一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置

本发明涉及岩土工程领域，具体公开了一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置和方法。

背景技术：

1、非饱和土是指土壤孔隙由水和空气填充，即饱和度小于100％时但大于0时的土壤。非饱和土在自然界广泛地存在，真正的饱和土在自然界是很少的，尤其在干旱与半干旱地区，由于受气候条件的影响，存在着若干种具有特殊性质的土类，如膨胀土、崩解土、残积土等，它们均具有非饱和土的基本特性，即土体内通常存在着吸力。非饱和土中的气体运移机理十分重要，其可以为地下气体污染物的迁移提供重要原理，为实际工程建设提供科学指导。

2、非饱和土的液体渗透系数一般采用瞬态剖面法，气体渗透系数一般通过达西定律来进行计算分析，试验过程中需要用到测量装置，现有的测量装置一般都包括柱体和进气单元，柱体内填充有非饱和土，进气单元中则能够通入气体，然后通过各类传感器来检测非饱和土中的各项参数再进行计算。现有技术中试验装置的缺陷在于：1、无法调节非饱和土的湿度；2、无法调节非饱和土的温度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置和方法，以解决如何调节非饱和土湿度的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置，包括底座、顶座、柱状竖筒、通气单元和通液单元，所述底座设置在柱状竖筒的底部，所述顶座设置在柱状竖筒的顶部，所述底座上设置有进气口和出液口，所述顶座上设置有出气口和进液口，所述柱状竖筒内设置有若干间隔网，若干间隔网之间形成有若干土层空间，土层空间中填充有土体，每个土层空间中均设置有含水量检测探头和气压检测孔，所述气压检测孔能够外接气压检测设备。本方案中，在若干土层空间中能够填充土体，若干个土层空间之间可以采用间隔网隔开，如果考虑到气流和水流在土层中的流动性，也可以不设置间隔网。水流从顶座中向下流动，气流则从底座中向上流动，然后再通过气压检测孔来检测土体中的气压、通过含水量检测探头来检测土体中的含水量就能够得到相关参数用于计算气液渗透系数。且可以根据试验要求来调整气体流量和液体流量，实现不同气体流量压力下的渗透系数计算，以及实现在不同湿度下进行试验的目的。

4、可选地，所述柱状竖筒的内壁中设置有若干加热空腔，每个加热空腔对准一个土层空间，若干加热空腔中分别设置有电热器，所述加热空腔呈环状且与柱状竖筒同心，所述加热空腔内填充有加热液。本方案中，在柱状竖筒的周围设置有若干加热空腔，每个加热空腔都能够独立的进行加热，加热液在经过电热器的加热后，加热液能够对柱状竖筒中的若干层土体进行加热，能够实现土体的温度控制以及在若干土体之间形成温差。

5、可选地，还包括气流控制单元，所述气流控制单元包括气瓶和质量流量控制器，所述气瓶上连通有进气管道，所述进气管道与柱状竖筒的进气口连通，所述质量流量控制器设置在进气管道上。本方案中，通过气流控制单元来实现气流的稳定输入，可以调节气流流量，以模拟不同的气体扩散情况。

6、可选地，所述柱状竖筒的内壁上设置有若干组安装片，每组安装片均沿柱状竖筒的周向布置，若干组安装片上下均匀分布，所述间隔网上设置有安装槽，所述安装片能够固定在安装槽上。本方案中，安装片可以用于安装间隔网，间隔网则能够将若干层土体在一定程度上分隔开。

7、可选地，所述底座的上端设置有液压缸，液压缸的输出端上设置有底板，所述底板上设置有进气连通口和若干出液连通口，所述出液连通口与出液口对齐，所述进气连通口上设置有连通管，连通管的两端分别与进气连通口和进气口连通。本方案中设置有液压缸和底板，底板能够将其上铺设的土体向上抬起，以修正土体在经过大量水流渗透后向下沉降产生的高度位置变化。

8、可选地，所述底板上铺设有滤水板，所述滤水板包括上层板、中层板和下层板，所述上层板和下层板均为硬质塑料材质，所述中层板为布料材质。采用本方案可以过滤水流，避免大量的沙土从底板中流出。

9、本方案的工作原理及有益效果在于：

10、本方案中，在现有的试验设备中增加了温度控制、气流控制和升降底板的功能，其中温度控制是通过柱状竖筒的若干加热空腔和电热器实现，每个加热空腔对准一层土体，加热空腔能够对土体进行加热，使得上下若干层土体之间的温度可以分别进行调节，以满足不同的试验需求。且若干加热空腔相互独立、加热空腔呈环形，使得加热效果更好，土体受热更加均匀。

11、气流控制则是通过质量流量控制器来实现，可以模拟不同流量状态下的气体渗透情况。底板的升降的功能则是为了修正土体的高度，在水流作用下，部分泥沙会随着水流冲刷而流失，导致土体可能会发生向下沉降，此时气压检测孔和含水量检测探头所检测到的数据可能并不是该土体的数据，导致数据收集出现偏差。本方案中的底板可以向上抬升，抬升后土体的高度会向上升起一段距离，以修正因沉降而带来的高度误差。

技术特征：

1.一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置，其特征在于：包括底座、顶座、柱状竖筒、通气单元和通液单元，所述底座设置在柱状竖筒的底部，所述顶座设置在柱状竖筒的顶部，所述底座上设置有进气口和出液口，所述进气口与通气单元连通，所述顶座上设置有出气口和进液口，所述进液口与通液单元连通，所述柱状竖筒内设置有若干间隔网，若干间隔网之间形成有若干土层空间，土层空间中填充有土体，每个土层空间中均设置有含水量检测探头和气压检测孔，所述气压检测孔能够外接气压检测设备。

2.根据权利要求1所述的一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置，其特征在于：所述柱状竖筒的内壁中设置有若干加热空腔，每个加热空腔对准一个土层空间，若干加热空腔中分别设置有电热器，所述加热空腔呈环状且与柱状竖筒同心，所述加热空腔内填充有加热液。

3.根据权利要求2所述的一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置，其特征在于：还包括气流控制单元，所述气流控制单元包括气瓶和质量流量控制器，所述气瓶上连通有进气管道，所述进气管道与柱状竖筒的进气口连通，所述质量流量控制器设置在进气管道上。

4.根据权利要求3所述的一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置，其特征在于：所述柱状竖筒的内壁上设置有若干组安装片，每组安装片均沿柱状竖筒的周向布置，若干组安装片上下均匀分布，所述间隔网上设置有安装槽，所述安装片能够固定在安装槽上。

5.根据权利要求4所述的一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置，其特征在于：所述底座的上端设置有液压缸，液压缸的输出端上设置有底板，所述底板上设置有进气连通口和若干出液连通口，所述出液连通口与出液口对齐，所述进气连通口上设置有连通管，连通管的两端分别与进气连通口和进气口连通。

6.根据权利要求5所述的一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置，其特征在于：所述底板上铺设有滤水板，所述滤水板包括上层板、中层板和下层板，所述上层板和下层板均为硬质塑料材质，所述中层板为布料材质。

技术总结
本发明涉及岩土工程领域，具体公开了一种连续测量不同温度下干湿循环非饱和土气液渗透系数的装置：包括底座、顶座、柱状竖筒、通气单元和通液单元，所述底座设置在柱状竖筒的底部，所述顶座设置在柱状竖筒的顶部，所述底座上设置有进气口和出液口，所述顶座上设置有出气口和进液口，所述柱状竖筒内设置有若干间隔网，若干间隔网之间形成有若干土层空间，土层空间中填充有土体，每个土层空间中均设置有含水量检测探头和气压检测孔，所述气压检测孔能够外接气压检测设备。本发明的目的在于解决如何调节非饱和土湿度的技术问题。

技术研发人员：宋雷,王仕方,吴林军,王祖坤,何亚梦
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13