[发明专利]浅层沙土渗透系数测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别涉及一种沙土渗透系数的探测装置及方法。

背景技术

沙土渗透系数的定量测试关系到降水入渗和地下水补给等问题，尤其在干旱地区，沙土的渗透系数测量具有重大的意义，目前已有许多测定沙土渗透系数的方法，主要包括实验室分析法和野外测定法。

实验室分析法需要从野外取样，在室内应用达西定理等求得野外原状土渗透系数，这种方法对土的扰动比较大，破坏了土体的天然结构，而且无法在野外进行测量。

野外试验法主要是利用抽水法和压水法求得含水层的渗透系数，所述的抽/压水法主要有定流量抽/压水法、定降深抽/压水法等，其中，定流量抽/压水法是以固定流量抽取测井中的水体(也即定流量往测井中注入水体)，使含水层与测井间的水流运动达到稳态，根据稳态情况的流量与降深关系获取含水层的渗透系数；而定降深抽/压水法是通过抽/压水使测井内的水位降深保持不变，根据流量与降深的关系求得含水层的渗透系数。但是此种方法设备繁琐、操作复杂，需要消耗大量的人力、物力和财力，实施成本较高。

国外研究出一种冲击试验法，它是一种野外试验法，实施时，主要是在测井中设置套管，将测井的内壁隔离，并在套管的特定位置设置过滤器，利用水位的变化来测试该处含水层的渗透系数，然而，此种测试方法仅适合于引起的水位波动位于过滤器上部的情况下，若要用于螺孔测试，或者整孔都设置有过滤器的情况下，结果就会存在很大误差；另外，此种测试方法必须配合套管才能实现，从而限制了其应用范围。

总结以上野外实验的测试方法，均需钻井测量，相对耗时耗力，有待改进。

基于以上分析，本发明人针对现有的渗透系数测试装置进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种浅层沙土渗透系数测量系统及测量方法，该测试方法无需钻孔即可求得天然状态下浅层沙土的渗透系数，测试系统便于携带，操作方便，且使用成本低。

本发明为解决以上技术问题，所采用的技术方案是：

一种浅层沙土渗透系数测量系统，包括竖管、传感器、中央控制器、通讯模块和数据处理模块，其中，竖管设于待测量的沙土层中，传感器设于竖管内，在中央控制器的控制下感测竖管内的数据变化值，并通过通讯模块传送至数据处理模块；数据处理模块根据传感器的感测数据计算获得浅层沙土的渗透系数。

上述竖管为直管形、直角形或45°角形。

上述传感器为压力传感器，将感测竖管内的压力变化值通过通讯模块传送至数据处理模块。

一种浅层沙土渗透系数测量方法，包括如下步骤：

(1)根据所需测量的渗透系数的方向，选择不同形状的竖管置入沙土层中，该竖管所处的深度即为所需测量渗透系数的深度；

(2)快速向竖管中注满水，实时采集竖管中的水位数据，并根据下述沙土竖管试验模型的表达式计算沙土层的渗透系数：

K=Lt2-t1lnh1h2;]]>

其中，K为沙土层的渗透系数，L为竖管内沙土的长度，h₁、h₂分别为竖管中t₁和t₂时刻相对于水平面的水位高度值。

上述步骤(1)中，当需要测量垂向渗透系数时，采用直管形竖管；当需要测量水平向渗透系数时，采用直角形竖管；当需要测量与水平面成45°角方向的渗透系数时，采用45°角形竖管。

上述步骤(1)中，当待测沙土层较浅时，直接将竖管插入沙土层中；当待测沙土层较深时，在待测位置线挖一小坑，然后将竖管插入，再将竖管周围填埋结实。

上述步骤(2)中，采集竖管中水位数据的方法为：将压力传感器置入竖管中，并快速向该竖管中注满水，压力传感器实时探测竖管中的水压变化值，并根据下式将水压换算为此时竖管中的水位：