一种单环注水试验装置的制作方法
本技术属于岩土工程勘察和检测，具体涉及一种单环注水试验装置。
背景技术：
1、土层渗透系数的测试方法主要有钻孔注水试验、室内渗透试验、试坑注水试验等。钻孔注水试验的钻孔耗时长、费用高，对于砂类土等非饱和土，易发生塌孔问题；室内试验方法虽然方便快捷、边界条件可控，但试样尺寸小、易被扰动、代表性差；试坑注水试验是测定包气带非饱和岩土层的渗透系数的常用方法，主要适用于不能进行钻孔注水试验，取原状土试样进行室内试验又较困难的松散岩土体，具有操作简单、现场易于实现，试验结果可靠等特点，是对现有现场和室内渗透系数测试方法的重要补充，近年来在地质勘察中得到广泛应用。
2、单环注水试验是试坑注水试验的一种，试验装置主要由钢环、维持恒定水头的供水系统、测定注水量的计量系统等组成。单环注水试验的最早采用由试验人员肉眼观测钢环中水位的深度，人工采用量筒补水来控制水头高度的方法，所需劳动量较大，水头高度无法连续控制。当前国家行业标准《水利水电工程注水试验规程》建议了利用马氏瓶供水来实现钢环内的稳定水头高度，肉眼观察马氏瓶内凹液面的刻度判断水位变化，但由于马氏瓶的直径较大，工作人员读数时视线很难与马氏瓶内凹液面最低处保持水平，大大增加了读数的误差，导致试验数据不准确。
3、现有专利技术cn214310071u、cn207336316u是通过设置电磁阀或流量计等来控制注入和流出钢环的水量，其不足之处是：一方面随着钢环内水不断下渗需要连续补给，动态补给过程中流量计的数据采集工作量极大，实施较为困难；另一方面电磁阀频繁开关，其无形之中将导致较大的注水计量误差，且无法实现钢环内水头的灵活调整。因此亟需研制一种能同时实现自动补水供水、灵活调整水头高度、精准计量注水量，并能够实时自动观测试验土层内部含水率变化的单环注水装置。
技术实现思路
1、本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种单环注水试验装置，其设计新颖合理，能够研究天然细颗粒土在原位条件下的渗透及水分迁移规律，结构简单、操作方便、测试精度高，便于推广使用。
2、为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种单环注水试验装置，其特征在于：包括设置在试坑内的钢环、给钢环内注水的马氏瓶、调节马氏瓶高度和水平状态的调节机构、向马氏瓶供水的供水系统、以及数据采集处理系统；所述试坑内钻设有探井，探井井壁由浅至深分层埋设有多个土壤水分计，多个土壤水分计通过第一数据线与数据采集处理系统连接；马氏瓶顶部设置有橡胶塞，气压传感器穿过橡胶塞伸入至马氏瓶内，气压传感器的输出端连接有第二数据线，气压传感器通过第二数据线与数据采集处理系统连接；马氏瓶底部固定在底盘上，马氏瓶下侧设置有发泡管，发泡管内设置有螺杆，所述调节机构包括设置在马氏瓶底部的剪式千斤顶，剪式千斤顶的顶部和底盘之间通过多个脚螺旋连接，底盘上设置有一组相互正交的水准管。
3、上述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述钢环内铺设有砾石缓冲层。
4、上述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述数据采集处理系统包括数据采集器和与所述数据采集器连接的数据处理终端。
5、上述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述供水系统包括供水箱和用于支撑供水箱的支架，供水箱顶部开设有第一进水口，供水箱的下侧设置有第一出水管。
6、上述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述马氏瓶的顶部设置有第二进水口，马氏瓶的下侧设置有第二出水管，第一出水管通过第一供水管与第二进水口连通，第一供水管与第一出水管连接的一端安装有第一阀门，第一供水管与第二进水口连接的一端安装有第二阀门；第二出水管通过第二供水管给钢环注水，第二供水管与安装有第二出水管连接的一端安装有第三阀门，第二供水管的另一端深入钢环内。
7、上述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述马氏瓶上设置有刻度尺，发泡管的管顶与钢环的设计试验水头等高。
8、上述的一种单环注水试验装置，其特征在于：多个土壤水分计沿探井壁竖向等间距布置。
9、本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
10、1、本装置利用马氏瓶向钢环内不间断供水，可保证环内水头恒定，避免了人工注水、补水带来的误差，节约了劳动量，提高了观测精度。
11、2、本装置利用气压传感器测量马氏瓶内水位的高度变化，可准确计量试验过程中的注水量，避免了人为读数带来的误差，降低了试验误差。
12、3、本装置在马氏瓶底座下设置了剪式千斤顶，不仅可实现钢环内水头高度的灵活调整，同时可准确调至设计试验水面高程，既满足不同水头高度下的单环注水试验，又提高了试验水位控制精度。
13、4、本装置在马氏瓶底座上设置了相互正交的水准管及脚螺旋，可控制马氏瓶内水位的水平，可进一步提高试验过程中注水量的计量误差。
14、5、本装置在马氏瓶上设置了进水管，可不必移动马氏瓶即可向马氏瓶中供水，保证了整个试验过程的连续性。
15、6、本试验方法通过在土体内部竖向等距安装土壤水分计，并结合钻孔取样手段联合测定注水后试验土层含水率，可实时掌握水分在空间上的动态变化规律。
16、综上所述，本实用新型试验前先向马氏瓶内安装已事先标定好的气压传感器，接着由供水箱向马氏瓶内注水，并调节剪式千斤顶的高度使马氏瓶发泡管水平段管顶高程与单环内设计试验水头高程基本一致，再通过脚螺旋调平马氏瓶底座，使马氏瓶发泡管水平段管顶高程同设计试验水头高程，试验开始后，通过读取气压传感器测控仪数据，可精确计量马氏瓶内的水流量，并通过洛阳铲及埋入试验土层内的土壤水分计采集径向及竖向土层含水率，从而可确定注水后水分迁移速率及空间分布规律，快速且准确得出试验土层的渗透系数，便于推广使用。
17、下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
技术特征：
1.一种单环注水试验装置，其特征在于：包括设置在试坑(24)内的钢环(23)、给钢环(23)内注水的马氏瓶(9)、调节马氏瓶(9)高度和水平状态的调节机构、向马氏瓶(9)供水的供水系统、以及数据采集处理系统；所述试坑(24)内钻设有探井(25)，探井(25)井壁由浅至深分层埋设有多个土壤水分计(26)，多个土壤水分计(26)通过第一数据线(27)与数据采集处理系统连接；马氏瓶(9)顶部设置有橡胶塞(16)，气压传感器(17)穿过橡胶塞(16)伸入至马氏瓶(9)内，气压传感器(17)的输出端连接有第二数据线(28)，气压传感器(17)通过第二数据线(28)与数据采集处理系统连接；马氏瓶(9)底部固定在底盘(13)上，马氏瓶(9)下侧设置有发泡管(12)，发泡管(12)内设置有螺杆(11)，所述调节机构包括设置在马氏瓶(9)底部的剪式千斤顶(15)，剪式千斤顶(15)的顶部和底盘(13)之间通过多个脚螺旋(14)连接，底盘(13)上设置有一组相互正交的水准管(13-1)。
2.按照权利要求1所述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述钢环(23)内铺设有砾石缓冲层(22)。
3.按照权利要求1所述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述数据采集处理系统包括数据采集器(29)和与所述数据采集器(29)连接的数据处理终端(30)。
4.按照权利要求1所述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述供水系统包括供水箱(2)和用于支撑供水箱(2)的支架(5)，供水箱(2)顶部开设有第一进水口(1)，供水箱(2)的下侧设置有第一出水管(3)。
5.按照权利要求4所述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述马氏瓶(9)的顶部设置有第二进水口(8)，马氏瓶(9)的下侧设置有第二出水管(18)，第一出水管(3)通过第一供水管(6)与第二进水口(8)连通，第一供水管(6)与第一出水管(3)连接的一端安装有第一阀门(4)，第一供水管(6)与第二进水口(8)连接的一端安装有第二阀门(7)；第二出水管(18)通过第二供水管(20)给钢环(23)注水，第二供水管(20)与安装有第二出水管(18)连接的一端安装有第三阀门(19)，第二供水管(20)的另一端深入钢环(23)内。
6.按照权利要求1所述的一种单环注水试验装置，其特征在于：所述马氏瓶(9)上设置有刻度尺(10)，发泡管(12)的管顶与钢环(23)的设计试验水头(21)等高。
7.按照权利要求1所述的一种单环注水试验装置，其特征在于：多个土壤水分计(26)沿探井壁竖向等间距布置。
技术总结
本技术公开了一种单环注水试验装置，包括钢环、马氏瓶、调节机构、供水系统和数据采集处理系统；探井内埋设有多个土壤水分计。本技术试验前先向马氏瓶内安装已事先标定好的气压传感器，接着由供水箱向马氏瓶内注水，并调节剪式千斤顶的高度使马氏瓶发泡管水平段管顶高程与单环内设计试验水头高程基本一致，再通过脚螺旋调平马氏瓶底座，使马氏瓶发泡管水平段管顶高程同设计试验水头高程，试验开始后，通过读取气压传感器测控仪数据，可精确计量马氏瓶内的水流量，并通过洛阳铲及埋入试验土层内的土壤水分计采集径向及竖向土层含水率，从而可确定注水后水分迁移速率及空间分布规律，快速且准确得出试验土层的渗透系数。
技术研发人员：荣学文,雷伟,杨少飞,于永堂,郭斌强,时炜,何少华,聂晓琛,杨雷,吴征,许海刚
受保护的技术使用者：陕西建工集团股份有限公司
技术研发日：20240322
技术公布日：2024/12/5