[发明专利]基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试装置及方法

权利要求书

1.基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试装置，其特征在于：该装置包括内部进水系统、外部排水系统；所述的内部进水系统布置在外部排水系统内，多孔道路材料试件包裹于不透水材料中并置于内部进水系统内；

所述的内部进水系统包括内一环，内二环，内三环，进水口，进水管，排水管、水泵；所述内一环外侧套置内二环，内二环外侧套置内三环；所述的内一环的顶端与底端均为开口状；内二环顶端为开口状、底端为封闭端，内二环的封闭端设有进水口，进水口与进水管相连通；内三环顶端为开口状、底端为封闭端，排水管的一端从内三环顶端延伸至内三环内，排水管的另一端与水泵相连通；内一环、内二环及内三环圆心保持一致；

所述的外部排水系统包括外一环、外二环、出水管和垫片；所述的外一环的底端为封闭端、上端为开口端；外二环套置在外一环的外侧，外二环的底端为封闭端、上端为开口端，外二环的外侧壁设有出水管；所述的外一环的底端设有垫片，内一环置于垫片上，内一环通过垫片与外一环的底端形成空隙。

2.根据权利要求1所述的基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试装置，其特征在于：所述内二环的顶端高度高于内一环及内三环的顶端高度；所述内二环的底端与内三环的底端齐平，内二环的底端与内三环的底端均位于内一环的1/3高度处。

3.根据权利要求2所述的基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试装置，其特征在于：所述内二环的顶端高度高于内一环顶端上边缘1～1.5cm；内二环的顶端高度高于内三环顶端上边缘0.5～1.0cm。

4.根据权利要求1所述的基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试装置，其特征在于：所述外二环顶端上边缘低于外一环顶端上边缘1～1.5cm；所述外二环的底端位于外一环2/3高度处。

5.根据权利要求1所述的基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试装置，其特征在于：所述出水管的管口向下切斜，出水管的直径为4～6cm，出水管的长度为5～10cm。

6.根据权利要求1所述的基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试装置，其特征在于：所述进水口为4～6个。

7.利用权利要求1所述的基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试装置的测试方法，其特征在于：该测试方法模拟真实的降雨情况，包括以下步骤：

步骤一、基于能量守恒定律计算降雨强度时单位面积路面上由于雨水击溅作用引起的初始水头高度；初始水头高度计算公式如下：

式中，h_r—单位面积上雨滴击溅作用引起的实际水头，m；v—雨滴的落地速度，m/s；V_v—路面的设计空隙率，％；η—动能折减系数；g—重力加速度，m/s²；

步骤二、利用降雨强度下的平均雨滴直径和步骤一中的落地速度，通过下式计算多孔路面某一点上相邻两个雨滴落地的间隔时间；

式中，t₁—相邻雨滴的落地间隔时间，s；—每个雨滴以立方体形式占据的空间体积，mm³；v—雨滴的落地速度，m/s；

步骤三、根据雨滴直径和步骤一中的落地速度，通过下式计算每个雨滴对路面冲击的实际作用时间；

式中，t₂—每个雨滴对路面冲击的作用时间，s；d—雨滴的平均直径，mm；v—雨滴的落地速度，m/s；

步骤四、根据初始水头高度、相邻两个雨滴落地的间隔时间和每个雨滴对路面冲击的实际作用时间，基于冲击等效性将雨滴对路面的不连续能量冲击转化为连续能量冲击，

通过计算得到该降雨情况下的实际降雨水头高度，即常水头透水系数测试装置中垫片的高度，

式中，h_e—某种降雨情况下雨滴击溅实际引起的水头高度，m；V_v—路面的设计空隙率，％；η—动能折减系数；R—设计降雨强度，mm/min；v—雨滴的落地速度，m/s；g—重力加速度，m/s²；

通过得到常水头透水系数测试装置中垫片的高度，通过下式得到多孔道路材料试件的透水系数：

式中，k—多孔道路材料试件的透水系数，cm/s；t—出水管水流稳流段时间，s；Q—水流稳定时出水管在t时间内的排水量，g；L—所述多孔道路材料试件的厚度，cm；A—多孔道路材料试件的透水面积，cm2；H—作用于所述多孔道路材料试件上下底面的水头差，即所述垫片的厚度，由基于实际降雨水头高度的常水头透水系数测试方法计算得到，cm；ρ—试验温度下水的密度，g/cm3。