shù)據(jù)采集器10與熒光 探測儀控制終端9相連;所述熒光劑投放裝置11與熒光檢測子系統(tǒng)12相連;所述有機(jī)玻璃筒 5的外部設(shè)置有溫控系統(tǒng)4;所述有機(jī)玻璃筒5的底部設(shè)置有出液管13,出液管13的正下方設(shè) 置有盛液槽14。
[0047]進(jìn)一步的，通過有機(jī)玻璃筒5對待測巖土試樣7進(jìn)行盛放，通過供液箱5能夠?qū)Υ郎y 巖土試樣7進(jìn)行注水作業(yè)，進(jìn)而使待測巖土試樣7能夠進(jìn)行滲透通過熒光劑投放裝置11能夠 向滲透液中注入一定量的熒光稀釋劑20為后續(xù)的測量提供試驗(yàn)依據(jù)。
[0048]進(jìn)一步的，所述排氣裝置包括排氣管30,排氣管30上安裝有排氣閥29。通過排氣閥 29和排氣管30能夠進(jìn)行排氣作業(yè)。
[0049]進(jìn)一步的，所述熒光劑投放裝置11包括熒光劑自動(dòng)投放控制器18和熒光劑攪拌 器;所述熒光劑自動(dòng)投放控制器18與熒光劑注射器19相連控制熒光稀釋劑20的注射量;所 述熒光劑攪拌器包括攪拌動(dòng)力裝置15,攪拌動(dòng)力裝置15的輸出軸安裝有攪拌臂控速器16， 攪拌臂控制器16的輸出軸上安裝有攪拌臂17。通過熒光劑自動(dòng)投放控制器18能夠向滲透液 中注入定量的熒光稀釋劑20,通過攪拌臂控制器16能夠使熒光劑與滲透液充分的混合。
[0050] 進(jìn)一步的，所述熒光檢測子系統(tǒng)12包括紫外led燈22,紫外led燈22設(shè)置在支撐細(xì) 柱24的頭部，所述紫外led燈22的電源線設(shè)置在絕緣線槽21內(nèi)部，所述支撐細(xì)柱24的尾部設(shè) 置有光敏電阻27,支撐細(xì)柱24內(nèi)部從其頭部到尾部的中間段依次安裝有凹透鏡23、凸透鏡 25和窄帶濾光片26;所述凹透鏡23和凸透鏡25之間的支撐細(xì)柱24上加工有進(jìn)水孔，方便熒 光液進(jìn)入。根據(jù)熒光劑受能量較高的特定波長光激發(fā)，發(fā)射出波長比激發(fā)光波長較長的熒 光，且熒光強(qiáng)度與熒光劑濃度滿足朗伯--比爾定律。根據(jù)這一原理，選取的水基熒光劑 luyor-6200具有性質(zhì)穩(wěn)定、無毒可降解，易檢測靈敏度高的特點(diǎn)，建立一套可以根據(jù)熒光劑 濃度實(shí)時(shí)測定巖土體滲透流速的系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，luyor-6200在濃度體積比為0.1% 〇~ 0.25%。時(shí)，檢測到的光電流與濃度成正比。通過向裝置中加入一定濃度的熒光劑，在不斷流 經(jīng)巖土體的滲水稀釋下，通過光電流檢測系統(tǒng)捕捉微小濃度變化，根據(jù)傳統(tǒng)點(diǎn)稀釋模型，可 以較為準(zhǔn)確的測定巖土體滲水流速。
[0051] 進(jìn)一步的，所述溫控系統(tǒng)4包括溫度傳感器、壓縮機(jī)和傳熱管，所述溫度傳感器采 用PtlOO鉑電阻用于檢測溫度;所述壓縮機(jī)和傳熱管用于對溫控箱內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié);所述溫 度傳感器與主控芯片相連，所述主控芯片采用單片機(jī)STM32;所述主控芯片通過RS232通信 協(xié)議實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，所述PtlOO鉑電阻和XTR105組合轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的模擬信號 量，所述模擬信號量將通過AD7705轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量輸入主控芯片，主控芯片通過計(jì)算就得到 當(dāng)前溫度的值；主控芯片經(jīng)過PID算法，計(jì)算出需要輸出電流大小，寫到MAX538芯片中， MAX538芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量輸入XTR110,從而得到穩(wěn)定的電流輸出，控制壓縮機(jī)和 傳熱管，達(dá)到調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)溫度目的。水在土中的滲流速度與水的密度及粘滯度有關(guān)，而這兩個(gè) 數(shù)值又于溫度有關(guān)。不同溫度條件下水的動(dòng)力粘滯系數(shù)η不同，水的密度變化較小可忽略不 計(jì)。通過溫控子系統(tǒng)4調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)溫度，可以提高試驗(yàn)精度。
[0052]進(jìn)一步的，所述熒光稀釋劑20采用水基熒光劑luyor-6200具有性質(zhì)穩(wěn)定、無毒可 降解，易檢測靈敏度高的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中熒光劑溶液濃度非常低，熒光劑耗用小，價(jià)格低廉。熒 光劑不局限于一種，只要滿足高度水溶性，無毒可自然降解，激發(fā)波長與熒光波長相差大， 性質(zhì)穩(wěn)定這幾個(gè)條件，均可為實(shí)驗(yàn)檢測所用。
[0053] 實(shí)施例2:
[0054]參見圖4,采用項(xiàng)巖土體滲透系數(shù)測定裝置進(jìn)行巖土體滲透系數(shù)測定方法，它包括 以下步驟：
[0055] 1)開啟供液箱1底部進(jìn)水管2上的止水閥3,控制止水閥3的開度進(jìn)而控制水流速度 和水流量，向有機(jī)玻璃筒5內(nèi)部緩慢供水，同時(shí)開啟溫控系統(tǒng)4使有機(jī)玻璃筒5處于恒定溫度 環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)；
[0056] 2)從進(jìn)水管2流出的水首先經(jīng)過礫石層6,流經(jīng)待測巖土樣7下滲，通過鋼絲濾網(wǎng)8 和透水紗網(wǎng)28防止巖體顆粒隨滲水落入有機(jī)玻璃筒5底部，同時(shí)開啟排氣閥29通過排氣管 30進(jìn)行排氣；
[0057] 3)待測巖土試驗(yàn)7均勻充滿水后，通過熒光劑投放裝置11向有機(jī)玻璃筒5底部注入 適量熒光稀釋劑20;
[0058] 4)熒光稀釋劑20均勻混合于有機(jī)玻璃筒5底部后，通過熒光探測儀控制終端9打開 熒光檢測子系統(tǒng)12,此時(shí)關(guān)閉進(jìn)水管2上部止水閥3;同時(shí)，在鋼絲濾網(wǎng)8下部的有機(jī)玻璃筒5 部分用錫箱紙包裹，防止外界光線的干擾；
[0059] 5)開啟紫外led燈22,通電之后發(fā)射出365nm的紫外光，通過凹透鏡23將發(fā)散點(diǎn)光 源轉(zhuǎn)換為平行光，照射凸透鏡25與凹透鏡23之間的熒光溶液，激發(fā)熒光劑發(fā)出波長為550nm 的熒光，凸透鏡25將平行光源匯聚為點(diǎn)光源，照射在窄帶濾光片26上，過濾其它雜光僅通過 550nm的熒光，熒光照射在光敏電阻27上，熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光電流，熒光探測儀控制終端9通 過微電流檢測裝置對微弱光電流進(jìn)行放大，通過A/D轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0060] 6)熒光檢測子系統(tǒng)12各個(gè)部件預(yù)熱2min后，打開進(jìn)水口上的止水閥3,同時(shí)打開出 液管13上的止水閥3,水經(jīng)過待測土樣不斷下滲，有機(jī)玻璃筒5底部熒光劑被不斷稀釋，通過 數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)讀取并存儲(chǔ)記錄熒光劑濃度值，在終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可測定待測巖土樣 的滲透流速；
[0061] 所述步驟3)中熒光劑投放操作方法為，通過熒光劑自動(dòng)投放控制器18推動(dòng)熒光劑 注射器19按照操作命令定量按時(shí)投放熒光稀釋劑20進(jìn)入下部空腔，通過熒光劑攪拌器將注 射的熒光稀釋劑20快速均勻混合于底部滲流液中，其中攪拌臂17低速攪拌2~3min，然后關(guān) 閉焚光劑攪拌器。
[0062] 實(shí)施例3:
[0063]如圖5,實(shí)驗(yàn)測得luyor-6200的熒光劑濃度與光電流關(guān)系曲線如圖所示，滲透流速 的計(jì)算過程為：
[0064]根據(jù)光電流強(qiáng)度I與熒光劑濃度c成正比，所以有：
[0066]再根據(jù)單孔點(diǎn)稀釋模型，熒光劑濃度c與滲透流速v之間的關(guān)系：
[0068]由（1)和(2)可得滲流速度v與光電流強(qiáng)度I之間的關(guān)系為：
[0070] 其中：α為反濾層修正系數(shù)，若反濾層透水性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于待測巖土樣可取值為l;r為 有機(jī)玻璃圓筒的半徑;t為實(shí)驗(yàn)中熒光劑不斷稀釋所用時(shí)間。
[0071] 上述實(shí)施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和 權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置，其特征在于：它包括供液 箱（1)，供液箱（1)的底部連接有進(jìn)水管(2)，進(jìn)水管(2)上安裝有止水閥（3)，進(jìn)水管(2)的正 下方放置有機(jī)玻璃筒（5 )，有機(jī)玻璃筒（5)內(nèi)部填充待測巖土試樣（7 )，所述待測巖土試樣 (7)的頂層設(shè)有礫石層(6)，底層設(shè)有透水紗網(wǎng)（28)和鋼絲濾網(wǎng)（8);所述有機(jī)玻璃筒(5)的 底部對稱設(shè)置有排氣裝置;所述機(jī)玻璃筒(5)的底部設(shè)置有熒光劑投放裝置(11 )，熒光劑投 放裝置（11)通過數(shù)據(jù)采集器（10)與熒光探測儀控制終端（9)相連;所述熒光劑投放裝置 (11)與熒光檢測子系統(tǒng)（12)相連;所述有機(jī)玻璃筒(5)的外部設(shè)置有溫控系統(tǒng)(4);所述有 機(jī)玻璃筒(5)的底部設(shè)置有出液管（13)，出液管（13)的正下方設(shè)置有盛液槽(14)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置，其 特征在于:所述排氣裝置包括排氣管(30 )，排氣管(30)上安裝有排氣閥（29)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置，其 特征在于:所述熒光劑投放裝置（11)包括熒光劑自動(dòng)投放控制器（18)和熒光劑攪拌器;所 述熒光劑自動(dòng)投放控制器（18)與熒光劑注射器（19)相連控制熒光稀釋劑(20)的注射量;所 述熒光劑攪拌器包括攪拌動(dòng)力裝置(15)，攪拌動(dòng)力裝置(15)的輸出軸安裝有攪拌臂控速器 (16)，攪拌臂控制器(16)的輸出軸上安裝有攪拌臂（17)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置，其 特征在于:所述熒光檢測子系統(tǒng)（12)包括紫外led燈(22)，紫外led燈(22)設(shè)置在支撐細(xì)柱 (24)的頭部，所述紫外led燈(22)的電源線設(shè)置在絕緣線槽(21)內(nèi)部，所述支撐細(xì)柱(24)的 尾部設(shè)置有光敏電阻(27)，支撐細(xì)柱(24)內(nèi)部從其頭部到尾部的中間段依次安裝有凹透鏡 (23)、凸透鏡（25)和窄帶濾光片（26);所述凹透鏡(23)和凸透鏡(25)之間的支撐細(xì)柱(24) 上加工有進(jìn)水孔，方便熒光液進(jìn)入。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置，其 特征在于：所述溫控系統(tǒng)（4)包括溫度傳感器、壓縮機(jī)和傳熱管，所述溫度傳感器采用 PtlOO鉑電阻用于檢測溫度;所述壓縮機(jī)和傳熱管用于對溫控箱內(nèi)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié);所述溫度 傳感器與主控芯片相連，所述主控芯片采用單片機(jī)STM32;所述主控芯片通過RS232通信協(xié) 議實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，所述PtlOO鉑電阻和XTR105組合轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的模擬信號量， 所述模擬信號量將通過AD7705轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量輸入主控芯片，主控芯片通過計(jì)算就得到當(dāng)前 溫度的值;主控芯片經(jīng)過PID算法，計(jì)算出需要輸出電流大小，寫到MAX538芯片中，MAX538芯 片將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量輸入XTR110，從而得到穩(wěn)定的電流輸出，控制壓縮機(jī)和傳熱管，達(dá) 到調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)溫度目的。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于水基熒光劑稀釋法的巖土體滲透系數(shù)測定裝置，其 特征在于:所述熒光稀釋劑(20)采用水基熒光劑luyor-6200具有性質(zhì)穩(wěn)定、無毒可降解，易 檢測靈敏度高的特點(diǎn)。7. 采用權(quán)利要求2-6任意一項(xiàng)巖土體滲透系數(shù)測定裝置進(jìn)行巖土體滲透系數(shù)測定方 法，其特征在于，它包括以下步驟： 1) 開啟供液箱（1)底部進(jìn)水管(2)上的止水閥（3)，控制止水閥（3)的開度進(jìn)而控制水流 速度和水流量，向有機(jī)玻璃筒(5)內(nèi)部緩慢供水，同時(shí)開啟溫控系統(tǒng)(4)使有機(jī)玻璃筒(5)處 于恒定溫度環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)； 2) 從進(jìn)水管（2)流出的水首先經(jīng)過礫石層(6)，流經(jīng)待測巖土樣(7)下滲，通過鋼絲濾網(wǎng) (8)和透水紗網(wǎng)（28)防止巖體顆粒隨滲水落入有機(jī)玻璃筒(5)底部，同時(shí)開啟排氣閥（29)通 過排氣管(30)進(jìn)行排氣； 3) 待測巖土試驗(yàn)(7)均勻充滿水后，通過熒光劑投放裝置（11)向有機(jī)玻璃筒(5)底部注 入適量熒光稀釋劑(20); 4) 熒光稀釋劑(20)均勻混合于有機(jī)玻璃筒(5)底部后，通過熒光探測儀控制終端(9)打 開熒光檢測子系統(tǒng)（12)，此時(shí)關(guān)閉進(jìn)水管（2)上部止水閥（3);同時(shí)，在鋼絲濾網(wǎng)（8)下部的 有機(jī)玻璃筒(5)部分用錫箱紙包裹，防止外界光線的干擾； 5) 開啟紫外led燈（22)，通電之后發(fā)射出365nm的紫外光，通過凹透鏡（23)將發(fā)散點(diǎn)光 源轉(zhuǎn)換為平行光，照射凸透鏡(25)與凹透鏡(23)之間的熒光溶液，激發(fā)熒光劑發(fā)出波長為 550nm的熒光，凸透鏡（25)將平行光源匯聚為點(diǎn)光源，照射在窄帶濾光片（26)上，過濾其它 雜光僅通過550nm的熒光，熒光照射在光敏電阻(27)上，熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光電流，熒光探測 儀控制終端9通過微電流檢測裝置對微弱光電流進(jìn)行放大，通過A/D轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號； 6) 熒光檢測子系統(tǒng)（12)各個(gè)部件預(yù)熱2min后，打開進(jìn)水口上的止水閥（3)，同時(shí)打開出 液管（13)上的止水閥（3)，水經(jīng)過待測土樣不斷下滲，有機(jī)玻璃筒(5)底部熒光劑被不斷稀 釋，通過數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)讀取并存儲(chǔ)記錄熒光劑濃度值，在終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理即可測定待 測巖土樣的滲透流速。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的巖土體滲透系數(shù)測定方法，其特征在于:所述步驟3)中熒光劑 投放操作方法為，通過熒光劑自動(dòng)投放控制器(18)推動(dòng)熒光劑注射器(19)按照操作命令定 量按時(shí)投放熒光稀釋劑(20)進(jìn)入下部空腔，通過熒光劑攪拌器將注射的熒光稀釋劑(20)快 速均勻混合于底部滲流液中，其中攪拌臂（17)低速攪拌2~3min，然后關(guān)閉熒光劑攪拌器。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的巖土體滲透系數(shù)測定方法，其特征在于:所述步驟6)滲透流速 的計(jì)算過程為： 根據(jù)光電流強(qiáng)度I與熒光劑濃度c成正比，所以有：再根據(jù)單孔點(diǎn)稀釋模型，熒光劑濃度c與滲透流速v之間的關(guān)系：由（1)和(2)可得滲流速度v與光電流強(qiáng)度I之間的關(guān)系為：其中：α為反濾層修正系數(shù)，若反濾層透水性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于待測巖土樣可取值為l;r為有機(jī) 玻璃圓筒的半徑;t為實(shí)驗(yàn)中熒光劑不斷稀釋所用時(shí)間。
【文檔編號】G01N15/08GK105866001SQ201610238984
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】孟永東, 萬秒, 童富果, 盧曉春
【申請人】三峽大學(xué)