一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置，其特征在于，包括容土單元、供水裝置和智能測試單元，所述容土單元包括圓柱形玻璃筒、滲水閥門、圓柱形底座、滲水管和金屬孔板；供水單元包括恒壓水泵、水管、噴頭依次連接；智能測試單元包括含水率傳感器、滲水量傳感器和水壓力傳感器并分別通過信號接收器與計(jì)算機(jī)連接；所述供水單元位于容土單元的正上方；所述圓柱形玻璃筒內(nèi)自下而上設(shè)有多個相等高度的土體分層結(jié)構(gòu)，每個分層結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁上分別設(shè)有含水率傳感器、滲水量傳感器和水壓力傳感器。本實(shí)用新型能夠簡便而又精確地測試土體分層滲透特性狀況，既可節(jié)約大量的人力成本，又可節(jié)約時間成本，適用于替代本領(lǐng)域的現(xiàn)有產(chǎn)品。
【專利說明】
一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于室內(nèi)滲透試驗(yàn)研究技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于土體分層滲透 特性分析的智能測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，大多數(shù)地質(zhì)災(zāi)害及巖土工程中發(fā)生的事故都與土中水有關(guān)。土中水 的增加會使非飽和土的基質(zhì)吸力銳減;部分巖土軟化，土的結(jié)構(gòu)破壞；當(dāng)發(fā)生滲流時還可能 由于滲透力的作用而增加許多不利因素。目前試驗(yàn)室對土的滲透特性測試主要有常水頭滲 透試驗(yàn)和變水頭滲透試驗(yàn)，傳統(tǒng)的滲透試驗(yàn)，砂性土和粘性土需要分開來做，不能實(shí)現(xiàn)在于 一種儀器上測試出土的滲透特性且普通的室內(nèi)滲透試驗(yàn)不能測試分層土體的滲透特性。土 的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個重要的物理指標(biāo)，而普通的室內(nèi)滲透試驗(yàn)不能實(shí)時測試 土層飽和前的含水量。中國專利申請201220321449.4公開的一種"一種土料滲透特性智能 測試系統(tǒng)"，它雖然具有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，于常水頭滲透試驗(yàn)和變水頭滲透試驗(yàn)于一體，但還 是存在以下不足:一是不能實(shí)現(xiàn)土體的分層，沒有監(jiān)測各層土試驗(yàn)時過土層橫截面的水流 量;二是不能監(jiān)測試驗(yàn)過程中各層土飽和前含水率的變化。中國專利申請201220655588.0 公開的一種"一種新型常水頭滲透儀"，它雖然實(shí)現(xiàn)了對土體的分層，但還是存在以下不足： 一是該儀器只能用于砂性土，不能對粘性土的滲透特性進(jìn)行測試，對土的性質(zhì)要求單一;二 是缺少數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不能在試驗(yàn)過程中對通過各層土橫截面的水流量進(jìn)行測試。
[0003] 綜上所述，探索一種集性能可靠、智能化程度高、觀測精度高、數(shù)據(jù)量充足、使用簡 便和成本可控等為一體的新型土體分層滲透特性分析的測試裝置，是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足而提供一種用于土體分層滲 透特性分析的智能測試裝置，本實(shí)用新型能夠簡便而又精確地測試土體分層滲透特性狀 況，既可節(jié)約大量的人力成本，又可節(jié)約時間成本，適用于替代本領(lǐng)域的現(xiàn)有產(chǎn)品。
[0005] 根據(jù)本實(shí)用新型提出的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置，其特征 在于，包括容土單元、供水裝置和智能測試單元，所述容土單元包括圓柱形玻璃筒、滲水閥 門、圓柱形底座、滲水管和金屬孔板;所述圓柱形玻璃筒設(shè)置在圓柱形底座的上部，該圓柱 形玻璃筒的底部設(shè)有金屬孔板，圓柱形玻璃筒的軸向外側(cè)壁上設(shè)有連接滲水管的滲水閥 門；供水單元包括恒壓水栗、水管、噴頭依次連接;智能測試單元包括含水率傳感器、滲水量 傳感器和水壓力傳感器并分別通過信號接收器與計(jì)算機(jī)連接;所述供水單元位于容土單元 的正上方;所述圓柱形玻璃筒內(nèi)自下而上設(shè)有多個相等高度的土體分層結(jié)構(gòu)，每個分層結(jié) 構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁上分別設(shè)有含水率傳感器、滲水量傳感器和水壓力傳感器。
[0006] 本實(shí)用新型的智能測試裝置的實(shí)現(xiàn)原理是:本實(shí)用新型在使用中，首先將裝填土 樣置于容土單元的圓柱形玻璃筒中，以達(dá)西定律為依據(jù)，打開恒壓水栗使噴嘴能夠向圓柱 形玻璃筒注入水流量，從外部觀察并記錄各層土開始滲透時間直至滲透結(jié)束，拿量筒接各 滲水管滲出的水量，與經(jīng)智能測試單元的數(shù)據(jù)采集處理后記錄的時間和流量進(jìn)行比較，得 到提供測試評價(jià)的范圍。
[0007] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：
[0008] 一是本實(shí)用新型能夠以簡便而又精確地測試室內(nèi)土體分層滲透狀況，填補(bǔ)了本領(lǐng) 域現(xiàn)有土體分層滲透特性分析監(jiān)測裝置的空白。
[0009] 二是本實(shí)用新型通過智能測試裝置可以監(jiān)測分層土在飽和前的含水率和實(shí)時監(jiān) 測分層土體在滲透試驗(yàn)過程中的通過各層橫截面的水流量和水壓力，其定位精度具有顯著 的優(yōu)越性。
[0010]三是本實(shí)用新型既可以測試砂性土的滲透特性分析，又可以測試粘性土的滲透特 性分析，對土體類型的適應(yīng)性強(qiáng)。
[0011] 四是本實(shí)用新型還在提出的用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置的基礎(chǔ) 上，進(jìn)一步公開了測量方法和評價(jià)方法，是一個完整的室內(nèi)監(jiān)測測試系統(tǒng)，操作簡便、快速， 測試精確、可靠，既節(jié)約了大量的人力成本，又節(jié)約了時間成本。適用于替代本領(lǐng)域的現(xiàn)有 廣品。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型提出的一種用于土體分層滲透特性分析的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0013] 圖2是本實(shí)用新型提出的供水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖3是本實(shí)用新型提出的容土裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖4是本實(shí)用新型提出的智能測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0017] 結(jié)合圖1-4,本實(shí)用新型提出的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置， 包括容土單元、供水裝置和智能測試單元，所述容土單元包括圓柱形玻璃筒(4)、滲水閥門 (5)、圓柱形底座(9)、滲水管(6)和金屬孔板(11);所述圓柱形玻璃筒(4)設(shè)置在圓柱形底座 (9)的上部，該圓柱形玻璃筒(4)的底部設(shè)有金屬孔板（11)，圓柱形玻璃筒(4)的軸向外側(cè)壁 上設(shè)有連接滲水管(6)的滲水閥門（5);供水單元包括恒壓水栗（1)、水管(2)、噴頭(3)依次 連接;智能測試單元包括含水率傳感器(7)、滲水量傳感器(8)和水壓力傳感器（12)并分別 通過信號接收器（13)與計(jì)算機(jī)（10)連接;所述供水單元位于容土單元的正上方;所述圓柱 形玻璃筒(4)內(nèi)自下而上設(shè)有多個相等高度的土體分層結(jié)構(gòu)，每個分層結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁上分 別設(shè)有含水率傳感器(7)、滲水量傳感器(8)和水壓力傳感器。
[0018] 實(shí)施例1。本實(shí)用新型提出的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置的 主要部件的設(shè)計(jì)參數(shù)和要求進(jìn)一步公開如下：
[0019] 本實(shí)用新型所述的圓柱形玻璃筒（4)的材質(zhì)為透明有機(jī)玻璃、高度為lm、內(nèi)徑為 20cm;所述圓柱形玻璃筒(4)的底部設(shè)有向下凹的凹槽、該凹槽的高度為2cm;所述金屬孔板 (11)與圓柱形玻璃筒(4)底部之間的距離為2cm，金屬孔板（11)的直徑為19.8cm、孔的內(nèi)徑 為2mm;所述圓柱形玻璃筒(4)的側(cè)邊設(shè)有多個口徑為0.5cm的滲水閥門（5)，以8-10個滲水 閥門（5)為佳，本實(shí)施例1采用9個滲水閥門（5)，相鄰的兩個滲水閥門（5)之間的距離均為 12cm;所述最上部的滲水閥門（5)與圓柱形玻璃筒(4)頂部之間的距離為3cm;最下部的滲水 閥門（5)與凹槽底部之間的距離為lcm;各滲水閥門（5)外接長度為1.5m的滲水管(6)，該滲 水管(6)可采用塑料軟管;含水率傳感器(7)設(shè)置于圓柱形玻璃筒(4)的左側(cè)內(nèi)壁，滲水流量 傳感器(8)和水壓力傳感器(12)分別設(shè)置于圓柱形玻璃筒(4)的右側(cè)內(nèi)壁，所述的各個傳感 器均與各個相等高度的土體分層結(jié)構(gòu)中的土體層相連接;所述恒壓水栗（1)和噴頭(3)的材 質(zhì)為金屬材料，水管(2)的材質(zhì)為硬塑料;所述含水率傳感器(7)可采用的型號HX49系列，滲 水流量傳感器⑶可采用FTB300系列，水壓力傳感器（12)可采用PX81系列，信號接收器（13) 可采用0M系列，計(jì)算機(jī)(10)可采用Dell臺式機(jī)等。
[0020] 實(shí)施例2。本實(shí)用新型提出的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置的 測量方法，包括如下基本步驟：
[0021] 步驟1，組裝智能測試裝置:先將圓形底座(9)水平設(shè)置，將容土單元的圓柱形玻璃 筒(4)固定在圓形底座（9)上，金屬孔板（11)水平設(shè)置在距離圓柱形玻璃筒(4)底部的2cm 處，所述滲水管(6)與各個滲水閥門（5)緊密連接;將供水裝置恒壓水栗（1)、水管(2)、噴嘴 (3) 依次連接，該供水裝置設(shè)于圓柱形玻璃筒(4)的正上方;所述圓柱形玻璃筒(4)內(nèi)自下而 上設(shè)有多個相等高度的土體分層結(jié)構(gòu)，每個分層結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁上分別設(shè)有含水率傳感器 (7) 、滲水量傳感器(8)和水壓力傳感器;所述含水率傳感器(7)、滲水量傳感器(8)和水壓力 傳感器(12)還分別通過信號接收器(13)與計(jì)算機(jī)(10)連接；
[0022] 步驟2,檢查智能測試裝置狀態(tài)：圓形底座(9)保持水平設(shè)置;滲水管(6)與各個滲 水閥門（5)可靠連接;供水單元能夠正常出水，恒壓水栗（1)、水管(2)、噴嘴(3)依次可靠連 接且無漏氣;金屬孔板（11)水平設(shè)置且無傾斜;所述包括含水率傳感器(7)、滲水量傳感器 (8) 、水壓力傳感器(12)、信號接收器(13)和計(jì)算機(jī)(10)組成的智能測試單元運(yùn)行正常； [0023]步驟3,安放測試土樣:將測試土樣分層放入圓柱形玻璃筒(4)中，從圓柱形玻璃筒 (4) 的外部可清晰地看到測試土樣的分層狀況，每層測試土樣放好后，擊實(shí)至預(yù)定的密度； 打開供水單元能夠正常出水且無漏氣現(xiàn)象;所述含水率傳感器(7)、滲水量傳感器(8)和水 壓力傳感器(12)分別通過信號接收器（13)將采集的數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)（10)處理，最后由計(jì)算 機(jī)(10)顯示數(shù)據(jù)；
[0024] 步驟4,測試試驗(yàn):打開恒壓水栗（1)使噴嘴(3)向圓柱形玻璃筒(4)注入水流量，各 層土樣開始滲透，先觀察計(jì)算機(jī)（10)上顯示的含水率變化情況，直至各層土樣達(dá)到飽和，再 觀察計(jì)算機(jī)（10)上顯示的壓力變化情況;記錄各層土樣開始滲水的時刻，并用量筒接各滲 水管(6)中的水流量;根據(jù)公式：
[0025]
[0026]可得各層土樣的滲透系數(shù)，其中:F為水壓力、P為水的密度、g為重力加速度、h為水 壓高度、k為滲透系數(shù)、Q為滲水量、L為土層高度、A為土層橫截面積、Δ h為高度差、t為時間；
[0027] 步驟5,穩(wěn)定性評價(jià):從外部觀察各層土樣開始滲透記錄時間并拿量筒接各滲水管 (6)滲出的水量，與經(jīng)智能測試單元的數(shù)據(jù)采集處理后記錄的時間和流量進(jìn)行比較，得到提 供測試評價(jià)的范圍。
[0028] 實(shí)施例3。本實(shí)用新型提出的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置的 測量方法的評價(jià)方法，包括如下基本評價(jià)內(nèi)容：
[0029] 評價(jià)1，精度:滲水量傳感器測得的水量與量筒接水量的誤差為26-30分的，測量誤 差彡1 %;誤差為21-25分的，測量誤差彡2%;誤差為11-20分的，測量誤差彡5%;誤差為0-10分，測量誤差>5% ;
[0030] 評價(jià)2,反應(yīng)時差:滲水量傳感器計(jì)時與秒表計(jì)時誤差為26-30分的，反應(yīng)誤差< 2s;誤差為21-25分的，反應(yīng)誤差<5s;誤差為11-20分的，反應(yīng)誤差< 10s;誤差為0-10分，反 應(yīng)誤差>10s;
[0031] 評價(jià)3,特異性:誤差為16-20分的，適用于所有土樣；誤差為11-15分的，適用于砂 性土和粘性土;誤差為6-10分的，只適用于砂性土或粘性土;誤差為0-5分的，任何土都不適 合；
[0032] 評價(jià)4,溫度影響：誤差為16-20分的，幾乎不受影響；誤差為11-15分的，受影響較 小;誤差為6-10分的，受影響小;誤差為0-5分，受影響較大；
[0033]表1，滲透儀效果評分細(xì)則：
[0034]
[0036]根據(jù)以上基本評價(jià)內(nèi)容進(jìn)行綜合打分并得到分?jǐn)?shù)總和，若：
[0037] (1)分?jǐn)?shù)在85-100分之間，則該測試裝置適用于室內(nèi)滲透試驗(yàn)；
[0038] (2)分?jǐn)?shù)在75-84分之間，則該測試裝置需要部分修改；
[0039] (3)分?jǐn)?shù)在60-74分之間，則該測試裝置需要修改測試原理；
[0040] (4)分?jǐn)?shù)低于60分，則該測試裝置不適用；
[0041]表2,滲透儀效果評估表：
[0042]
[0043] 最后，計(jì)算總得分。
[0044] 本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】中凡未涉到的說明屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)，可參考公 知技術(shù)加以實(shí)施。
[0045] 本實(shí)用新型經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了滿意的試用效果。
[0046] 以上【具體實(shí)施方式】及實(shí)施例是對本實(shí)用新型提出的一種用于土體分層滲透特性 分析的智能測試裝置技術(shù)思想的具體支持，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡是按 照本實(shí)用新型提出的技術(shù)思想，在本技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何等同變化或等效的改動， 均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置，其特征在于，包括容土單元、供水 裝置和智能測試單元，所述容土單元包括圓柱形玻璃筒(4)、滲水閥門（5)、圓柱形底座(9)、 滲水管(6)和金屬孔板（11);所述圓柱形玻璃筒(4)設(shè)置在圓柱形底座(9)的上部，該圓柱形 玻璃筒(4)的底部設(shè)有金屬孔板（11)，圓柱形玻璃筒(4)的軸向外側(cè)壁上設(shè)有連接滲水管 (6) 的滲水閥門（5);供水單元包括恒壓水栗（1)、水管(2)、噴頭(3)依次連接;智能測試單元 包括含水率傳感器(7)、滲水量傳感器(8)和水壓力傳感器（12)并分別通過信號接收器（13) 與計(jì)算機(jī)(10)連接;所述供水單元位于容土單元的正上方;所述圓柱形玻璃筒(4)內(nèi)自下而 上設(shè)有多個相等高度的土體分層結(jié)構(gòu)，每個分層結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁上分別設(shè)有含水率傳感器 (7) 、滲水量傳感器(8)和水壓力傳感器(12)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置，其特征在 于，所述圓柱形玻璃筒(4)的材質(zhì)為透明有機(jī)玻璃、高度為lm、內(nèi)徑為20cm。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置，其特征在 于，所述圓柱形玻璃筒(4)的底部設(shè)有向下凹的凹槽、該凹槽的高度為2cm。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置，其特征在 于，所述金屬孔板（11)與圓柱形玻璃筒(4)底部之間的距離為2cm;金屬孔板（11)的直徑為 19 · 8cm、孔的內(nèi)徑為2mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置，其特征在 于，所述圓柱形玻璃筒(4)的側(cè)邊設(shè)有多個口徑為0.5cm的滲水閥門（5)，相鄰的兩個滲水閥 門（5)之間的距離均為12cm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于土體分層滲透特性分析的智能測試裝置，其特征在 于，所述最上部的滲水閥門（5)與圓柱形玻璃筒(4)頂部之間的距離為3cm;最下部的滲水閥 門（5)與凹槽底部之間的距離為lcm〇
【文檔編號】G01N15/08GK205656097SQ201620475459
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月23日 公開號201620475459.1, CN 201620475459, CN 205656097 U, CN 205656097U, CN-U-205656097, CN201620475459, CN201620475459.1, CN205656097 U, CN205656097U
【發(fā)明人】劉瑾, 亓孝輝, 張達(dá), 馮巧, 汪勇, 王芊, 祁長青, 錢衛(wèi)
【申請人】河海大學(xué)