一種野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，它包括一個用于壓入野地斜坡地表土中的同心雙環(huán)結(jié)構(gòu)的斜坡入滲環(huán)（3）和一個用于使斜坡入滲環(huán)（3）的內(nèi)環(huán)和外環(huán)中的降雨量自適應(yīng)等于飽和無積水入滲量的同樣是同心雙環(huán)結(jié)構(gòu)的降雨筒（2）以及兩個用于向降雨筒（2）的雙環(huán)中供水的馬里奧特水箱（1）。本實用新型的測量方法是通過實現(xiàn)斜坡地表（含水平地表）的飽和潤濕無積水入滲及其降雨量的量測，獲得土層表面零壓力飽和入滲-時間關(guān)系，來獲得土層表面的降雨入滲性能和飽和滲透系數(shù)。
【專利說明】一種野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種水利工程中的滲透系數(shù)測量方法及裝置，具體涉及一種一種野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀。

【背景技術(shù)】
[0002]滲透系數(shù)又稱水力傳導(dǎo)系數(shù)(hydraulic conductivity)。在各向同性介質(zhì)中，它定義為單位水力梯度下的單位流量，表示流體通過孔隙骨架的難易程度。
[0003]在水利工程或者地質(zhì)工程中，經(jīng)常需要測量野外地表的滲透系數(shù)來評判地質(zhì)入滲能力情況。測量野外地表入滲能力，有同心環(huán)法和人工降雨法。同心環(huán)法將同心環(huán)壓入土層之中，將環(huán)內(nèi)土表層處理為水平面，在內(nèi)外環(huán)內(nèi)施加定水頭測量入滲量，并依據(jù)達西定律計算土層表面滲透系數(shù)。人工降雨法則通過人工降雨裝置，使水以近似降雨的形式作用于土表面，測量降雨量與產(chǎn)流量之差得到入滲量，并據(jù)此計算土層表面的滲透系數(shù)。同心環(huán)法，需要將土層表面處理為水平面，不能進行自然坡面入滲的直接測量，滲透系數(shù)的計算也還要借助滲徑的估計才能確定，準確計算比較困難；人工降雨法需要測量產(chǎn)流量，而產(chǎn)流量難于實時準確測量，不適用于水平地表，另一方面入滲范圍也難以確定，土層表面的滲透系數(shù)也難以準確計算。
[0004]因此，對于野外斜坡地表的入滲能力和滲透系數(shù)的測量問題，本領(lǐng)域尚未有較好的方法和裝置。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種可以改善野外地表入滲能力和滲透系數(shù)測量便利性、準確性的野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案如下:本實用新型的測量方法是通過實現(xiàn)斜坡地表(含水平地表)的飽和潤濕無積水入滲及其降雨量的量測，獲得土層表面零壓力飽和入滲-時間關(guān)系，來獲得土層表面的降雨入滲性能和飽和滲透系數(shù)。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的野外斜坡入滲能力和滲透系數(shù)測量方法是:它采用了一種野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，這種裝置實現(xiàn)使入滲環(huán)內(nèi)的降雨量自適應(yīng)等于飽和無積水入滲量，實現(xiàn)表面無積水飽和潤濕條件；利用雙環(huán)或單環(huán)入滲方式，實現(xiàn)滲流的沿重力方向的入滲路徑；繪制內(nèi)環(huán)入滲量-時間曲線，通過試驗結(jié)束時在測量點及測量點數(shù)米外開挖土體，獲得內(nèi)環(huán)土體的入滲深度，并每隔20cm取樣測試土體飽和含水量，孔隙率和天然含水量；根據(jù)這些資料，可以計算得出土體的飽和滲透系數(shù)和對應(yīng)天然含水量的吸力。
[0008]本實用新型采用的裝置是野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，它包括一個用于壓入野地斜坡地表土中的同心雙環(huán)結(jié)構(gòu)的斜坡入滲環(huán)和一個用于使斜坡入滲環(huán)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)中的降雨量自適應(yīng)等于飽和無積水入滲量的同樣是同心雙環(huán)結(jié)構(gòu)的降雨筒以及兩個用于向降雨筒的雙環(huán)中供水的馬里奧特水箱。斜坡入滲環(huán)為有傾斜度的系列圓環(huán)，適應(yīng)不同的坡度。也即斜坡入滲環(huán)的系列圓環(huán)壓入斜坡時，所有環(huán)的上口位于同一個斜面上，該斜面近似平行于所測斜坡的斜面。
[0009]進一步的，每個馬里奧特水箱用一個水箱支架托起并包括一個用于裝水的保溫水箱及設(shè)置在保溫水箱的一側(cè)面的水位刻度管，在保溫水箱的底部側(cè)面設(shè)有一根用于向降雨筒中供水的供水管，該供水管設(shè)有出水閥門；在每個保溫水箱的頂部設(shè)有一個水箱密封蓋和一條馬里奧特通氣管，每條馬里奧特通氣管連接一條用于與所述斜坡入滲環(huán)通氣的雙環(huán)通氣管。雙環(huán)通氣管的底部開口設(shè)于斜坡入滲環(huán)內(nèi)土表面最低端處。
[0010]更進一步的，降雨筒設(shè)有降雨筒外環(huán)和降雨筒內(nèi)環(huán)，在降雨筒外環(huán)中設(shè)有外環(huán)多層式多孔網(wǎng)板，在降雨筒內(nèi)環(huán)中設(shè)有內(nèi)環(huán)多層式多孔網(wǎng)板；降雨筒內(nèi)置多層多孔板，其中最下層的多孔板傾斜布置，傾斜方向與待測斜坡的斜面傾斜方向相反，實現(xiàn)降雨器在入滲環(huán)內(nèi)地表高處降雨量大，而低處降雨量小，通過坡面流實現(xiàn)表面飽和入滲，避免入滲環(huán)內(nèi)斜坡高處欠飽和入滲。兩個馬里奧特水箱中其中一個的供水管底部位于外環(huán)多層式多孔網(wǎng)板上，另一個的供水管底部位于內(nèi)環(huán)多層式多孔網(wǎng)板上。相應(yīng)的，兩個馬里奧特水箱中，向降雨筒的外環(huán)中供水的馬里奧特水箱的雙環(huán)通氣管的底部開口設(shè)于入滲環(huán)外環(huán)中的土表面最低端處，而向降雨筒的內(nèi)環(huán)供水的馬里奧特水箱的雙環(huán)通氣管底部開口設(shè)于入滲環(huán)內(nèi)環(huán)中的土表面最低端處。
[0011]由于是在斜坡上進行入滲試驗，因此降雨筒設(shè)有使其能夠在斜坡上方保持水平的降雨筒支架；另外，降雨筒頂部設(shè)有降雨筒有機玻璃蓋；降雨筒底部環(huán)套有防蒸發(fā)罩，所述防蒸發(fā)罩的底部環(huán)套在所述斜坡入滲環(huán)的外側(cè)面。由于降雨筒頂部設(shè)有有機玻璃蓋，因此供水管通過設(shè)置在降雨筒外環(huán)和降雨筒內(nèi)環(huán)側(cè)邊的通孔從側(cè)邊伸入降雨筒內(nèi)部。斜坡入滲環(huán)由同心的入滲環(huán)內(nèi)環(huán)和入滲環(huán)外環(huán)組成，所述防蒸發(fā)罩的底部環(huán)套在入滲環(huán)外環(huán)的外側(cè)面。
[0012]本實用新型通過調(diào)節(jié)降雨筒中多層多孔網(wǎng)板的網(wǎng)篩孔眼大小以及網(wǎng)篩角度，使多層多孔網(wǎng)板在斜坡坡頂方向略低于坡底，在降雨和坡面產(chǎn)流共同作用下，確保實現(xiàn)斜坡表面飽和入滲；通過與供水箱頂部馬里奧特管相接的進氣口位于入滲環(huán)內(nèi)最低端位置土工布表面的軟管，當降雨量大于入滲量，入滲環(huán)內(nèi)積水淹沒進氣口從而使水箱頂部通氣管密封，水箱內(nèi)氣壓力逐步降低而實現(xiàn)供水流量(降雨量)的減小，直到降雨量小于入滲量引起積水下滲，當積水入滲后通氣口露出水面從而使水箱頂部與大氣連通而增加供水量。對于存在吸力的粉土或粉質(zhì)砂土，由于入滲量總是隨時間減小的，因此，當進氣口被淹沒后又露出水面后，應(yīng)當手動稍稍減小供水箱閥門的開度。此方法能實現(xiàn)降雨量與飽和入滲量的基本平衡；當入滲速度-時間曲線趨于直線時，可停止試驗。
[0013]本實用新型的這種測量方法及裝置，能夠解決測量野地斜坡地表的入滲性能和滲透系數(shù)的問題，而且該方法實施便利，操作簡單，值得推廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的整體裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是馬里奧特水箱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是降雨筒結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是斜坡入滲環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖中的標記為:1-馬里奧特水箱、2-降雨筒、3-斜坡入滲環(huán)、4-水箱密封蓋、5-馬里奧特通氣管、6-保溫水箱、7-水位刻度管、8-出水閥門、9-供水管、10-雙環(huán)通氣管、11-水箱支架，12-降雨筒外環(huán)，13-降雨筒內(nèi)環(huán)，14-降雨筒有機玻璃蓋，15-內(nèi)環(huán)多層式多孔網(wǎng)板，16-外環(huán)多層式多孔網(wǎng)板，17-降雨筒支架，18-防蒸發(fā)罩，19-入滲環(huán)內(nèi)環(huán)，20-入滲環(huán)外環(huán)。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0020]如圖1-圖4所示，本實用新型實施時，按照如下步驟:
[0021]先將斜坡入滲環(huán)3的入滲環(huán)內(nèi)環(huán)19垂直壓入土中小許，再將入滲環(huán)外環(huán)20以同心圓垂直壓入土中小許。
[0022]然后安裝降雨筒2，降雨筒2位于斜坡入滲環(huán)3的上方，降雨筒2放置于降雨筒支架17上，該降雨筒支架17采用一邊長一邊短的支架腿，從而使降雨筒2能夠在斜坡上方保持水平狀態(tài)，降雨筒2的防蒸發(fā)罩18將降雨筒2和斜坡入滲環(huán)3之間部分的周圍遮蓋住以減少水分蒸發(fā)。
[0023]降雨筒2安裝完成后開始安裝馬里奧特水箱1，如圖2所示，馬里奧特水箱I為兩個，分別通過水箱支架11托起置于降雨筒2上方兩側(cè)，這兩個馬里奧特水箱I中的一個用于向降雨筒內(nèi)環(huán)13中供水，另一個用于向降雨筒外環(huán)12供水。連接馬里奧特通氣管5和供水管9，馬里奧特通氣管5與雙環(huán)通氣管10連接，兩個馬里奧特水箱I的兩條雙環(huán)通氣管10的進氣口分別固定于斜坡入滲環(huán)3的內(nèi)環(huán)和外環(huán)的底部最低處。
[0024]將兩個馬里奧特供水箱I的保溫水箱6中基本注滿水，測量水溫并將注水口用水箱密封蓋4蓋緊密封，通過水位刻度管7記錄內(nèi)外環(huán)供水箱水位讀數(shù)；打開內(nèi)外環(huán)供水管9的出水閥門8，向降雨筒2內(nèi)供水，入滲試驗開始。如圖3所示，由于降雨筒2的頂部設(shè)有降雨筒有機玻璃蓋14，因此供水管9是從降雨筒2的側(cè)邊開孔伸入降雨筒2內(nèi)部。在入滲過程中，可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)多層式多孔網(wǎng)板16和外環(huán)多層式多孔網(wǎng)板16上的網(wǎng)篩孔眼大小以及網(wǎng)篩角度，使多層多孔網(wǎng)板在斜坡坡頂方向略低于坡底，在降雨和坡面產(chǎn)流共同作用下，確保實現(xiàn)斜坡表面飽和入滲。
[0025]每隔一定時間間隔記錄時間和水位，并計算入滲速度；入滲速度均勻變化時，停止試驗，繪制內(nèi)外環(huán)入滲速度時間曲線，此即該處的飽和入滲量-時間關(guān)系曲線；入滲試驗停止時，同時在入滲點和距離入滲點數(shù)米處開挖，獲得飽和入滲深度，每隔一定深度如20cm取樣，測試獲得飽和含水量、初始含水量、孔隙率等參數(shù)；根據(jù)上述資料，計算獲得土體的飽和滲透系數(shù)和天然含水量對應(yīng)的吸力。
[0026]入滲開始時要使供水量慢慢增大至入滲環(huán)內(nèi)出現(xiàn)積水，待進氣口重新露出水面后，緩慢減小供水量。每出現(xiàn)一次入滲口淹沒，減小一次供水量，直到試驗停止，減小的幅度使入滲表面仍然能產(chǎn)流為宜。
[0027]當然，以上只是本實用新型的具體應(yīng)用范例，本實用新型還有其他的實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型所要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，其特征在于:它包括一個用于壓入野地斜坡地表土中的同心雙環(huán)結(jié)構(gòu)的斜坡入滲環(huán)(3)和一個用于使斜坡入滲環(huán)(3)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)中的降雨量自適應(yīng)等于飽和無積水入滲量的同樣是同心雙環(huán)結(jié)構(gòu)的降雨筒(2)以及兩個用于向降雨筒(2)的雙環(huán)中供水的馬里奧特水箱(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，其特征在于:所述馬里奧特水箱(I)用一個水箱支架(11)托起并包括一個用于裝水的保溫水箱(6 )及設(shè)置在保溫水箱(6 )的一側(cè)面的水位刻度管(7)，在保溫水箱(6)的底部側(cè)面設(shè)有一根用于向降雨筒(2)中供水的供水管(9 )，該供水管(9 )設(shè)有出水閥門(8 );在保溫水箱(6 )的頂部設(shè)有一個水箱密封蓋(4)和一條馬里奧特通氣管(5)，馬里奧特通氣管(5)連接一條用于與所述斜坡入滲環(huán)(3)通氣的雙環(huán)通氣管(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，其特征在于:所述雙環(huán)通氣管(10)的底部開口設(shè)于斜坡入滲環(huán)(3)內(nèi)土表面最低端處。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，其特征在于:所述降雨筒(2)設(shè)有降雨筒外環(huán)(12)和降雨筒內(nèi)環(huán)(13)，在降雨筒外環(huán)(12)中設(shè)有外環(huán)多層式多孔網(wǎng)板(16)，在降雨筒內(nèi)環(huán)(13)中設(shè)有內(nèi)環(huán)多層式多孔網(wǎng)板(15);兩個馬里奧特水箱(I)中其中一個的供水管(9)底部位于外環(huán)多層式多孔網(wǎng)板(16)上，另一個的供水管(9)底部位于內(nèi)環(huán)多層式多孔網(wǎng)板(15)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，其特征在于:所述降雨筒(2)設(shè)有使其能夠在斜坡上方保持水平的降雨筒支架(17);所述降雨筒(2)頂部設(shè)有降雨筒有機玻璃蓋(14);所述降雨筒(2)底部環(huán)套有防蒸發(fā)罩(18)，所述防蒸發(fā)罩(18)的底部環(huán)套在所述斜坡入滲環(huán)(3)的外側(cè)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，其特征在于:所述供水管(9)通過設(shè)置在降雨筒外環(huán)(12)和降雨筒內(nèi)環(huán)(13)側(cè)邊的通孔從側(cè)邊伸入降雨筒內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的野外斜坡地表雙環(huán)入滲儀，其特征在于:所述斜坡入滲環(huán)(3)由同心的入滲環(huán)內(nèi)環(huán)(19)和入滲環(huán)外環(huán)(20)組成，所述防蒸發(fā)罩(18)的底部環(huán)套在入滲環(huán)外環(huán)(20)的外側(cè)面。
【文檔編號】G01N15/08GK204177712SQ201420653403
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】史鵬飛, 吳夢喜, 程鵬達, 程瑞林, 慕洪友, 何福娟, 蘇鵬, 張斌, 邱煥峰 申請人:中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司, 中國科學院力學研究所