一种透水路面渗透系数的现场测量装置及方法与流程

本发明涉及一种透水路面渗透系数的现场测量装置及方法，属于透水路面材料测试方法技术领域。

背景技术：

透水混凝土等材料由于其高透水性被应用于路面铺装，这种透水路面允许水自由流过其表面和内部结构，可有效缓解城市内涝情况。但随着时间的推移，透水路面中的孔隙可能会被沙、淤泥和有机物等沉积物堵塞，导致渗透性能下降甚至丧失。当透水路面服役达到一定年限后，需对路面现有工作性能进行评估，现有的透水路面渗透率现场测试装置和方法还不够完善，存在着测量装置中的水不仅能沿垂直方向渗透，还能发生横向流动，导致测量的渗透系数不能真实反映路面材料的实际渗透性能；亦或是存在着装置复杂、步骤繁琐、测量误差大等缺点。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种透水路面渗透系数的现场测量装置及方法，将常水头、变水头两种测试方法融合在一起，解决渗透水侧漏、测量不准确的技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种透水路面渗透系数的现场测量装置，包括内圈pvc管、外圈pvc管、马里奥特瓶、数字显示深度游标尺；所述内圈pvc管、外圈pvc管同轴设置，内圈pvc管、外圈pvc管与待测试路面接触区域涂覆玻璃胶进行密封；所述马里奥特瓶设有两个；

两个马里奥特瓶分别与内圈pvc管、外圈pvc管连通，形成常水头工作状态下的渗透系数现场测量装置；

一个马里奥特瓶与外圈pvc管连通，内圈pvc管内放置数字显示深度游标尺，形成变水头工作状态下的渗透系数现场测量装置。

进一步地，所述马里奥特瓶包括螺纹杆、波纹软管、出水管、进水管、通气管，出水管上设有止水阀a，进水管上设有止水阀b，通气管上设有止水阀c；所述螺纹杆穿过马里奥特瓶的瓶盖并伸入瓶内，波纹软管套置在螺纹杆上；通气管穿插在瓶盖上，出水管、进水管分别设置于马里奥特瓶下部两侧。

进一步地，所述内圈pvc管的直径是外圈pvc管的直径的二分之一，内圈pvc管与外圈pvc管的高度相等。

进一步地，所述进水管、出水管的内径相等。

进一步地，所述数字显示深度游标尺的量程为0~h，h为内圈pvc管的高度。

一种透水路面渗透系数的现场测量方法，使用前述装置进行操作，其特征在于：包括如下过程，

步骤一：将待测路面清扫干净，然后将内圈pvc管和外圈pvc管放置在清扫后的初始路面区域表面，使用玻璃胶将内圈pvc管、外圈pvc管与待测路面接触处密封，并检查密封性；

步骤二：分别用支架支起两个马里奥特瓶，调节螺纹杆使瓶内波纹软管底端与内圈pvc管顶端持平，将两个马里奥特瓶的出水管分别引至内圈pvc管和外圈pvc管的顶部，打开止水阀b和止水阀c使进水管进水，待马里奥特瓶内的液面高度上升至与瓶口相距5cm处，关闭止水阀b，然后关闭止水阀c；

步骤三：直接从管口处向内圈pvc管和外圈pvc管内注水至管顶部，观察内圈pvc管的液面下降速率，反复操作注水步骤，待内圈pvc管液面下降速率趋于稳定后再次直接注水至管顶部；

步骤四：同时打开两个马里奥特瓶的止水阀a，改用马里奥特瓶向两个pvc管注水，采用常水头法进行渗透系数测量；以一定时间间隔记录马里奥特瓶的液面下降高度，直至马里奥特瓶内的液面下降速率趋于稳定，停止记录；将实验数据做线性拟合，求出斜率k，代入公式求出渗透系数k，其中a1为内圈pvc管的截面积、a2为马里奥特瓶的截面积、h为内圈pvc管的高度、l为待测路面厚度；若渗透系数k大于或等于0.01cm/s，继续采用常水头法进行测量，若渗透系数k小于0.01cm/s，则改用变水头发进行测量；

所述变水头法为：外圈pvc管仍然采用马里奥特瓶持续供水，内圈pvc管注满水后液面自由下降，用数字显示深度游标尺测量时间点t1、t2所对应的内圈pvc管中的水头高度h1、h2，根据所测数据求出渗透系数，l为待测路面厚度。

进一步地，所述步骤四中，在观察马里奥特瓶内的液面下降速率时，若马里奥特瓶内的储水量不足，则需关闭止水阀a，打开止水阀b和止水阀c，待液面高度达到与瓶口相距5cm的要求后，关闭止水阀b和止水阀c；重新从管口处向内圈pvc管和外圈pvc管内注水至管顶部，然后打开止水阀a，继续用马里奥特瓶向两个pvc管注水，从0min开始重新记录马里奥特瓶的液面下降高度，直至马里奥特瓶内的液面下降速率趋于稳定。

进一步地，为了确保数据的准确性，在每个测量点重复进行独立的渗透系数测量实验，直到获得三组有效数据；对于常水头法，分别对三组有效数据进行线性拟合，求出斜率平均值，然后利用斜率平均值求得渗透系数；对于变水头法，三组有效数据分别求得渗透系数，然后求得三个渗透系数的平均值。

有益效果：本发明提供的一种透水路面渗透系数的现场测量装置及方法，将常水头、变水头两种测试方法融合在一起，运用较为简单的装置和操作技术，在不破坏现场路面的情况下准确地测量出路面渗透率，并且各部件之间密封性良好，测量结果误差小、精度高。

附图说明

图1为本发明常水头测量工作状态下的装置结构示意图；

图2为本发明常水头测量工作状态下的装置俯视示意图；

图3为本发明变水头测量工作状态下的装置结构示意图；

图4为本发明变水头测量工作状态下的装置俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种透水路面渗透系数的现场测量装置，包括内圈pvc管1、外圈pvc管2、马里奥特瓶4、数字显示深度游标尺13；所述内圈pvc管1、外圈pvc管2同轴设置，内圈pvc管1、外圈pvc管2与待测试路面接触区域涂覆玻璃胶3进行密封；所述内圈pvc管1的直径是外圈pvc管2的直径的二分之一，内圈pvc管的直径为150mm，外圈pvc管的直径为300mm；内圈pvc管1与外圈pvc管2的高度相等，均为300mm。设置同轴的内、外pvc管的目的是：外圈pvc管可防止入渗水的水平扩散，让内圈pvc管内的水仅发生垂直入渗，提高测量准确性。

所述马里奥特瓶4设有两个，所述马里奥特瓶4包括螺纹杆5、波纹软管6、出水管7、进水管9、通气管11，出水管7上设有止水阀a8，进水管9上设有止水阀b10，通气管11上设有止水阀c12；所述螺纹杆5穿过马里奥特瓶的瓶盖并伸入瓶内，波纹软管6套置在螺纹杆5上；通气管11穿插在瓶盖上，出水管7、进水管9分别设置于马里奥特瓶4下部两侧。马里奥特瓶4的容积为80l。

两个马里奥特瓶4分别与内圈pvc管1、外圈pvc管2连通，形成常水头工作状态下的渗透系数现场测量装置，如图1、图2所示；

一个马里奥特瓶4与外圈pvc管2连通，内圈pvc管1内放置数字显示深度游标尺13，形成变水头工作状态下的渗透系数现场测量装置，如图3、图4所示。所述数字显示深度游标尺13的量程为0~300mm。

一种透水路面渗透系数的现场测量方法，包括如下过程：

步骤一：将待测路面清扫干净，然后将内圈pvc管1和外圈pvc管2放置在清扫后的初始路面区域表面，使用玻璃胶3将内圈pvc管1、外圈pvc管2与待测路面接触处密封，并检查密封性；

密封性的检查：向每个pvc管中直接加水，若观察到有泄漏情况则暂停试验，待干燥后填补玻璃胶进行密封。

步骤二：分别用支架支起两个马里奥特瓶4，调节螺纹杆5使瓶内波纹软管6底端与内圈pvc管1顶端持平，将两个马里奥特瓶4的出水管7分别引至内圈pvc管1和外圈pvc管2的顶部，打开止水阀b10和止水阀c12使进水管9进水，待马里奥特瓶4内的液面高度上升至与瓶口相距5cm处，关闭止水阀b10，然后关闭止水阀c12。

步骤三：直接从管口处向内圈pvc管1和外圈pvc管2内注水至管顶部，观察内圈pvc管1的液面下降速率，反复操作注水步骤，待内圈pvc管1液面下降速率趋于稳定后再次直接注水至管顶部；受到透水路面渗透性影响，这个过程一般持续10min或更长时间。

步骤四：同时打开两个马里奥特瓶4的止水阀a8，改用马里奥特瓶向两个pvc管注水，采用常水头法进行渗透系数测量；以一定时间间隔记录马里奥特瓶4的液面下降高度，直至马里奥特瓶4内的液面下降速率趋于稳定，停止记录；根据实际情况，间隔时间可以选择为1min、2min、3min或4min；

在观察马里奥特瓶4内的液面下降速率时，若马里奥特瓶4内的储水量不足，则需关闭止水阀a8，打开止水阀b10和止水阀c12，待液面高度达到与瓶口相距5cm的要求后，关闭止水阀b10和止水阀c12；重新从管口处向内圈pvc管1和外圈pvc管2内注水至管顶部，然后打开止水阀a8，继续用马里奥特瓶向两个pvc管注水，从0min开始重新记录马里奥特瓶4的液面下降高度，直至马里奥特瓶4内的液面下降速率趋于稳定。

将获得的有效实验数据做线性拟合，求出斜率k，代入公式求出渗透系数k，其中a1为内圈pvc管的截面积、a2为马里奥特瓶的截面积、h为内圈pvc管的高度、l为待测路面厚度；若渗透系数k大于或等于0.01cm/s，继续采用常水头法进行测量，若渗透系数k小于0.01cm/s，则改用变水头发进行测量；

所述变水头法为：外圈pvc管2仍然采用马里奥特瓶4持续供水，内圈pvc管1注满水后液面自由下降，用数字显示深度游标尺13测量时间点t1、t2所对应的内圈pvc管1中的水头高度h1、h2，根据所测数据求出渗透系数，l为待测路面厚度。

为了确保数据的准确性，在每个测量点重复进行独立的渗透系数测量实验，直到获得三组有效数据；对于常水头法，分别对三组有效数据进行线性拟合，求出斜率平均值，然后利用斜率平均值求得渗透系数；对于变水头法，三组有效数据分别求得渗透系数，然后求得三个渗透系数的平均值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。