本發(fā)明涉及地質(zhì)工程和土工試驗儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種土壤檢測多功能自動滲透儀。

背景技術(shù)：

土壤滲透儀可測定粘土的滲透性能。一般是在變水頭下進(jìn)行滲透試驗的?，F(xiàn)有的土壤滲透儀都為手動測試儀，主要由空壓機、調(diào)壓閥、壓力表、百分表、計量管、底座、透水石、環(huán)刀、橡膠止水圈、定向片、壓緊圈、導(dǎo)向環(huán)、傳壓帽、鋼球、套環(huán)、供水箱及集水箱組成。

一般的土壤檢測滲透儀的注入系統(tǒng)采用的氣源作為動力與模型系統(tǒng)以及儲液容器的連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜繁瑣，管道之間無法共用同一氣源；且一般采用的儲液容器中沒有設(shè)置隔塞，空氣作為動力源與滲透液體相接觸，有時由于氣體存在雜質(zhì)會對土樣層的測量產(chǎn)生影響；除此之外，一般的測量土壤滲透儀不能控制實驗時溫度，且固結(jié)壓力和水頭壓力及固結(jié)變形量都是指針表頭顯示，讀數(shù)精度低，而且壓力控制不穩(wěn)。計量管中的水位由于個人的視線高低讀數(shù)誤差很大。實驗結(jié)果需要記錄計量管高度和計量管體積差、滲透時間等數(shù)據(jù)，然后按公式進(jìn)行計算測試結(jié)果，測試過程繁瑣，測試結(jié)果精度低。

如中國專利號201520597501.2所述的一種草地土壤滲透儀，草地土壤滲透儀包括供水部件和接水部件，所述供水部件由量筒、量筒刻度、通水孔、閥門和儀表盤構(gòu)成 ；所述接水部件由扣口、橡膠密封圈、環(huán)刀構(gòu)成；該滲透儀的測量讀數(shù)采用的計量讀數(shù)的方式容易存在誤差，且測量的結(jié)果需要大量的記數(shù)和計算，過程繁瑣復(fù)雜需要大量的時間來分析計算，系統(tǒng)化和自動化程度低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種土壤檢測多功能自動滲透儀，采用自動化、數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集處理方式，采用恒溫箱模擬自然狀況下土壤的溫度，可無人值守自動完成測試數(shù)據(jù)的采集和分析，形成數(shù)據(jù)庫、報表和曲線圖以便靈活應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種土壤檢測多功能自動滲透儀，其創(chuàng)新點在于：該自動滲透儀包括注入系統(tǒng)、模型系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)組成；

所述注入系統(tǒng)包括儲液容器、調(diào)壓閥、控制閥和泄壓閥；所述儲液容器中間設(shè)置有隔塞將儲液容器分為氣腔和液腔，氣腔上設(shè)置有進(jìn)氣口；液腔上設(shè)置有出液口，液腔中放置有用于滲透模型系統(tǒng)中土樣的滲透液體，液腔的出液口通過液管連接在模型系統(tǒng)的土樣夾持器上；所述調(diào)壓閥與氣源相連，氣源經(jīng)過調(diào)壓閥分為三路輸出；氣源第一條輸出路線與模型系統(tǒng)的氣缸上進(jìn)氣口相連；氣源的第二條輸出路線與模型系統(tǒng)的氣缸下進(jìn)氣口相連；氣源的第三條輸出路線與儲液容器氣腔的進(jìn)氣口相連；氣源的三條氣路上均設(shè)置有泄壓閥和控制閥，液管上也設(shè)置有控制閥，三條氣路共用一個氣源；

所述模型系統(tǒng)包括恒溫箱、氣缸和土樣夾持器；氣缸和土樣夾持器均設(shè)置在恒溫箱中；所述氣缸通過支撐架安裝在夾持器的上方，氣缸上設(shè)置有上進(jìn)氣口和下進(jìn)氣口，氣缸的輸出端連接有一活塞桿；所述土樣夾持器具有一個容納土樣的內(nèi)腔，內(nèi)腔的下方設(shè)置有滲透液體流進(jìn)口，內(nèi)腔中設(shè)置有一固結(jié)活塞，固結(jié)活塞的頂端與活塞桿的底端相連，固結(jié)活塞上設(shè)置有滲透液體流出口；固結(jié)活塞通過氣缸活塞桿的推動與內(nèi)腔滑動配合對置于內(nèi)腔中的土樣進(jìn)行壓力控制；

所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括電子天平、液體收集罐、溫度傳感器、壓力傳感器、位移顯示表和計算機；電子天平位于模型系統(tǒng)旁側(cè)，稱量液體收集罐；滲透液體滲透過土樣夾持器并通過收集管道將滲透液收集到液體收集罐中；溫度傳感器安裝在模型系統(tǒng)的恒溫箱中；儲液容器的出液口以及氣缸的上進(jìn)氣口均設(shè)置有壓力傳感器；位移顯示表安裝在氣缸上監(jiān)測氣缸的位移；溫度傳感器、壓力傳感器、電子天平和位移顯示表均通過RS232接口與計算機通訊。

進(jìn)一步的，所述土樣夾持器包括下環(huán)刀座、上環(huán)刀座、鎖緊帽、固結(jié)活塞和取樣環(huán)刀；

所述下環(huán)刀座呈下端封閉的環(huán)形圓柱筒狀結(jié)構(gòu)，下環(huán)刀座的內(nèi)壁上設(shè)置有取樣環(huán)刀環(huán)形限位臺面，下環(huán)刀座底部的中心位置設(shè)置有向下環(huán)刀座側(cè)壁延伸且呈L型的滲透液體流進(jìn)口，下環(huán)刀座的上端設(shè)置有封閉環(huán)形斜面，下環(huán)刀座的外壁上設(shè)置有螺紋；

所述取樣環(huán)刀呈圓環(huán)筒狀，取樣環(huán)刀的底端置于下環(huán)刀座的取樣環(huán)刀限位環(huán)形臺面上；

所述上環(huán)刀座呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，上環(huán)刀座位于取樣環(huán)刀的外側(cè)且上環(huán)刀座的底端與下環(huán)刀座上端的封閉環(huán)形斜面連接，上環(huán)刀座與下環(huán)刀座的銜接封閉環(huán)形斜面處設(shè)置有密封圈；上環(huán)刀座的內(nèi)壁上設(shè)置有取樣環(huán)刀頂端的定位臺階面；上環(huán)刀座的外壁上設(shè)置有鎖緊帽環(huán)形限位臺面；所述上環(huán)刀座的內(nèi)壁、取樣環(huán)刀的內(nèi)壁和下環(huán)刀座的內(nèi)壁銜接處呈環(huán)形光滑過渡；

所述鎖緊帽呈圓筒狀結(jié)構(gòu)位于下環(huán)刀座和上環(huán)刀座的外側(cè)，鎖緊帽的內(nèi)壁底端上設(shè)置有螺紋，在鎖緊帽螺紋的上方設(shè)置有環(huán)形壓緊臺面，通過擰緊鎖緊帽底端的螺紋與下環(huán)刀座外壁上設(shè)置的螺紋，使鎖緊帽螺紋上方的環(huán)形壓緊臺面緊壓在上環(huán)刀座外壁上的鎖緊帽環(huán)形限位臺面上，實現(xiàn)對取樣環(huán)刀和上環(huán)刀座的固定；位于取樣環(huán)刀中土樣的上下兩端均設(shè)置有透水石層。

進(jìn)一步的，所述取樣環(huán)刀其上端呈環(huán)形刀狀口，便于取樣環(huán)刀切入土層進(jìn)行取樣。

進(jìn)一步的，所述土樣夾持器的內(nèi)腔底面與固結(jié)活塞的底面上均設(shè)置有若干道凹槽。

進(jìn)一步的，所述固結(jié)活塞與土樣夾持器的內(nèi)腔接觸處設(shè)置有止水圈。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：1）該土壤檢測多功能自動滲透儀，通過采用數(shù)字化、模塊化的采集和處理系統(tǒng)為整個滲透儀提供了精確的測量和控制的數(shù)據(jù)，采用恒溫箱模擬自然狀況下土壤的溫度，使得測量結(jié)果更加精確，同時無需大量的繁瑣測試過程人員駐守便可形成數(shù)據(jù)庫、報表和曲線圖以便靈活應(yīng)用。

2）儲液容器通過隔塞將儲液容器的氣腔和液腔分隔，避免了氣源中的雜質(zhì)混入到滲透液體中，對土樣的檢測造成影響；通過設(shè)置有恒溫箱模擬土樣層在自然狀態(tài)下的溫度狀況，提高了檢測土樣的滲透性和科學(xué)性。

3）土樣夾持器的內(nèi)腔底面與固結(jié)活塞的底面上均設(shè)置有若干道凹槽，便于滲透液的流入；透水石放置在取樣環(huán)刀中土樣的上下兩端，便于滲透液從底端均勻分布穿過透水石層，從而使水流更加均勻的滲透取樣環(huán)刀中的土樣使得測量結(jié)果更加精確。

4）固結(jié)活塞與土樣夾持器的內(nèi)腔接觸處設(shè)置有止水圈，增加土樣夾持器的密封性，防止?jié)B透液體滲漏，提高滲透流量的監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，測量數(shù)據(jù)更加精確。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為土壤檢測多功能自動滲透儀的系統(tǒng)圖。

圖2為土壤檢測多功能自動滲透儀的模型系統(tǒng)的裝配立體圖。

圖3為土樣檢測多功能自動滲透儀的模型系統(tǒng)的剖視圖。

圖4為土樣檢測多功能自動滲透儀局部放大圖。

圖5為土樣檢測多功能自動滲透儀下環(huán)刀座的剖視圖。

圖6為土樣檢測多功能自動滲透儀下環(huán)刀座的俯視圖。

圖7為土樣檢測多功能自動滲透儀活塞的剖視圖。

圖8為土樣檢測多功能自動滲透儀活塞的仰視圖。

圖9為土樣檢測多功能自動滲透儀取樣環(huán)刀的剖視圖。

圖10為土樣檢測多功能自動滲透儀上環(huán)刀座的剖視圖。

圖11為土樣檢測多功能自動滲透儀鎖緊帽的剖視圖。

如圖1至圖11所示：1、注入系統(tǒng)；11、儲液容器；12、調(diào)壓閥；13、控制閥、14、泄壓閥；15、隔塞；16、氣腔；17、液腔；2、模型系統(tǒng)；21、氣缸；211、活塞桿；22、土樣夾持器；221、滲透液體流進(jìn)口；222、固結(jié)活塞；223、滲透液體流出口；224、下環(huán)刀座；2241、封閉環(huán)形斜面；225、上環(huán)刀座；2251、鎖緊帽環(huán)形限位臺面；226、鎖緊帽；2261、環(huán)形壓緊臺面；227、取樣環(huán)刀；228、取樣環(huán)刀環(huán)形限位臺面；229、取樣環(huán)刀定位臺階面；23、恒溫箱；24、內(nèi)腔；3、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；31、液體收集罐；32、溫度傳感器；33、壓力傳感器；34、電子天平；35位移顯示表；36、計算機； 4、密封圈；5、止水圈。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

如圖1至圖11所示的一種土壤檢測多功能自動滲透儀，該自動滲透儀包括注入系統(tǒng)1、模型系統(tǒng)2和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)3組成。

注入系統(tǒng)1包括儲液容器11、調(diào)壓閥12、控制閥13和泄壓閥14；所述儲液容器11中間設(shè)置有隔塞15將儲液容器分為氣腔16和液腔17，氣腔16上設(shè)置有進(jìn)氣口；液腔17上設(shè)置有出液口，液腔17中放置有用于滲透模型系統(tǒng)中土樣的滲透液體，液腔17的出液口通過液管連接在模型系統(tǒng)2的土樣夾持器22上；所述調(diào)壓閥12與氣源相連，氣源經(jīng)過調(diào)壓閥12分為三路輸出；氣源第一條輸出路線與模型系統(tǒng)2的氣缸21的上進(jìn)氣口相連；氣源的第二條輸出路線與模型系統(tǒng)2的氣缸21下進(jìn)氣口相連；氣源的第三條輸出路線與儲液容器11氣腔16的進(jìn)氣口相連；氣源的三條氣路上均設(shè)置有泄壓閥14和控制閥13，液管上也設(shè)置有控制閥13，三條氣路共用一個氣源。

模型系統(tǒng)2包括恒溫箱23、氣缸21和土樣夾持器22；氣缸21和土樣夾持器22均設(shè)置在恒溫箱23中；所述氣缸21通過支撐架安裝在夾持器22的上方，氣缸21上設(shè)置有上進(jìn)氣口和下進(jìn)氣口，氣缸21的輸出端連接有一活塞桿211；所述土樣夾持器22具有一個容納土樣的內(nèi)腔24，內(nèi)腔24的下方設(shè)置有滲透液體流進(jìn)口221，內(nèi)腔中設(shè)置有一固結(jié)活塞222，固結(jié)活塞222的頂端與活塞桿211的底端相連，固結(jié)活塞222上設(shè)置有滲透液體流出口223；固結(jié)活塞222通過氣缸21活塞桿211的推動與內(nèi)腔24滑動配合對置于內(nèi)腔24中的土樣進(jìn)行壓力控制。

數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)3包括電子天平34、液體收集罐31、溫度傳感器32、壓力傳感器33、位移顯示表35和計算機36；電子天平34位于模型系統(tǒng)2旁側(cè)，稱量液體收集罐31；滲透液體滲透過土樣夾持器22并通過收集管道將滲透液收集到液體收集罐31中；溫度傳感器32安裝在模型系統(tǒng)的恒溫箱23中；儲液容器11的出液口以及氣缸21的上進(jìn)氣口均設(shè)置有壓力傳感器33；位移顯示表35安裝在氣缸21上監(jiān)測氣缸21的位移；溫度傳感器32、壓力傳感器33、電子天平34和位移顯示表35均通過RS232接口與計算機36通訊。

土樣夾持器22包括下環(huán)刀座224、上環(huán)刀座225、鎖緊帽226、固結(jié)活塞222和取樣環(huán)刀227。

下環(huán)刀座224呈下端封閉的環(huán)形圓柱筒狀結(jié)構(gòu)，下環(huán)刀座224的內(nèi)壁上設(shè)置有取樣環(huán)刀環(huán)形限位臺面228，下環(huán)刀座224底部的中心位置設(shè)置有向下環(huán)刀座224側(cè)壁延伸且呈L型的滲透液體流進(jìn)口221，下環(huán)刀座224的上端設(shè)置有封閉環(huán)形斜面2241，下環(huán)刀座224的外壁上設(shè)置有螺紋。

取樣環(huán)刀227呈圓環(huán)筒狀，取樣環(huán)刀227的底端置于下環(huán)刀座224的取樣環(huán)刀限位環(huán)形臺面228上。

上環(huán)刀座225呈圓筒狀結(jié)構(gòu)，上環(huán)刀座225位于取樣環(huán)刀227的外側(cè)且上環(huán)刀座225的底端與下環(huán)刀座224上端的封閉環(huán)形斜面2241連接，上環(huán)刀座225與下環(huán)刀座224的銜接封閉環(huán)形斜面處設(shè)置有密封圈4；上環(huán)刀座225的內(nèi)壁上設(shè)置有取樣環(huán)刀頂端的定位臺階面229；上環(huán)刀座225的外壁上設(shè)置有鎖緊帽環(huán)形限位臺面2251；所述上環(huán)刀座225的內(nèi)壁、取樣環(huán)刀227的內(nèi)壁和下環(huán)刀座224的內(nèi)壁銜接處呈環(huán)形光滑過渡。

鎖緊帽226呈圓筒狀結(jié)構(gòu)位于下環(huán)刀座224和上環(huán)刀座225的外側(cè)，鎖緊帽226的內(nèi)壁底端上設(shè)置有螺紋，在鎖緊帽226螺紋的上方設(shè)置有環(huán)形壓緊臺面2261，通過擰緊鎖緊帽226底端的螺紋與下環(huán)刀座224外壁上設(shè)置的螺紋，鎖緊帽226螺紋上方的環(huán)形壓緊臺面2261緊壓在上環(huán)刀座225外壁上的鎖緊帽環(huán)形限位臺面2251上，實現(xiàn)對取樣環(huán)刀227和上環(huán)刀座225的固定；位于取樣環(huán)刀227中土樣的上下兩端均設(shè)置有透水石層。

取樣環(huán)刀227其上端呈環(huán)形刀狀口，便于取樣環(huán)刀切入土層進(jìn)行取樣。

土樣夾持器22的內(nèi)腔24底面與固結(jié)活塞222的底面上均設(shè)置有若干道凹槽，透水石放置在取樣環(huán)刀227中土樣的上下兩端，便于滲透液從底端均勻分布穿過透水石層，從而使?jié)B透液更加均勻的滲透取樣環(huán)刀227中的土樣使得測量結(jié)果更加精確。

固結(jié)活塞222與土樣夾持器22的內(nèi)腔24接觸處設(shè)置有止水圈5，增加土樣夾持器的密封性，防止?jié)B透液體滲漏，提高流量的監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，測量數(shù)據(jù)更加精確。

該土壤檢測多工能自動滲透儀的工作原理是：

（1）取樣：先將取樣環(huán)刀內(nèi)壁均勻涂一層凡士林，用取樣環(huán)刀削取原狀土樣，頂、底面貼上濾紙，放在兩塊透水石中間，用飽和架夾緊，放到飽和器中進(jìn)行真空飽和即抽真空1～2小時，飽水24小時，砂土可直接放到滲壓容器中滲透飽和。

(2)打開儀器電源，放松調(diào)壓閥，防止打開氣源時，較大的壓力突然加于試樣上，然后打開氣源開關(guān)并打開儀器總進(jìn)氣閥。

(3)裝樣：先從恒溫箱中將土樣夾持器取出，再將儲液容器注進(jìn)滲透液體，然后打開氣缸開關(guān)和儲液容器出液開關(guān)，緩慢調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，使位于土樣下方的透水石飽和后即透水石上滲出一層水膜，快速關(guān)上儲液容器出液開關(guān)。將飽和好的土樣，刀口向上，放在土樣夾持器的下環(huán)刀座上，套上橡膠止水圈和上環(huán)刀座、再擰緊鎖緊帽，然后放上透水石，將土樣夾持器放入恒溫箱中并卡緊。

(4)打開空壓機，輸入空氣壓力；按地層深度，選擇固結(jié)壓力和恒溫箱溫度，緩緩地旋轉(zhuǎn)固結(jié)調(diào)壓閥，待固結(jié)位移顯示數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，調(diào)節(jié)水頭壓力調(diào)壓閥，打開儲液容器出液開關(guān)，觀察土樣夾持器出口管線沒有氣泡至連續(xù)出液；同時特別要注意天平上液體收集罐不要溢到天平上，以防損壞天平。

(5)打開計算機，然后打開天平開關(guān)，之后打開儀器軟件，輸入基本參數(shù)，輸入采集周期并確認(rèn)，記錄數(shù)據(jù)。觀察滲透系數(shù)變化，待穩(wěn)定后，實驗結(jié)束，再保存，將數(shù)據(jù)保存好；根據(jù)實驗要求，可調(diào)節(jié)不同固結(jié)壓力、不同溫度進(jìn)行實驗。

(6)實驗結(jié)束后退出，關(guān)閉儀器軟件。關(guān)閉固結(jié)氣缸開關(guān)，關(guān)閉加熱、風(fēng)機、儲液容器出液開關(guān)、總進(jìn)氣開關(guān)；卸掉固結(jié)壓力和水頭壓力；按固結(jié)放空和儲液容器放空，然后關(guān)閉電源和空壓機開關(guān)；取出土樣夾持器，將試樣取出，土樣夾持器洗凈擦干。液體收集罐倒掉洗凈。

本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。