[发明专利]一种测量冻土渗透系数的柔性壁渗透装置及使用方法

权利要求书

1.一种测量冻土渗透系数的柔性壁渗透装置，其特征在于：包括可控温恒温室（3），可控温恒温室（3）内部设置压力室（17）、下反压渗透装置（2）和上反压渗透装置（16），所述的压力室（17）的顶部和底部分别设置有顶板（12）和底板（15），压力室（17）与顶板（12）和底板（15）形成密闭体系，密闭体系内部充围压液体（13），底板（15）上方设置底座（11），底座（11）上放置有土样（9），土样（9）的上下两侧设置透水石（10），土样（9）上方设置顶座（14）；所述的下反压渗透装置（2）内部由橡胶膜隔开成上方腔体I（8）和下方腔体I（6），上方腔体I（8）内为渗透压力液体，下方腔体I（6）内为渗透液体；所述的上反压渗透装置（16）内部由橡胶膜隔开成上方腔体II（18）和下方腔体II（21），橡胶膜上方为渗透液体，橡胶膜下方为渗透压力液体；顶座（14）通过橡胶管与上方腔体II（18）连接，底座（11）通过橡胶管与下方腔体I（6）连接，冷浴装置（26）通过三根橡胶管与控制面板（25）连接并在三根橡胶管上分别设置有阀门IV（27）、阀门V（28）和阀门VI（29），控制面板（25）通过三根橡胶管分别与上方腔体I（8）、下方腔体II（21）以及压力室（17）内部连通并在三根橡胶管上分别设置有阀门I（22）、阀门II（23）和阀门III（24）；下方腔体I（6）内设置有温度探头I（5），压力室（17）内设置有温度探头II（7），上方腔体II（18）内设置有温度探头III（20），温度探头I（5）、温度探头II（7）和温度探头III（20）通过数据线与程序温度设定窗（1）连接。

2.一种如权利要求1所述的测量冻土渗透系数的柔性壁渗透装置的使用方法，其特征在于：具体步骤如下，

S100～土样制作：土样含水率由实验方案确定，土样为柱状，尺寸依据底座和顶座的尺寸设定；

S200～土样制作完成后将土样套上橡胶膜装入压力室内，土样装好后将压力室密封；

S300～阀门I、阀门III、阀门V和阀门VI关闭，打开阀门II和阀门V注入围压液体，通过控制面板，使围压为0，液体注满后关闭阀门II和阀门IV；

S400～关闭全部阀门，将压力室、下反压渗透装置和上反压渗透装置放入可控温恒温室，通过程序温度设定窗设定温度，使恒温室保持一定温度不少于12h，通过温度探头I、温度探头II和温度探头III探测下方腔体I、上方腔体II以及压力室内的液体的温度，使之与程序温度设定窗的温度相同；

S500～待土样的温度达到制定温度后，打开阀门II和阀门IV，通过操纵控制面板，注入围压，打开阀门I、阀门III、阀门V和阀门VI，通过控制面板注入下反压与上反压，保证围压始终大于下反压和上反压，使土样对于渗透液体饱和；

S600～待土样饱和后，全部的阀门保持打开，同时设置冷浴装置的温度与程序温度设定窗的温度相同，调节控制面板使上反压为0，设置下反压即渗透压 和围压，使围压始终大于下反压，通过控制面板记录在单位时间内流过土样液体的体积；

S700～计算测定渗透系数，计算公式如下：

式中：是渗透系数，单位为；是水流量，单位为；是土样高度，单位为；是水的密度，单位为；是重力加速度，取；是土样的截面面积，单位为；是渗透压强，单位为；是渗透时间，单位为。

3.根据权利要求2所述的测量冻土渗透系数的柔性壁渗透装置的使用方法，其特征在于：为提高试验精度，测定同一含水率、同一温度下土样的渗透系数应做平行试验，平行试验数量最小为3，由于试验所用的渗透介质是冷媒，因而需要对试验进行标定，具体步骤为：常温下分别选用水和冷媒为渗透液体进行渗透试验，每组试验中，平行样数量最少为5个，得到土样分别在渗透液体为水和冷媒两种情况下的渗透系数、；将测得的两组数据进行拟合，得到渗透液体分别为水和冷媒两种情况下的函数关系式，通过换算即可得到在某一含水率、某一温度条件下，指定围压和渗透压下冻土的渗透系数。