一种温度可调式非饱和土渗透仪

1.本实用新型涉及一种温度可调式非饱和土渗透仪。


背景技术：

2.土体由土颗粒（固相）、土中水（液相）以及土中气体（气相）组成，土中水与气体分布在土颗粒之间或者其团聚体内部，当土体中的孔隙不完全由水填充时，即土体中存在固、液、气三相时，该土壤被称为非饱和土壤。非饱和土壤的饱和度大于0小于100，是自然界及工程应用中最常见的土壤类型。
3.非饱和土由于水理特性复杂，其中液相与气相的分布的复杂性以及多变性决定了其渗流特性与饱和土的渗流特性存在着显著区别。此外，温度工况对于土体的渗透特性有着显著影响，土体的热固结以及非等温固结等问题的研究对地热资源开发与利用、核废料处置库建设等工程具有重要意义。
4.目前，在土样渗透特性研究中常用的土工仪器有常水头渗透仪、变水头渗透仪，渗透仪在研究土水相互作用、渗流路径发挥着重要作用。传统的渗透仪基于达西定律，能够较好地测定饱和砂土的渗透系数，并且只能实现对饱和土的稳定状态下渗透特性的研究。
5.目前常用的渗透仪包括刚性壁渗透仪和柔性壁渗透仪。刚性壁渗透仪设备简单，可控制竖向荷载及监测试样竖向变形，试验用时较短，在岩土工程中使用较为广泛；但刚性壁渗透仪可以很好地避免试样侧面发生侧漏，且可对试样进行反压饱和，所以在测定土体渗透系数时优先采用柔性壁渗透仪。
6.考虑温度变化的非饱和土的渗透系数研究，由于缺乏配套的试验设备或者试验过程中温度控制的复杂性，往往根据土体孔隙水体积变化或者固结压缩曲线间接得到，非饱和土渗透系数参数的精度对所采用的经验公式依赖性高，导致相同条件下土体中的渗透系数差异性明显。精准控制试验过程中土样内部温度才能得到温度对土体渗透特性影响的精确值，且现有的测试装置均不同程度地存在标准不统一、操作不变、自动化程度不高等缺陷和不足。


技术实现要素：

7.本实用新型为解决上述技术问题，提出一种温度可调式非饱和土渗透仪，包括渗透装置、温度控制装置、测量装置和数据采集设备，具体的，所述渗透装置设置在所述温度控制装置内。所述测量装置和数据采集设备均连接所述渗透装置和温度控制装置。
8.所述温度控制装置包括温控箱箱体、控制面板、制冷器和加热器。所述温控箱箱体设有柜门。所述控制面板设置在所述温控箱箱体外。所述制冷器和加热器均设置在所述温控箱箱体内。
9.本实用新型通过温控箱代替传统的水介质温控方式，通过改变温度来控制和调节渗透装置的温度工况，能够进行负温工况下的渗透系数测量，且温度控制更加便捷与精准。
10.进一步的，所述渗透装置包括压力室、空压机和气压控制器。所述压力室和空压机
通过气压控制器联通。本实用新型采用气压提供渗透压力，能够提供更大的渗透压力，操作简便且控制精准。
11.进一步的，所述压力室的内部设有环绕土样的柔性乳胶膜，所述柔性乳胶膜的顶部和底部为与乳胶膜相配套的透水石。本实用新型可以改变传统刚性壁渗透仪由于试样侧面与试样容器侧壁间存在贴合不良发生侧漏，造成渗透系数测量值偏大的问题，且柔性壁渗透仪能根据试验的需要提供不同大小的围压和反压，应用范围更广。
12.进一步的，所述压力室的周壁为高硼硅玻璃。所述压力室的上方设有环形盖板，且所述压力室的顶部设有贯穿所述环形盖板的刚性支杆，所述刚性支杆的顶部连接所述温控箱箱体的顶部。
13.进一步的，所述测量装置包括土壤水分计、张力计、热电偶温度传感器、水压控制器、流量检测单元、围压力控制器和反压力控制器。本实用新型通过在压力室和加压帽的外部连接设置围压力控制器和反压力控制器，通过数据采集设备的显示屏可以清楚地读取试验数据，提高了检测精度。同时将围压力和反压力控制在合理的范围内，有利于缩短试验的准备周期，提高效率。
14.进一步的，所述测量装置还包括量筒和电子天平。所述量筒设置在所述电子天平上并通过导管连接所述压力室。
15.进一步的，所述空压机通过为数显压力表、第一阀门、储液管、第二阀门和气压控制器连接所述压力室的底部。
16.进一步的，所述温控箱箱体内设有放置所述渗透装置的金属圆形底座。温控箱箱体内的背板设有所述渗透装置和温度控制装置用于连接数据采集设备的穿孔。所述柜门为双层真空透明玻璃门。所述温控箱箱体内还设有湿度控制装置。
17.由上述对本实用新型的描述可知，本实用新型具有以下有益效果：
18.1、通过温控箱代替传统的水介质温控方式，通过改变温度来控制和调节渗透装置的温度工况，能够进行负温工况下的渗透系数测量，且温度控制更加便捷与精准；
19.2、采用气压提供渗透压力，能够提供更大的渗透压力，操作简便且控制精准；
20.3、压力室内采用柔性乳胶膜贴合渗透试样，可以改变传统刚性壁渗透仪由于试样侧面与试样容器侧壁间存在贴合不良发生侧漏，造成渗透系数测量值偏大的问题，且柔性壁渗透仪能根据试验的需要提供不同大小的围压和反压，应用范围更广；
21.4、通过在压力室和加压帽的外部连接设置围压力控制器和反压力控制器，通过数据采集设备的显示屏可以清楚的读取试验数据，提高了检测精度。同时将围压力和反压力控制在合理的范围内，有利于缩短试验的准备周期，提高效率。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
23.其中：
24.图1是一种温度可调式非饱和土渗透仪的示意图；
25.图2是温度控制装置的示意图一；
26.图3是温度控制装置的示意图二。
27.图1到图3中的标识分别是：渗透装置1、压力室11、空压机12、气压控制器13、数显压力表14、环形盖板15、刚性支杆16、柔性乳胶膜17、温度控制装置2、温控箱箱体21、控制面板22、制冷器23、加热器24、湿度控制装置25、底座26、穿孔27、测量装置3、量筒31、电子天平32、热电偶温度传感器33、数据采集设备4、土样5。
具体实施方式
28.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
29.请参阅图1到图3，一种温度可调式非饱和土渗透仪，包括渗透装置1、温度控制装置2、测量装置3和数据采集设备4，具体的，所述渗透装置1设置在所述温度控制装置2内。所述测量装置3和数据采集设备4均连接所述渗透装置1和温度控制装置2。
30.本实施例中，所述渗透装置1包括压力室11、空压机12和气压控制器13。所述压力室11和空压机12通过气压控制器13联通。本实用新型采用气压提供渗透压力，能够提供更大的渗透压力，操作简便且控制精准。具体的，所述空压机12通过为数显压力表14、第一阀门、储液管、第二阀门和气压控制器13连接所述压力室11的底部。
31.所述压力室11的周壁为高硼硅玻璃。所述压力室11的上方设有环形盖板15，且所述压力室11的顶部设有贯穿所述环形盖板15的刚性支杆16，所述刚性支杆16的顶部连接所述温控箱箱体21的顶部。所述压力室11的底部设置在所述温控箱箱体21内的金属圆形底座16顶部。
32.本实施例中，所述压力室11的内部设有环绕土样5的柔性乳胶膜17，顶部和底部为与柔性乳胶膜17的透水石。本实用新型的压力室11采用柔性乳胶膜17贴合被测试土样可以改变传统刚性壁渗透仪由于试样侧面与试样容器侧壁间存在贴合不良而发生侧漏，造成渗透系数测量值偏大的问题，且柔性壁渗透仪能根据试验的需要提供不同大小的围压和反压，应用范围更广。
33.所述温度控制装置2包括温控箱箱体21、控制面板22、制冷器23、加热器24和湿度控制装置25。所述温控箱箱体21设有柜门，为双层真空透明玻璃门。所述控制面板22设置在所述温控箱箱体21外。所述制冷器23、加热器24和湿度控制装置25均设置在所述温控箱箱体21内。所述温控箱箱体21内的背板设有所述渗透装置1和温度控制装置2用于连接数据采集设备4的穿孔27。
34.本实用新型通过温控箱代替传统的水介质温控方式，通过改变温度来控制和调节渗透装置1的温度工况，能够进行负温工况下的渗透系数测量，且温度控制更加便捷与精准。
35.所述测量装置3包括土壤水分计、张力计、热电偶温度传感器33、水压控制器、流量检测单元、围压力控制器、反压力控制器、量筒31和电子天平32。所述量筒31设置在所述电子天平32上并通过导管连接所述压力室11。
36.本实用新型通过在压力室11和加压帽的外部连接设置围压力控制器和反压力控制器，通过数据采集设备4的显示屏可以清楚的读取试验数据，提高了检测精度。同时将围
压力和反压力控制在合理的范围内，有利于缩短试验的准备周期，提高效率。
37.上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。