] 本实施例中，竖直轨道可以由水头调节固定装置支架和铁棍组成。水头调节固定 装置支架由角钢做成，在支架上设有4根铁棍。防蒸发盖的顶部为边长为26cm的方形有机玻 璃板，下部粘有两块可分别对应扣紧边长20cm方形土柱以及边长为lcm的方形水位观测管 的硅胶圈；防蒸发盖固定板内边长为20cm、外边长为26cm的同心方行有机玻璃板，且在一条 边的中心处有4cm长的缺口，防蒸发盖固定板用氯仿固定在方形土柱上;在防蒸发盖和防蒸 发盖固定板有机玻璃板上设有相对应的8个0.5cm的螺孔，将防蒸发盖盖在方形土柱上，硅 胶圈刚好扣入土柱与水位观测管内，通过固定螺丝可保证土柱的密封;在防蒸发盖上设有 排气孔，以防止在饱水过程中排气不充分，排气结束后，排气孔可平衡实验段内外气压。方 形土柱为内边长20cm、壁厚lcm、长150cm方形有机玻璃柱，且其中一侧面纵向方向上分布有 小孔，小孔的横向范围为2cm，与水位观测装置相连;在距土柱底部10cm处、全长140cm范围 内设有带孔有机玻璃板，有机玻璃板上下均粘有纱网；所选纱网以及带孔有机玻璃管对试 样的渗透影响可忽略不计;试样分层装在方形土柱内；土柱支架为四根高l〇cm的有机玻璃 板，通过氯仿与土柱底部连接。带孔有机玻璃板宽2cm、长140cm，通过在方形土柱1的一侧边 上从顶部向下140cm、横向中心2cm的范围内钻直径0.2cm的小孔实现;水位观测管由壁厚 1 cm、长140cm的3根有机玻璃板粘在方形土柱分布着小孔位置，从而形成内边长为1 cm的水 位观测管;在水位观测管的内壁上可有精度为lcm的刻度，共140个刻度11;实心有机玻璃管 粘贴在水位观测管的底部，防止出现通过水位观测管而直接下渗的现象。该水位观测管可 在实验段内的水位位于试样上或试样下时，均可顺利实现实时观测水位变化。盒体A何盒体 B均为高10cm的缺顶面的长方体盒，挡板A和挡板B均高8cm 〇
[0032] 本发明的可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪工作原理如下： [0033]根据达西定律，有：
[0034]
[0035] 式中：H( t)-随时间变化的水头差，同时也是渗流途径，cm;
[0036] A-过水断面面积，cm2;
[0037] Q (t)-随时间变化的流量，cm3/s;
[0038] K-渗透系数，cm/s。
[0039] 在dt时段内，通过圆柱断面的水体积为：
[0040]
[0041] 按照水均衡原理，通过圆柱断面的水体积为：
[0042] dV = -yAdH
[0043] 式中负号表示随着通过圆柱断面体积(V)的增加，水头(Η)值在减小。
[0044] 由上两式得：
[0045]
[0046] 则得：
[0047] Kdt = +ydH
[0048] 积分：
[0049]
[0050] 得：
[0051] Κ?=μ(Η〇-Η)
[0052] 记录水位位于Η时的t = tl，及其排出水的体积V，则有：
[0053]
[0054]
[0055] 本发明的可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪的工作步骤如下：
[0056] 1、采集试样：
[0057] 采集实验所需试样，备用；同时，利用环刀取原状试样，利用烘干-称重法测定其干 密度Vd。
[0058] 2、制备试样：
[0059] 把试样风干、捣碎及过筛(孔径为2_孔径），备用。
[0060] 3、湿润试样：
[0061 ]在拌土容器中铺一层过筛风干后的试样，用喷壶均匀洒水;然后，再铺一层试样， 再洒一层水，以此方法将试样全部湿润，之后加盖闷一夜，外层再套一塑料袋防止蒸发并使 水分在试样中重分布。
[0062] 4、测试样初始质量含水率：
[0063]将湿润好的试样充分混匀，在不同的位置取少量土样装入已知质量的小铝盒中， 做5个平行。用天平称重后放入烘箱中105°C烘干12h至恒重，待冷却后称质量，计算质量含 水率0m。
[0064] 5、装填土柱：
[0065]根据方形土柱的的边长D、长度L以及干密度i/d、初始含水率0m，按公式m装填= D2 · Vd · (1+θπι)计算出装填质量，分段(每层5cm)等质量装填土柱，层间打毛，防止层间流 失的形成。
[0066] 6、饱和土柱：
[0067] 将可控水头供水装置与可控水头排水装置分别与供水孔与排水孔连接，关闭供水 阀与排水阀，盖上防蒸发盖后，旋紧螺丝，在确保密封的情况下，将通气孔与抽真空栗连接， 在抽真空栗工作的情况下。首先将可控水头供水装置调节至于试样底部平行的位置，后打 开供水阀，逐渐升高可控水头供水装置，直到到达试样顶部，关掉抽真空栗，并断开抽真空 栗与通气孔，使通气孔连接大气，最后关闭供水阀。以确保在饱水过程中试样内排气完全， 使土柱孔隙充分饱水。
[0068] 7、测试过程：
[0069] 选取试验底部为零基准面，垂直向上为正，则：
[0070] (1)将可控水头排水装置调节至与试样底部平行的位置；
[0071] (2)打开排水阀，当水位观测孔的水位与试样顶部的距离大于试样的毛细上升高 度he时，记录此时的时间为t = 0,水位高度为H0,并将量筒放在可控水头排水装置的溢流孔 位置处，开始接水。
[0072] (3)过一段时间后，水位下降至Η处，记录此时的时间t = 11，及11时间段内排出的 水的体积V。
[0073]上述步骤结束后，进行数据整理：
[0074] 1、计算岩土的给水度：
[0075]
[0076] 2、计算岩土的渗透系数：
[0077]
[0078] 本发明的一种可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪结构简单，使 用方便，可同时准确测定岩土的渗透系数与给水度，具有广泛的应用前景。如可以广泛用水 文地质研究中，作为教学仪器有助于学生更好理解给水度与渗透性的测定原理;而在生产 中可以在地下水资源平衡计算、潜水动态预测、浅层地下水可开采量计算、农田排水沟、暗 管沟深、间距计算、农田灌溉与排水计算、灌溉入渗补给系数、降雨入渗补给系数等水文地 质参数计算，以及与地下水有关的各类研究中。
【主权项】
1. 一种可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪，包括下底面密封、上底 面开口的土柱，其特征在于:所述土柱的上底面安装有防蒸发盖，防蒸发盖上设有通气孔， 抽真空栗与通气孔连通;土柱内部下方横置有表面铺设纱网的带孔有机玻璃板，所述带孔 有机玻璃板与土柱下底面之间的腔体形成稳水室;带孔有机玻璃板与土柱上底面之间的腔 体由竖直放置的带孔有机玻璃隔板隔为2个腔体，分别为水位观测管和样品室，水位观测管 的下底密封，带孔有机玻璃隔板位于水位观测管的表面标有刻度，位于样品室的表面铺设 有纱网；土柱的下底面开设有供水孔和排水孔，供水孔通过安装有供水阀的供水管与可控 水头供水装置连接，排水孔通过安装有排水阀的排水管与可控水头排水装置连接;所述可 控水头供水装置包括缺顶面的盒体A，盒体A内设有将其内腔分隔为2个腔体的挡板A，挡板A 高度不高于盒体A的高度，其中一个腔体底部设有与供水管连通的供水装置出水孔以及与 供水装置进水管连通的供水装置进水孔，另一个腔体底部设有供水装置溢流孔;所述可控 水头排水装置包括缺顶面的盒体B，盒体B内设有将其内腔分隔为2个腔体的挡板B，挡板B高 度不高于盒体B的高度，其中一个腔体底部设有与排水管连接的排水装置进水孔，另一个腔 体底部设有排水装置溢流孔;所述盒体A和盒体B均通过分别设于盒体A和盒体B的盒壁的滑 动装置与竖直轨道滑动连接;所述供水装置溢流孔与供水装置溢流管连通;所述排水装置 溢流孔通过排水装置溢流管与量筒连通。2. 根据权利要求1所述的可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪，其特 征在于:所述土柱的上沿设有一圈防蒸发盖固定板，防蒸发盖通过螺丝与防蒸发盖固定板 连接。3. 根据权利要求1所述的可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪，其特 征在于:带孔有机玻璃隔板与带孔有机玻璃板之间通过硅胶圈连接。4. 根据权利要求1所述的可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪，其特 征在于:所述滑动装置包括设置于盒体A或盒体B的盒壁外侧的后壁，后壁开凿有用于竖直 轨道穿过的竖直通孔，后壁上安装有用于将盒体A或盒体B与竖直轨道固定的内旋螺丝。
【专利摘要】本发明本提供了一种可同时测定给水度及渗透系数的岩土参数性质测定仪，包括防蒸发及拍气装置、实验段、水位观测装置、可控水头供水装置、可控水头排水装置和水头调节固定装置。本发明结构简单，使用方便，可同时准确测定岩土的渗透系数与给水度，具有广泛的应用前景。如可以广泛用水文地质研究中，作为教学仪器有助于学生更好理解给水度与渗透性的测定原理；而在生产中可以在地下水资源平衡计算、潜水动态预测、浅层地下水可开采量计算、农田排水沟、暗管沟深、间距计算、农田灌溉与排水计算、灌溉入渗补给系数、降雨入渗补给系数等水文地质参数计算,以及与地下水有关的各类研究中。
【IPC分类】G01F19/00, G01N15/08
【公开号】CN105651677
【申请号】
【发明人】和泽康, 马传明, 高林, 邓波, 李涛, 魏超, 李晴, 胡喜梅, 曹策
【申请人】中国地质大学（武汉）
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月8日