易于供水且自动记录入渗量和计算渗透系数的双环入渗仪

1.本实用新型属于土力学实验研究技术领域，具体涉及一种易于供水且自动记录入渗量和计算渗透系数的双环入渗仪。


背景技术：

2.土样的渗透系数反映土的渗透性能，是土的一个重要参数。双环入渗仪是现场测量土体渗透系数的一种常用仪器。与室内试验相比，现场土的不均质性和各向异性使渗透系数的原位测定优于室内试验，通常在非饱和土中存在的裂隙及根孔等都不可能在试验室用小试件得到其代表性。
3.当用双环入渗仪测量土体渗透系数时，需时刻注意内外环水位保持相同且恒定。目前大多数双环入渗仪供水方式为马氏瓶供水，但使用大尺寸双环入渗仪测量土壤渗透系数时，因其截面积较大，易出现渗透水量大于供水量的情况，这时需要人工加水量较大，导致加水频繁、工作量大，同时难以保持内外环水位相同及恒定，影响了试验的精确性。此外，目前大部分双环入渗仪并不能自动记录入渗量，不仅需要人工读取内环水位和供内环的马氏瓶水量读数，还需要手动记录数据，这往往需要多人操作完成，容易出现时间上读数的不同步，并且试验是否可以终止也不易准确判断。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种易于供水且自动记录入渗量和计算渗透系数的双环入渗仪，以解决双环入渗试验中供水操作频繁、人工观测读数和记录劳动强度大、精度低的问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
6.本实用新型公开的一种易于供水且自动记录入渗量和计算渗透系数的双环入渗仪，包括内环、外环、第一马氏瓶、第二马氏瓶、第一记录电子秤、第二记录电子秤、参考管、数据采集设备、蓄水箱、若干个差压计和若干个阀门；
7.内环和外环相连接，第一马氏瓶和第二马氏瓶均设置在外环之外，第一马氏瓶与内环连接，第二马氏瓶与外环连接，内环和外环之间的腔体与内环腔体中均设置有差压计，差压计连接参考管，差压计与数据采集设备电连接；第一记录电子秤设置在第一马氏瓶下方与数据采集设备及电源电连接，第二纪录电子秤设置在第二马氏瓶下方与数据采集设备及电源电连接，蓄水箱设置在测试坑外原地面分别与第一马氏瓶和第二马氏瓶连接，蓄水箱与第一马氏瓶、第二马氏瓶连接的管路上均设置有若干个阀门。
8.优选地，第一橡胶软管和第二橡胶软管连接穿过外环开孔处接口将第一马氏瓶与内环连接；第二马氏瓶通过第三橡胶软管与外环相连。
9.优选地，所述第一橡胶软管和第三橡胶软管上分别设置有第一止水夹和第二止水夹。
10.优选地，所述内环和外环均设置若干用于连接第一马氏瓶、第二马氏瓶及差压计
的开孔及接口。
11.优选地，所述差压计包括第一差压计和第二差压计；第一差压计和第二差压计均设置在参照管上。
12.优选地，所述阀门包括第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；第一阀门、第三阀门分别设置在蓄水箱第一出口处和第一马氏瓶入口处，第二阀门和第四阀门分别设置在蓄水箱第二出口处和第二马氏瓶入口处。
13.优选地，所述内环和外环上方设置有盖板。
14.优选地，所述盖板与外环的尺寸相契合。
15.优选地，所述第一记录电子秤、第二纪录电子秤和若干个差压计分别通过数据线与数据采集设备连接。
16.优选地，所述数据采集设备与用于实时显示并记录信息的电脑连接。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
18.本实用新型公开的一种易于供水且自动记录入渗量和计算渗透系数的双环入渗仪，将为内环供水的马氏瓶置于外环之外，克服了传统马氏瓶放置于内外环之间，不易放置和固定的问题，方便了马氏瓶的补水，特别是可以应用实时记录数据的电子秤，自动获取马氏瓶供水量随时间的变化。内环、外环均设置差压计与水位参考管相连，外接数据采集模块和电脑，可用于入渗量的准确计算，同时方便使用者判断内、外环实时水位情况，在水位补给不上时，可以通过打开马氏瓶瓶塞来补给迅速补给水位，避免了由马氏瓶初期补水量的不足造成水位下降的可能。蓄水箱设置于测试坑外原地面上，有利于利用高位置势能对马氏瓶实现快速供水。
19.进一步地，内环和外环水位通过设置的差压计可以实时获得。
20.进一步地，盖板与外环的尺寸相契合，防止了环内水分蒸发并提供蓄水箱放置的平台。
21.进一步地，数据采集设备与用于实时显示并记录信息的电脑连接，便于使用者判断内环、外环实时水位情况，当补给不足时，可以通过打开第一马氏瓶或第二马氏瓶的瓶塞来加快补给水速度。
附图说明
22.图1为本实用新型的整体结构示意图；
23.图2为本实用新型的双环、水位参考管和差压计的相对位置图。
24.其中：1-内环；2-外环；3-第一马氏瓶；4-第二马氏瓶；5-第一记录电子秤；6-第二记录电子秤；7-第一橡胶软管；8-第二橡胶软管；9-第一止水夹；10-第三橡胶软管；11-第二止水夹；12-蓄水箱；13-第一阀门；14-第五橡胶软管；15-第三阀门；16-第四阀门；17-第四橡胶软管；18-第二阀门；19-第一差压计；20-第二差压计；21-参考管；22-数据线；23-数据采集设备；24-电脑；25-盖板；26-第六橡胶软管。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的
实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
26.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
28.参见图1，为本实用新型的整体结构示意图，本实用新型公开的一种易于供水且自动记录入渗量和计算渗透系数的双环入渗仪，包括：内环1、外环2、第一马氏瓶3、第二马氏瓶4、第一记录电子秤5、第二纪录电子秤6、参考管21、第一差压计19、第二差压计20、盖板25、蓄水箱12、数据采集设备23、电脑24等。内环1和外环2由相同材料十字连接件连接，内部设置四块钢片焊接固定。第一马氏瓶3、第二马氏瓶4，分别向内环1和外环2供水；第一马氏瓶3、第二马氏瓶4均设置供水口和注水口，口径均与橡胶软管管径契合；对于注水口，第一马氏瓶3、第二马氏瓶4的两个注水口分别通过第五橡胶软管14和第四橡胶软管17与蓄水箱12相连。对于供水口，为内环1供水的第一马氏瓶3通的供水口通过两段橡胶软管实现供水，具体描述为先通过第一橡胶软管7将第一马氏瓶3供水口与外环2开孔处外侧接口相连，再通过第二橡胶软管8将外环2开孔处内侧接口与内环1开孔处接口相连，实现为内环1供水；为外环2供水的第二马氏瓶4通过第三橡胶软管10将供水口与外环2开口处外侧接口相连，实现为外环2供水。同理，第一差压计19、第二差压计20一侧分别和内环1、外环2水位相连，另一侧与参考管9相连，用于判断环内水位是否与最初设置水位相同，也可用于判断内环1、外环2水位是否相同；通过数据线将第一差压计19、第二差压计20与数据采集设备23相连，差压计将液面高度的压力信号转变为电信号，信号传至数据采集设备23处理后，实现在规定时间步长下，自动测量并记录水位，最终计算渗透速率与渗透系数。第一记录电子秤5和第二记录电子秤6分别位于第一马氏瓶3、第二马氏瓶4下方，与低电压直流电电源连接，可直接测量第一马氏瓶3、第二马氏瓶4内水的质量，之后将信号通过数据线22传至数据采集设备23内，同样通过数据采集设备23实现在规定时间步长下，自动测量并记录第一马氏瓶3、第二马氏瓶4内水的质量变化以计算入渗量。蓄水箱12设置测试坑外原地面上，利用蓄水箱12与第一马氏瓶3、第二马氏瓶4之间的水头差，提高了供水速度；盖板14与外环2尺寸相契合设置在内环1和外环2上方，防止了环内水分蒸发。利用数据采集设备23将参数上传电脑24，按照渗透系数随时间变化，绘制曲线实时显示，为实验终止判断提供依据。
29.进一步地，通过内环1、外环2之间的第二橡胶软管8连接，将为内环1供水的第一马氏瓶3均置于外环2之外，方便了加水、记录入渗量等操作。
30.进一步地，连接内环1、外环2的第一马氏瓶3、第二马氏瓶4截面面积分别与内环1、外环2的截面面积相近，以减少注水次数。
31.进一步地，应用可实时记录的第一记录电子秤5、第二记录电子秤6用于获得第一
马氏瓶3、第二马氏瓶4供水量随时间的变化。
32.进一步地，第一马氏瓶3、第二马氏瓶4与内环1、外环2的连接孔应尽量粗，以满足初期入渗率大，需要较快补充内外环水量，保持水位恒定的要求。
33.进一步地，当补给不足时，可以通过打开第一马氏瓶3、第二马氏瓶4的瓶塞来加快补给水速度。
34.参见图2，内环1、外环2均设置开孔及接口，共六孔，孔径与各自配合的橡胶软管管径契合，每组孔共三个，一个孔设置在内环1，两个孔设置在外环2；每孔处均设置接口，接口口径与橡胶软管7管径相契合。在这两组孔中，一组孔将第一马氏瓶3、第二马氏瓶4分别与内环1、外环2内水位连接，另一组孔将两个差压计10分别与内环1、外环2水位连接。
35.使用本实用新型的工作过程如下所示：
36.步骤一：首先，确定试验土层，开挖至试验土层，当测试表层土时，需去除表面土层一定厚度，平整待测土体表面。
37.步骤二：将内环1、外环2放置于平整场地，并压入土体10～15cm。
38.步骤三：将第一马氏瓶3、第二马氏瓶4分别放置于第一记录电子秤5和第二记录电子秤6上，将第一马氏瓶3出水口处第一橡胶软管7用第一止水夹9夹住，并将第一橡胶软管7连接于外环2接口处并继续通过第二橡胶软管8连接于内环1接口处；第二马氏瓶4出水口处第三橡胶软管10用第二止水夹11夹住，并将第三橡胶软管10连接于外环2接口处。
39.步骤四：将蓄水箱12放置在双环入渗试验坑外原地面上，关闭蓄水箱12上的第一阀门13、第四阀门16，加入水量大于本次试验所需入渗水量。通过第五橡胶软管14、第四橡胶软管17，将蓄水箱上的第一阀门13、第四阀门16分别与第一马氏瓶3、第二马氏瓶4上的注水口第三阀门15、第二阀门18相连。
40.步骤五：为第一马氏瓶3、第二马氏瓶4内注入一定量水后，将其分别放置于第一记录电子秤5、第二记录电子秤6上，获得它们提供的水位，并通过调整第一记录电子秤5、第二记录电子秤6下垫的压实土厚度，来保证提供的水位高于第一马氏瓶3、第二马氏瓶4与内环1、外环2的接口，并保证第一马氏瓶3、第二马氏瓶4的水位一致。
41.步骤六：安装内环1、外环2水位的第一差压计19、第二差压计20和参考管21，向参考管21内注水至第一马氏瓶3、第二马氏瓶4的供水高度，并分别在内环1、外环2的内壁用马克笔画线标记出该水位。
42.步骤七：将第一差压计19、第二差压计20和可记录第一记录电子秤5、第二记录电子秤6通过多条数据线22连接至数据采集设备23，并连入电脑24。
43.步骤八：将内环1、外环2的土体表面铺5cm厚的碎石并各放置一块砖，分别储备两桶水。桶中水量须充足，可将内环1、外环2加水至马克笔标记的第一马氏瓶3、第二马氏瓶4的供水位线。
44.步骤九：启动电脑24开始记录，并检查数据有效性、记录功能正常。两人同时向内环1、外环2内加水，注意将水倾倒在上一步放置的砖上，加水至马克笔所画的第一马氏瓶3、第二马氏瓶4的供水位线时立即停止，并打开第一马氏瓶3、第二马氏瓶4供水口处第一橡胶软管7、第三橡胶软管10上的第一止水夹9、第二止水夹11。在试验初期，通过电脑24记录情况查看内环1、外环2内水位变化情况。如果内环1或外环2内水位有下降，则需及时打开对应供水的第一马氏瓶3或第二马氏瓶4的瓶塞，进行快速供水，在内环1和外环2水量达到马克
笔所画第一马氏瓶3、第二马氏瓶4的供水位线时再盖上瓶塞，反复直至第一马氏瓶3和第二马氏瓶4均能恒定补给内环1、外环2的水位。
45.步骤十：将盖板25置于双环上，以防止蒸发。
46.步骤十一：在第一马氏瓶3或第二马氏瓶4水量不足时,需对应地关闭供水口处的第一止水夹9或第二止水夹11，并打开蓄水箱12上的第一阀门13或第四阀门16，同时对应地打开连接第一马氏瓶3或第二马氏瓶4上的注水口第三阀门15或第二阀门18，令蓄水箱12内的水通过第五橡胶软管14或第四橡胶软管17流入第一马氏瓶3或第二马氏瓶4。供水完成后及时关闭供水端第一阀门13和第四阀门16，并打开第一马氏瓶3和第二马氏瓶4上的供水口处第一止水夹9和第二止水夹11，观察水位下降情况。如果第一马氏瓶3或第二马氏瓶4的水量难以及时补给，则需相应地打开第一马氏瓶3或第二马氏瓶4瓶塞以加快补给速度，直至水位补给至标记水位处，最后及时盖上第一马氏瓶3或第二马氏瓶4瓶塞并关闭供水口处第三阀门15或第二阀门18，并关闭蓄水箱12上的第一阀门13和第四阀门16。
47.步骤十二：应用电脑24采集到的马氏瓶重量和内环水位以及相应时间，采用《土工试验方法标准gb t50123-2019》中的两种方法得到渗透系数，并以图形实时显示渗透系数。
48.步骤十三：试验结束后，用洛阳铲取中心处不同深度土样进行含水率测定，并确定最终的入渗深度，以校核渗透系数计算方法二中所采用h1入渗深度的可靠性。
49.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。