[发明专利]一种研究松散土介质给水度特性的试验装置及方法

说明书

本发明提出了一种研究松散土介质给水度特性的试验装置及方法，试验装置设置有测试单元和采集单元；所述测试单元包括试验槽组件、集水桶和电子秤；所述采集单元由电脑、数据采集器和三参数传感器组成。试验装置结构简单，试验操作简单，试验装置一体多功能化，数据采集自动化，极大提高了试验装置的功能性及试验的工作效率；试验中通过对操作步骤的调整，可以实现松散土介质给水度在不同土层物理性质、不同初始水位埋深、不同水位降深、不同水位降速、不同渗流液种类条件下的给水度测试研究。该试验装置和试验方法也可适用于除钙质土以外的其他介质的给水度研究试验。

技术领域

本发明属于海洋水文地质及岩土工程技术领域，涉及一种试验装置及方法。

背景技术

珊瑚岛礁地层呈现二元结构，由上伏松散或次固结钙质土层和钙质土层下部的礁灰岩层组成。受降雨淡化作用，珊瑚岛礁地下一般存在淡化水体，该水体呈现两边薄中间厚的形状，故称淡水透镜体，钙质土层是珊瑚岛礁上淡水透镜体的唯一载体。因此，为弄清淡水透镜体的形成与演化机理，研究钙质土的水文物理性质是十分必要的。钙质土是一种分布在海洋区域的特殊土，其碳酸钙含量90％以上，又名钙质砂或珊瑚砂，其物质来源主要有藻类、贝壳和珊瑚等生物碎屑，颗粒形状不规则，易破碎。

淡水透镜体的形成与演化通常需要十年至几十年，因其时间跨度较大，常规物理模型试验或水文观测方法很难对其形成机理进行系统研究。因此数值模拟是研究淡水透镜体的常用手段。为保证数值模拟结果的准确性与可靠性的前提，需合理输入地层分层信息和水文地质参数，地层分层数据通常根据水文钻孔取芯即可获取，水文地质参数常用水位演算法和抽水试验进行确定。

但是由于岛礁地下水系统较内陆相对脆弱，所以抽水试验在岛礁上不推荐使用，而水位演算法需要大量的水位观测数据，不易获取，且计算结果为地层整体渗透性，准确性欠佳。因此依据目前的方法并不能得到准确的岛礁水文地质参数。在众多水文地质参数中，给水度是一个与地下水位密切相关的水文地质参数。给水度是指当潜水位下降一个单位时，从单位底面积且高等于含水层厚度的柱体中释放的水体积，常用小数表示，无量纲，在数值上它等于孔隙度减去持水度。目前关于给水度的测试仪器和方法主要应用于陆源砂土，且功能单一效率低下。

发明内容

为解决背景技术中所述的问题，本发明提出了一种研究松散土介质给水度特性的试验装置及方法。

本发明的试验装置设置有测试单元和采集单元；所述测试单元包括试验槽组件、集水桶和电子秤；所述采集单元由电脑、数据采集器和三参数传感器组成。

其位置和连接关系是：

试验槽组件放置在水平地面上，包括底部的底板和设置在底板上的多组叠放固定的试验槽，试验槽的顶部和底部贯通，试验槽的内部通过隔砂板划分为竖向的三格，隔砂板的目数小于钙质土最小粒径，试验槽的中间格用于填装钙质土，试验槽的两侧格子用于充填渗流液，试验槽的侧面间隔设置有多个可控制开关和开度的出水管；试验槽组件的两侧均设置有集水桶和电子秤，集水桶放置在电子秤上，电子秤放置在水平地面上；试验槽两侧的出水管通过排水管与集水桶相连通。

电脑和数据采集器连接，三参数传感器与数据采集器连接并插入试验槽内的钙质土中，监测电导率、体积含水率和温度实时数据。

进一步地，所述试验槽中间格所在的槽壁上间隔设置有多个固定板，所述固定板上设置有与三参数传感器的探针配合的固定孔。

更进一步地，所述试验槽的顶部和底部的外侧均向外设置有裙边，所述裙边上设置有装配螺丝孔，所述底板上设置有与裙边的螺丝孔位置相同的螺丝孔，所述底板与试验槽之间、相邻的试验槽与试验槽之间设置有与裙边形状和螺丝孔位置相同的橡胶垫并通过螺丝螺母实现固定。

更进一步地，所述集水桶的顶部设置有进水管和通气孔，所述集水桶的下部侧面设置废液管。

一种研究松散土介质给水度特性的试验方法，包括以下步骤：