智能大型粗粒土多层水平渗透仪的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及渗透仪技术领域，特别涉及一种智能大型粗粒土多层水平渗透仪。

背景技术：
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水利工程中，工程水坝坝体根据施工需要而要能够承受一定的渗透压力。研究坝体所能承受的渗透压力往往需要在实验中得出结论，而目前并没有用于研究坝体在水平受力及竖向受力工况下，粗粒土、土工布复合模式坝体的渗透特性的实验仪器。

技术实现要素：
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鉴于此，有必要设计一种智能大型粗粒土多层水平渗透仪，来完成上述背景技术中的研究课题。

一种智能大型粗粒土多层水平渗透仪，包括：渗透流量采集器、空压机以及压力控制装置，还包括渗透容器和水箱；其中，

所述渗透容器一侧设有容器进水阀，相对的另一侧设有容器出水阀，所述水箱一侧底部设有水箱出水阀，所述渗透流量采集器的采集容器的底部设有采集进水阀，所述水箱出水阀与所述容器进水阀之间、以及所述容器出水阀与所述采集进水阀之间均通过水管连接；

所述渗透容器上端可拆卸连接有上盖，所述上盖上端设有容器进气阀，所述水箱上端设有水箱进气阀，所述空压机的输出端与所述压力控制装置的输入端之间、所述压力控制装置的输出端与所述容器进气阀之间以及与所述水箱进气阀之间均通过气管连接。

优选的，所述渗透容器设置所述容器进水阀和所述容器出水阀的两侧内壁上分别设有铣槽。

优选的，所述渗透容器上设有贯穿所述上盖的锁紧杆，所述锁紧杆上端螺旋连接有锁紧螺母。

优选的，所述渗透容器包括单层渗透容器和多层渗透容器。

优选的，所述水箱上端设有水箱进水阀。

在上述实施例中，本申请针对粗粒土包裹土工布的复合模式坝体，通过模拟实验，可计算出坝体在水平受力及竖向受力工况下的渗透特性，对水利工程中坝体的修建提供有效的实验数据依据。

附图说明：

附图1是本实用新型提供的智能大型粗粒土多层水平渗透仪的结构示意图；

附图2是本实用新型提供的渗透流量采集器的结构示意图；

附图3是本实用新型提供的空压机的结构示意图；

附图4是本实用新型提供的压力控制装置的结构示意图；

附图5是本实用新型提供的单层渗透容器的结构示意图；

附图6是本实用新型提供的多层渗透容器的结构示意图；

附图7是本实用新型提供的水箱的结构示意图。

图中标号：压力控制装置-1空压机-2渗透流量采集器-3采集容器-31采集进水阀－311水位采集器－32水箱-4水箱出水阀-41水箱进气阀-42水箱进水阀－43渗透容器-5容器进水阀-51容器出水阀－52锁紧杆－53锁紧螺母－54水管-6上盖-7容器进气阀-71气管-8计算机-9数据线-10。

具体实施方式：

如图1所示，该智能大型粗粒土多层水平渗透仪包括渗透流量采集器3、空压机2以及压力控制装置1，渗透流量采集器3、空压机2以及压力控制装置1均为现有技术中用于完成实验的辅助设备。此外，还包括渗透容器5和水箱4。

在本实施例中，渗透容器5按尺寸不同包括两种，一种为图5中所示的单层渗透容器，单层渗透容器内部的尺寸为：长300mm，宽300mm，高310mm；另一种为图6中所示的多层渗透容器，多层渗透容器内部的尺寸为：长300mm，宽300mm，高610mm。两种尺寸不同的容器均采用不锈钢板无缝焊接制作而成，均用来盛装土样。实验时，单层渗透容器可放入同粒径的砂砾料级粗粒土样，而多层渗透容器可以放入不同粒径的砂砾料级粗粒土样。下面将详细说明向单层渗透容器和多层渗透容器中放入土样的过程。

在说明之前，首先继续参考图5、图6，不论是单层渗透容器还是多层渗透容器，即在渗透容器5上端可拆卸连接有一个上盖7。具体的，渗透容器5上设有四个锁紧杆53，四个锁紧杆53竖直的分布在渗透容器5的四个边角位置，并且均与渗透容器5底端固定连接。四个锁紧杆53的上端分别贯穿上盖7，即在上盖7的四角处分别设置通孔，四个锁紧杆53的上端均对应穿过通孔，然后在锁紧杆53上端螺旋连接锁紧螺母54，锁紧螺母54将上盖7固定在渗透容器5上端。需要说明的是，在锁紧杆53的上端均设置与锁紧螺母54螺旋配合的外螺纹结构。

下面先来说明向单层渗透容器中放入土样的过程，首先打开单层渗透容器的上盖7，向单层渗透容器中逐层装入土样直至装满，装入的土样为同粒径的砂砾料级粗粒土样，例如细砂、中砂或粗砂。需要说明的是，逐层装入单层渗透容器中的土样用土工布包裹，保证土样密实均匀的分布在容器中，然后在土样的上部盖上橡胶板，橡胶板的材质为硬质，水平的盖在土样上，与渗透容器的内部大小相适配，在向土样施加压力时，橡胶板的作用是使施加的压力均匀的施加在土样上。另外，还在橡胶板的上部敷上一层橡皮膜，橡皮膜的材质为柔性。最后盖好上盖7并锁紧，橡皮膜保证上盖7与渗透容器间的气密性，实现密封效果。

接下来再说明向多层渗透容器中放入土样的过程，同样的，首先打开多层渗透容器的上盖7，向多层渗透容器中逐层装入土样直至装满，装入的土样为不同粒径的砂砾料级粗粒土样，土样具体可分三层，三层土样在渗透容器中从上至下可依次为细砂、中砂和粗砂，同样的，每层土样由土工布包裹，然后盖上橡胶板、橡皮膜和上盖7，最后锁紧上盖7。当然，也可以向多层渗透容器中放入三层不同厚度的同粒径的砂砾料级粗粒土样，每层土样用土工布包裹，然后盖上橡胶板、橡皮膜和上盖7，最后锁紧上盖7。

继续参考图5、图6，渗透容器5一侧设有容器进水阀51，通过容器进水阀51可以向渗透容器5中的土样进水，相对的另一侧设有容器出水阀52，通过容器出水阀52可以使渗透容器5中的土样向外渗出水。同时，渗透容器5设置容器进水阀51和容器出水阀52的两侧内壁上分别设有铣槽，铣槽的尺寸为：长50mm，宽30mm。铣槽在每侧内壁上铣设多个，多个铣槽按照一定的间隙均匀分布。在向渗透容器中的土样进水时，水流并非直接进入土样中，而是先进入容器进水阀51所在侧的铣槽中，通过铣槽可以使水流均匀的进入到土样中，水流在流过土样后经容器出水阀52排出前，又通过容器出水阀52所在侧的铣槽汇聚到容器出水阀52处，这样可以避免或减少对土样造成的冲击破坏。另外，在上盖7上端还设有容器进气阀71，通过容器进气阀71可以向渗透容器中的土样注入气压，以形成对土样的固结压力。

在此需要说明的是，图6中所示的多层渗透容器具有多个容器出水阀52，具体的，可从上往下均匀的设置三个，通过设置三个高度不同的容器出水阀52，一方面在向渗透容器中的土样进水时可以加快土样饱和的时间，另一方面由于进水口的高度不同，土样可以承受不同的渗透压力。

在本实施例中，水箱4用来盛水，并在外部气压作用下向渗透容器5中进水。如图7所示，水箱4为圆柱形，材质为透明有机玻璃，尺寸为：直径400mm，高600mm。水箱4上端设有水箱进气阀42，通过水箱进气阀42可以向水箱4中注入气压。水箱4上端还设有水箱进水阀43，通过水箱进水阀43可以向水箱4内注水。水箱4一侧底部设有水箱出水阀41，通过水箱出水阀41可以使注入水箱4中的水向外流出。

在本实施例中，外部气压由空压机2压缩空气产生，如图3所示，空压机2用于压缩空气，可控制压力范围为0-1.8mpa。

另外，空压机2压缩空气产生的气压通过压力控制装置1进行分配控制。如图4所示，压力控制装置1具有旋钮式调压阀，通过旋转该旋钮式调压阀，可以调控压力控制装置1输出端的输出压力。旋钮式调压阀的个数为两个，对应控制着压力控制装置1的两个输出端。另外，压力控制装置1还具有与每个旋钮式调压阀相对应的压力刻度盘，压力刻度盘中每一小格代表2kpa，调控范围为0-250kpa。

在本实施例中，渗透流量采集器3则用来收集从渗透容器5中渗出土样的水，如图2所示，渗透流量采集器3包括采集容器31和水位采集器32，水位采集器32为设置在采集容器31底部的水位传感器。采集容器31为有机玻璃管，尺寸为：外径110mm，内径90mm，高度700mm。采集容器31的底部设有采集进水阀311，通过采集进水阀311可以向采集容器31内进水，水位采集器32则实时采集进入到采集容器31内的水位高度信息。

继续参考图1，水箱4的水箱出水阀41通过水管6与渗透容器5的容器进水阀5连接，渗透容器5的容器出水阀52通过水管6与渗透流量采集器3的采集容器31底部的采集进水阀311连接。空压机2的输出端通过气管8与压力控制装置1的输入端连接，压力控制装置1的一个输出端通过气管8与上盖7上端的容器进气阀71连接，压力控制装置1的另一个输出端通过气管8与水箱4的水箱进气阀42连接。另外，本申请通过计算机9连接渗透流量采集器3来实现数据采集，具体的，计算机9通过数据线10与渗透流量采集器3的水位采集器32信号连接，计算机9中安装有数据采集处理软件，该数据采集处理软件为现有的采集处理软件粗粒土渗透采集系统。

在本实施例中，空压机2压缩空气，并通过压力控制装置1为渗透容器5和水箱4提供气压和水压支持。具体操作时，使水箱4与渗透容器5底部处在同一水平面上，并使用一个水桶盛放水，利用水泵将水桶里的水通过水箱进水阀43输送到水箱4当中，同时，使压力控制装置1与水箱进气阀42连接的输出端通过水箱进气阀42向水箱4中注入气压，水箱4中的水在气压的作用下，产生一个向渗透容器5中的土样进水的渗透压力，水依次通过水箱出水阀41、水管6以及容器进水阀5流向渗透容器5中的土样中，上述水管6为连接水箱出水阀41和容器进水阀5的水管。根据试验需要，通过旋转调节压力控制装置1上与上述输出端对应的一组旋钮式调压阀，来调节向水箱4中注入气压的大小，以达到控制上述渗透压力的目的。

在实验之间，根据实验需要选择单层渗透容器或多层渗透容器作为土样容器，然后根据上述原理，向渗透容器5中装好的土样进水，以使土样进水饱和。具体的，通过水箱进水阀43向水箱4内适量注水，打开水箱出水阀41和容器进水阀51，通过水箱进气阀42向水箱4注入一个较小的气压，使之产生一个较小的渗透压力，水箱4中的水在较小的渗透压力的作用下进入渗透容器5中的土样中，较小的渗透压力可以加快土样进水饱和的进程。一段时间后，打开渗透容器5的容器出水阀52，观察容器出水阀52中有无气泡即可，当无气泡产生时，即土样饱和，此时，关闭水箱出水阀41和容器进水阀5，即完成试验前土样进水饱和的准备工作。

实验时，压力控制装置1的另一个输出端通过上盖7上端的容器进气阀71向渗透容器5中的土样注入气压，注入的气压通过橡胶板对渗透容器5中的土样产生一个均匀竖向的气压加荷，即对土样产生的固结压力。根据试验需要，通过旋转调节压力控制装置1上与另一个输出端对应的另外一组旋钮式调压阀，来调节向渗透容器5中的土样注入气压的大小，以达到控制上述固结压力的目的。

根据实验需要调节以产生符合实验需要的渗透压力和固结压力，打开水箱4的水箱出水阀41、渗透容器5的容器进水阀51和容器出水阀52、以及渗透流量采集器3的采集容器31上的采集进水阀311，开始实验。渗透流量采集器3的水位采集器32实时将采集容器31中的水位信息通过数据线10传输到计算机9上，实现数据的采集。

实验中，通过计时的方式，同时记录采集时间与采集容器31中液位高度变化的关系曲线，选择不同时间段计算出相应的渗透系数。具体的，采集容器31底部配备水位采集器32，可记录起止时间内采集容器31的水位变化，采集容器31尺寸已知，可依此计算出单位时间内土样在水平受力及竖向受力工况下，土样水平渗流的渗透流量、渗透速率、渗透系数等问题，即通过模拟实验，可研究得出粗粒土包裹土工布的复合模式坝体，在水平受力及竖向受力工况下的渗透特性。