用于测量低渗透土壤渗透系数的夹持装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于测量低渗透土壤渗透系数的夹持装置，该夹持装置包括其中设置有流体入口和第一通道的底座、环刀、环刀座、能够与环刀座的内表面配合的堵头、以及顶板，其中底座、环刀、环刀座和与环刀座的内表面配合的堵头共同限定一腔室。还提供了一种用于测量低渗透土壤渗透系数的系统，该系统包括：水罐；真空泵，其能够流体连通至真空泵；第一检测组件，其包括前述夹持装置；以及流量测量管。本发明专利技术避免了因采用大水力梯度而造成的土壤试样变形甚至被击穿的问题，同时采用防蒸发效应的微管流量测量方法，提高了实验测试精度和实验效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
用于测量低渗透土壤渗透系数的夹持装置及系统


[0001]本专利技术涉及一种用于测量低渗透土壤渗透系数的夹持装置，还涉及一种用于测量土壤渗透系数的系统。

技术介绍

[0002]准确测定以粘性土为代表的松散孔隙介质的渗透性，对我国广大冲积平原区地下水资源的区域水资源均衡分析、地下水水质保护、地面沉降等领域的科学研究和生产实践等方面具有十分重要的意义。由于粘性土渗透性低，例如粘性土的渗透系数低于10
‑5‑
10
‑7cm/s，因此，在常压条件下进行低渗透的松散孔隙介质的渗透性测试需要较长时间。
[0003]为了缩短测试时间，目前通用的实验室测试方法为加压渗透法，通常采用的水力梯度值为数百甚至几千。水力梯度是指沿水流方向上单位渗透途径上的水头损失。地下水在运动过程中要克服摩擦阻力，不断消耗机械能，从而产生水头损失。水力梯度也可理解为任意两点的水位差与该两点间的距离之比。
[0004]采用大水力梯度的方法虽然大大缩短了实验时长，但这样的实验方法将导致不期望的结果，例如在大水力梯度作用下，实验土样很容易发生力学变形，甚至被水力击穿。在这种实验土样变形或者被水流击穿的情况下，实验的结果将出现较大误差，从而影响分析的准确性。另外，大水力梯度计算的实验结果由于非达西流的影响，不能够客观代表实际天然渗流状态的土体的渗透性能。
[0005]另外，当前自动化技术被广泛应用于粘土渗透性测试的出口流量监测，其中自动化的监测需要采用传感器进行渗透过程的监测，虽然测试过程中仪器的测量精度较高，但对于粘土的渗透流动来说，出口处的每一次渗透流动的流量可能只有几毫升，因此即使仪器的测量误差很小，也会对测试结果带来很大的影响。某些实验通过采用高精度天平称量出流量的方法进行渗透流量监测，但由于渗透流量小，该方法出流的水分很容易受蒸发影响，进而造成结果的波动和不稳定。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本申请提供了一种用于测量低渗透土壤渗透系数的夹持装置，该夹持装置包括：底座，其中设置有流体入口和第一通道；环刀，其被底座支撑；环刀座，其被底座支撑，并且环刀座的内表面紧靠环刀的外表面，同时环刀座的底表面高于环刀的底表面；堵头，其能够与环刀座的内表面配合，并且流体出口和第二通道设置在堵头中；和顶板，其通过导向柱连接到底座，其中底座、环刀、环刀座和与环刀座的内表面配合的堵头共同限定一腔室。
[0007]在某个实施例中，堵头的外侧设置有压帽。
[0008]在某个实施例中，顶板还设置有压紧螺栓。
[0009]在某个实施例中，该夹持装置还包括多个密封件。
[0010]本申请还提供了一种用于测量低渗透土壤渗透系数的系统，该系统包括：水罐；真
空泵，其能够流体连通至水罐；第一检测组件，其包括前述用于测量土壤渗透系数的夹持装置；和流量测量管，其具有小孔径，其中第一检测组件的夹持装置的流体入口与水罐连通，并且第一检测组件的夹持装置的流体出口与流量测量管连通。
[0011]在某个实施例中，第一检测组件还包括第一流动控制阀、第二流动控制阀和第三流动控制阀，水罐通过第四阀和第一流动控制阀流体连通至夹持装置，并且夹持装置中的气体能够流动穿过第二流动控制阀、第一流动控制阀和第三阀到达真空泵。
[0012]在某个实施例中，第一检测组件还包括位移表，该位移表设置在夹持装置上。
[0013]进一步地，流量测量管的孔径小于1mm，例如0.8mm和0.6mm。
[0014]进一步地，流量测量管是软管。
[0015]在某个实施例中，该系统还包括一个或多个第二检测组件，第二检测组件与第一检测组件具有相同的配置。
[0016]本专利技术避免了因采用大水力梯度而造成的土壤试样变形甚至被击穿的问题，同时采用防蒸发效应的微管流量测量方法，提高了实验测试精度和实验效率。
[0017]本专利技术提出了针对低渗透松散孔隙介质的多路并行的高精度渗透实验系统，该系统可以在小水力梯度(数值在10以内)条件下，利用较短时间，高精度地完成批量的粘土渗透能力的测试。
附图说明
[0018]本专利技术将在图中示例性实施例的基础上进行更详细的讨论，其中：
[0019]图1示出了根据实施例的的用于测量土壤渗透系数的系统。
[0020]图2示出了根据实施例的夹持装置。
[0021]图3示出了夹持装置的底座的俯视图。
[0022]图4示出了夹持装置的底座沿图3中A
‑
A线的剖视图。
具体实施方式
[0023]图1示出了本专利技术的用于测量土壤渗透系数的系统的实施例。如图1所示，该系统可包括水罐31，水罐31流体连通至供水入口311使得用于实验测试的水可以引入该系统。水罐31设置有第一阀21，第一阀21配置为调节系统的气压，并将经由供水入口311进入水罐31的过量的水从水罐31排出。
[0024]水罐31可通过串联连接的第二阀22和第三阀23流体连通至真空泵11，真空泵11用于对整个系统抽真空，以使夹持装置中的土样充分脱气。水罐31还可通过串联连接的第四阀24和第一流动控制阀41流体连通至夹持装置60。可选地，连通至水罐31的第五阀25与第四阀24并联连接。
[0025]水罐31中的水可依次流动穿过第四阀24和第一流动控制阀41到达夹持装置60，夹持装置60中的气体也可依次流动穿过第二流动控制阀51、第一流动控制阀41和第四阀24到达真空泵11。
[0026]夹持装置60是用于容纳土壤试样的装置，其细节将在后文描述。夹持装置60上可设置有位移表71，位移表71用于检测土壤试样是否变形或被水流击穿。夹持装置60和位移表71被容纳在恒温箱100中。
[0027]夹持装置60可经由流体出口(如图2所示)流体连通至流量测量管9，并且第三流动控制阀81设置在夹持装置60和流量测量管9之间。
[0028]本系统的第一检测组件可包括第一流动控制阀41、第二流动控制阀51、夹持装置60、位移表71、第三流动控制阀81以及恒温箱100。为进一步提高测量精度，还可设置与第一检测组件配置类似或相同的一个或多个第二检测组件，第一检测组件和一个或多个第二检测组件的组合能够有效地减小因检测组件中的部件损坏导致的误差。
[0029]参考图1示出的本专利技术的用于测量土壤渗透系数的系统，本专利技术还公开了一种用于测量土壤渗透系数的方法。
[0030]在测试之前，所有的阀都处于关闭状态。
[0031]将土壤试样布置在夹持装置60中，并通过多个密封件使夹持装置60的各个部件紧密密封，然后将夹持装置60介入到管路中。打开供水入口311和第一阀21，将适量的水引入水罐31中，然后关闭供水入口311和第一阀21。在水罐31中具有适量的水后，开始对土壤试样和管路抽真空。具体地，打开第二阀22、第三阀23、第一流动控制阀41和第二流动控制阀51(此时，系统中的其它阀是关闭的)，并启动真空泵11，真空泵11在单次测试中可开启例如2小时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量低渗透土壤渗透系数的夹持装置，其特征在于，所述夹持装置包括：底座，其中设置有流体入口和第一通道；环刀，其被底座支撑；环刀座，其被底座支撑，并且环刀座的内表面紧靠环刀的外表面，同时环刀座的底表面高于环刀的底表面；堵头，其能够与环刀座的内表面配合，并且流体出口和第二通道设置在堵头中；和顶板，其通过导向柱连接到底座，其中底座、环刀、环刀座和与环刀座的内表面配合的堵头共同限定一腔室。2.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，堵头的外侧设置有压帽。3.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，顶板还设置有压紧螺栓。4.根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述夹持装置还包括多个密封件。5.一种用于测量低渗透土壤渗透系数的系统，其特征在于，所述系统包括：水罐；真空泵，其能够流体连通至水罐；第一检测组件，其包括根据权利要求1所述的用于测量低渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福刚，于策廷，管小桐，孙璟玮，程中乐，王贺，王耀辉，袁益龙，田海龙，封官宏，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：