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申请/专利权人：郑州大学

摘要：本发明公开了一种双向的径向渗流仪及其使用方法，属于土工试验领域。可以用于从中心向四周的径向渗流实验，也可以用于从四周向中心的径向渗流实验，主要包括底座、外套筒与透水筒的组合体、上盖、加载架。该径向渗流仪的内部从下往上依次为下垫片、土样、上垫片。土样呈圆环柱状，孔内插有透水棒。该径向渗流仪内有流经土样中心和周边的两个主要水路，控制水路的进水和排水，可使一个水路的水沿土样不同的径向渗透到另一个水路，流入水量测量容器内。方便在试验初期尽快排出仪器内部气体，组件少，一机两用，节约资源和时间。

主权项：1.一种双向的径向渗流仪的使用方法，其特征在于：所述径向渗流仪主要包括底座、外套筒、透水筒、上盖、透水棒、加载架；底座内有通向底座上表面中心的中心进水孔，底座内还有连通透水筒下方的环形集水槽的边缘进水孔；上盖内有通向上盖下表面中心的中心排水孔，还有连通透水筒上方的边缘排水孔；上密封圈位于上盖的上密封圈凹槽内，下侧与外套筒的上端面接触；下密封圈位于底座的下密封圈凹槽内，上侧与外套筒的下端面接触；实验时，内部从下往上依次为下垫片、土样、上垫片；上垫片在实验过程中与土样的上端面接触，与上盖的下表面的接触紧密；圆环柱状土样的孔内插有透水棒，土样的外侧面与透水筒之间、及内侧面与透水棒之间均有滤纸；透水筒、透水棒的材质为烧结铜；所述的外套筒和透水筒组合为一体，且底部平齐；采用该径向渗流仪进行向中心渗流实验时的步骤如下：步骤1-1：将加载架和底座的组装体放置在平整的实验台上，外部的2条进水管接入底座，外部的2条排水管接入上盖；居中放置下垫片，并将下密封圈放入下密封圈凹槽；步骤1-2：组装外套筒和透水筒，在组合体内侧放置滤纸，将土样推入，一起放到底座上，向土样中心的孔内放置滤纸，缓慢地插入透水棒；步骤1-3：放置上垫片，使透水棒的上端穿过中心孔，上密封圈放入上密封圈凹槽，再安装上盖，并旋转手柄，使加载螺杆压紧上盖；步骤1-4：集水瓶接与中心排水孔相连的排水管，并放置在电子天平上；打开所有的进水管和排水管开关，当与边缘排水孔相连的排水管排出的水内不再有气泡，关闭该排水管上的开关，再关闭与中心进水孔相连的进水管开关，待与中心排水孔相连的排水管内不再有气泡排出，每隔5min记录1次电子天平的读数；步骤1-5：8个小时后，结束实验，计算向中心渗流的渗透系数；采用该径向渗流仪进行从中心向外的渗流实验时的步骤如下：步骤2-1：将加载架和底座的组装体放置在平整的实验台上，外部的2条进水管接入底座，外部的2条排水管接入上盖；居中放置下垫片，并将下密封圈放入下密封圈凹槽；步骤2-2：组装外套筒和透水筒，在组合体内侧放置滤纸，将土样推入，一起放到底座上，向土样中心的孔内放置滤纸，缓慢地插入透水棒；步骤2-3：放置上垫片，使透水棒的上端穿过中心孔，上密封圈放入上密封圈凹槽，再安装上盖，并旋转手柄，使加载螺杆压紧上盖；步骤2-4：集水瓶接与边缘排水孔相连的排水管，并放置在电子天平上；打开所有的进水管和排水管开关，当与中心排水孔相连的排水管排出的水内不再有气泡，关闭该排水管上的开关，再关闭与边缘进水孔相连的进水管开关，待与边缘排水孔相连的排水管内不再有气泡排出，每隔5min记录1次电子天平的读数；步骤2-5：8个小时后，结束实验，计算从中心向外渗流的渗透系数。

全文数据：一种双向的径向渗流仪及其使用方法技术领域本发明涉及土工实验领域，特别涉及一种双向的径向渗流仪及其使用方法。背景技术土体的渗透性是土体的基本工程特性之一，是土工实验研究中必须测定的指标之一，是分析堤坝渗流计算和地下水渗流计算的基础。土体试样的渗透有竖向、横向及径向渗透三种方式。一维竖向与横向的渗透实验方法及设备相对成熟，而目前对于土体在径向渗流条件下的渗透性及径向渗透系数测定的实验并不成熟，并无较有针对性的实验方法和实验设备。专利检索找到了申请号为201720773880.5，名称为“一种用于评价土体径向渗流特性的径向渗透实验装置”，该装置是从中心向四周渗流，且其进水口在上方，不便排出土样内的气体；其出水口在下方，土样中渗出的水有可能快速流出，使土样上部外侧处于非饱和状态，致使土样内的状态并不均一，与实验要模拟的不同，影响测试精度。径向渗流分两种情况，包括从中心向四周渗流，和从四周向中心渗流，科研中急需能够模拟这两种情况的渗流仪，测定相应的径向渗透系数，且可较为真实的反应土体在径向渗流情况下渗透性的演变规律，以期为实际工程问题的处理提供参考依据。发明内容本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的不足和问题，提供了一种双向的径向渗流仪及其使用方法。本发明提供的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，主要包括底座、外套筒、透水筒、上盖、透水棒、加载架；底座内有通向底座上表面中心的中心进水孔，底座内还有连通透水筒下方的环形集水槽的边缘进水孔；上盖内有通向上盖下表面中心的中心排水孔，还有连通透水筒上方的边缘排水孔；上密封圈位于上盖的上密封圈凹槽内，下侧与外套筒的上端面接触；下密封圈位于底座的下密封圈凹槽内，上侧与外套筒的下端面接触；实验时，内部从下往上依次为下垫片、土样、上垫片；上垫片在实验过程中与土样的上端面接触，与上盖的下表面的接触紧密；圆环柱状土样的孔内插有透水棒，土样的外侧面与透水筒之间、及内侧面与透水棒之间均有滤纸；采用该径向渗流仪进行向中心渗流实验时的步骤如下：步骤1-1：将加载架和底座的组装体放置在平整的实验台上，外部的2条进水管接入底座，外部的2条排水管接入上盖；居中放置下垫片，并将下密封圈放入下密封圈凹槽；步骤1-2：组装外套筒和透水筒，在组合体内侧放置滤纸，将土样推入，一起放到底座上，向土样中心的孔内放置滤纸，缓慢地插入透水棒；步骤1-3：放置上垫片，使透水棒的上端穿过中心孔，上密封圈放入上密封圈凹槽，再安装上盖，并旋转手柄，使加载螺杆压紧上盖；步骤1-4：集水瓶接与中心排水孔相连的排水管，并放置在电子天平上；打开所有的进水管和排水管开关，当与边缘排水孔相连的排水管排出的水内不再有气泡，关闭该排水管上的开关，再关闭与中心进水孔相连的进水管开关，待与中心排水孔相连的排水管内不再有气泡排出，每隔5min记录1次电子天平的读数；步骤1-5：8个小时后，结束实验，计算向中心渗流的渗透系数；采用该径向渗流仪进行从中心向外的渗流实验时的步骤如下：步骤2-1：将加载架和底座的组装体放置在平整的实验台上，外部的2条进水管接入底座，外部的2条排水管接入上盖；居中放置下垫片，并将下密封圈放入下密封圈凹槽；步骤2-2：组装外套筒和透水筒，在组合体内侧放置滤纸，将土样推入，一起放到底座上，向土样中心的孔内放置滤纸，缓慢地插入透水棒；步骤2-3：放置上垫片，使透水棒的上端穿过中心孔，上密封圈放入上密封圈凹槽，再安装上盖，并旋转手柄，使加载螺杆压紧上盖；步骤2-4：集水瓶接与边缘排水孔相连的排水管，并放置在电子天平上；打开所有的进水管和排水管开关，当与中心排水孔相连的排水管排出的水内不再有气泡，关闭该排水管上的开关，再关闭与边缘进水孔相连的进水管开关，待与边缘排水孔相连的排水管内不再有气泡排出，每隔5min记录1次电子天平的读数；步骤2-5：8个小时后，结束实验，计算从中心向外渗流的渗透系数。优选地，所述的外套筒和透水筒组合为一体，且底部平齐。优选地，靠近底座上表面的一段中心进水孔用于定位透水棒，称为透水棒定位槽，其内径大于其下方中心进水孔的内径。优选地，加载架的立柱下端有外螺纹，底座上有相应的带内螺纹的立柱螺孔，所述的加载螺杆有外螺纹，横梁中部有相应的带内螺纹的竖向孔。优选地，所述的下密封圈在加载架施加的压力作用下发生弹性变形，左右两侧和下侧与下密封圈凹槽的内壁紧密接触，密封不透水；所述的上密封圈在加载架施加的压力作用下发生弹性变形，左右两侧和上侧与上密封圈凹槽的内壁紧密接触，密封不透水。优选地，在底座的俯视图中，中心进水孔和边缘进水孔位置相对，它们的中线沿底座的一条直径；两个立柱螺孔位置相对，它们的中线沿底座的一条直径；且这两条直径相垂直。优选地，所述的上垫片的周边有环形气囊，并充有气体，实验过程中上垫片与上盖间，及上垫片与土样上端面间均紧密接触。优选地，所述的上垫片中有扁平气囊，并充有气体，实验过程中上垫片与上盖间，及上垫片与土样上端面间均紧密接触。优选地，透水筒、透水棒的材质为烧结铜；底座、外套筒、上盖的材质为青铜；加载架的手柄的材质为工程塑料，加载架的其余组件的材质为不锈钢。本申请的方案中，边缘进水孔、透水筒和边缘排水孔构成一个过水通道，中心进水孔、透水棒和中心排水孔构成另外一个过水通道。当关闭与中心排水孔相连的排水管开关，关闭与边缘进水孔相连的进水管的开关，并打开与中心进水孔相连的进水管开关，打开与边缘排水孔相连的排水管开关，本方案中的径向渗透仪可以模拟从中心向四周渗流；当打开与中心排水孔相连的排水管开关，打开与边缘进水孔相连的进水管的开关，并关闭与中心进水孔相连的进水管开关，关闭与边缘排水孔相连的排水管开关，本方案中的径向渗透仪可以模拟从四周向中心渗流。在实验开始的初期，可打开所有的水管开关，当需要关闭其开关的排水管内不再有气泡后，关闭该排水管开关，紧接着关闭相应的进水管开关，以排出仪器内的气体，待剩下的排水管内也不再有气泡排出，开始测量集水瓶内的水量。本方案中的径向渗流仪在装入圆环柱状土样后，可以进行双向渗流实验，达到两用的目的，节约资源和投资，节省实验时间，提高实验效率；透水筒、透水棒的材质为烧结铜，避免了常规透水石容易破损的缺点，且烧结铜本身不吸水，实验可以快速进入正式读数阶段，可加快实验进程，提高实验精度；该径向渗流仪的密封结构，可确保密闭不外漏水。大变形量的上垫片，可确保实验过程上垫片与上盖间，及上垫片与土样上端面间均接触紧密。附图说明图1本发明的结构示意图（为便于显示已将加载架水平旋转了九十度显示）。图2过中心进水孔的底座横断面示意图。图3过立柱螺孔的底座横断面示意图。图4底座的俯视示意图。图5过中心排水孔的上盖的横断面示意图。图6外套筒与透水筒的组合体的竖剖面示意图。图7下垫片示意图。图8上垫片的横断面示意图。图9带环形气囊的上垫片的横断面示意图。图10带扁平气囊的上垫片的横断面示意图。图中标识：1a-中心进水孔;1b-边缘进水孔;1c-下密封圈凹槽;1d-立柱螺孔;1e-透水棒定位槽;1f-集水槽;2a-立柱;2b-横梁;2c-手柄;2d-加载螺杆;3-外套筒;4-透水筒;5-土样;6-下密封圈;7-上密封圈;8-透水棒;9a-中心排水孔;9b-边缘排水孔;9c-上密封圈凹槽;9d-承载槽;9e-下部凸台;10-环形气囊;11-扁平气囊;13-上垫片;14-下垫片。具体实施方式以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案进行了描述，但本发明并不限于这个实施例。实施例一本实施例的整体示意图见图1，为一种双向的径向渗流仪及其使用方法，该径向渗流仪组件的示意图见图2-图8。该径向渗流仪主要包括底座、外套筒3、透水筒4、上盖、透水棒8、加载架；底座内有通向底座上表面中心的中心进水孔1a，底座内还有位于透水筒4下方的环形的集水槽1f，边缘进水孔1b连通集水槽1f；上盖内有通向上盖下表面中心的中心排水孔9a，还有连通透水筒4上方的边缘排水孔9b；上密封圈7位于上盖的上密封圈凹槽9c内，下侧与外套筒3的上端面接触；下密封圈6位于底座的下密封圈凹槽1c内，上侧与外套筒3的下端面接触；实验时，内部从下往上依次为下垫片14、土样5、上垫片13；土样5呈圆环柱状，高40.0mm，外径为61.8mm，内径为6.18mm，孔内插有透水棒8，土样5的外侧面与透水筒4之间、及内侧面与透水棒8之间均有滤纸。上垫片13在实验过程中与土样5的上端面紧密接触，与上盖的下表面的接触紧密；透水筒4、透水棒8的材质为烧结铜，烧结铜的制作成本已不高，制成的组件不易破损，更加耐用，且具有材料本身不吸水的优良特点，是透水石的替代材料；底座、外套筒3、上盖的材质为青铜，便于制作且不易被腐蚀；加载架中的手柄2c的材质为工程塑料，其余组件包括立柱2a、横梁2b、加载螺杆2d及立柱2a上端的螺帽的材质为不锈钢。因此，整个装置的各个组件耐久性好，且不吸水。底座的高为25mm，外径为122mm，内部凹槽的内径为82mm，底座中心部分的厚度为20.5mm。透水棒定位槽1e的内径为5.7mm，高度为3.0mm，其下部的中心进水孔1a的竖直段的内径为3.0mm。环形的集水槽1f的横断面宽3.2mm，深4.0mm。外套筒3的高为50.0mm，外径为81.8mm，厚度为3.4mm；透水筒4的高为43.0mm，外径为74.8mm，内径为62.2mm。外套筒3和透水筒4用结构胶粘结在一起，下底面平齐。上垫片13和下垫片14的材质为软橡胶。上垫片13为圆环形，内径为5.8mm，外径为62.0mm，厚度为8.0mm，实验过程中压缩后厚度为5.0mm左右；下垫片14为圆环形，厚度为0.2mm，外径为61.8mm，中心圆孔的直径为5.8mm。透水棒8的外径为5.6mm，高度为50.0mm。下密封圈凹槽1c呈环状，横断面的高度为2.0mm，宽度为3.2mm；下密封圈6的材质为橡胶，横断面的直径3.2mm；上密封圈凹槽9c呈环状，横断面的高度为2.0mm，宽度为3.2mm；上密封圈7的材质为橡胶，横断面的直径3.2mm。下密封圈6和上密封圈7在加载架施加的压力作用下，确保外套筒3的两端密闭。在底座的俯视图中，中心进水孔1a和边缘进水孔1b位置相对，它们的中心线沿底座的一条直径方向；两个立柱螺孔1d相对，它们的中心线沿底座的一条直径方向，且这两条直径相垂直。立柱2a下端有与立柱螺孔1d相应的外螺纹。加载螺杆2d有外螺纹，横梁2b中部有相应的带内螺纹的孔，实验准备阶段，加载螺杆2d的下端头旋入承载槽9d。上盖的厚度为17.0mm，底部有下部凸台9e。包括中心进水孔1a、边缘进水孔1b、中心排水孔9a、边缘排水孔9b的所有进水孔和排水孔的水平段的内径为8.0mm。中心排水孔9a和边缘排水孔9b沿上盖的同一直径方向。采用该径向渗流仪进行向中心渗流实验时的步骤如下：步骤1-1：将加载架和底座的组装体放置在平整的实验台上，外部的2条进水管接入底座，外部的2条排水管接入上盖；居中放置下垫片14，并将下密封圈6放入下密封圈凹槽1c；步骤1-2：外套筒3与透水筒4的组合体内侧放置滤纸，将土样5推入，将它们一起放到底座上，向土样5中心的孔内放置滤纸，缓慢地插入透水棒8，至抵透水棒定位槽1e的底面；步骤1-3：放置上垫片13，使透水棒8的上端穿过中心孔，上密封圈7放入上密封圈凹槽9c，再安装上盖，并旋转手柄2c，使加载螺杆2d压紧上盖；步骤1-4：集水瓶接与中心排水孔9a相连的排水管，并放置在电子天平上。打开所有的进水管和排水管开关，当与边缘排水孔9b相连的排水管排出的水内不再有气泡后，关闭该排水管上的开关，再关闭与中心进水孔1a相连的进水管开关，待与中心排水孔9a相连的排水管内不再有气泡排出，每隔5min记录1次电子天平的读数；步骤1-5：8个小时后，结束实验，计算向中心渗流的渗透系数。采用该径向渗流仪进行从中心向外的渗流实验时的步骤如下：步骤2-1：将加载架和底座的组装体放置在平整的实验台上，外部的2条进水管接入底座，外部的2条排水管接入上盖；居中放置下垫片14，并将下密封圈6放入下密封圈凹槽1c；步骤2-2：外套筒3与透水筒4的组合体内侧放置滤纸，将土样5推入，将它们一起放到底座上，向土样5中心的孔内放置滤纸，缓慢地插入透水棒8，至抵透水棒定位槽1e的底面；步骤2-3：放置上垫片13，使透水棒8的上端穿过中心孔，上密封圈7放入上密封圈凹槽9c，再安装上盖，并旋转手柄2c，使加载螺杆2d压紧上盖；步骤2-4：集水瓶接与边缘排水孔9b相连的排水管，并放置在电子天平上。打开所有的进水管和排水管开关，当与中心排水孔9a相连的排水管排出的水内不再有气泡后，关闭该排水管上的开关，再关闭与边缘进水孔1b相连的进水管开关，待与边缘排水孔9b相连的排水管内不再有气泡排出，每隔5min记录1次电子天平的读数；步骤2-5：8个小时后，结束实验，计算从中心向外渗流的渗透系数。实施例二本实施例与实施例一的不同之处在于采用不同的上垫片13，具体见图9。上垫片13的周边有环形气囊10，环形气囊10内充有气体，实验过程中上垫片13与上盖间，及上垫片13与土样5上端面间均密闭不透水。实施例三本实施例与实施例二的不同之处在于采用不同的上垫片13，具体见图10。上垫片13中有扁平气囊11，并充有气体，实验过程中上垫片13与上盖间，及上垫片13与土样5上端面间均密闭不透水。上述具体实施方式的描述仅用于说明本发明,而不用于限制本发明的权利保护范围。

权利要求：1.一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：主要包括底座、外套筒、透水筒、上盖、透水棒、加载架；底座内有通向底座上表面中心的中心进水孔，底座内还有连通透水筒下方的环形集水槽的边缘进水孔；上盖内有通向上盖下表面中心的中心排水孔，还有连通透水筒上方的边缘排水孔；上密封圈位于上盖的上密封圈凹槽内，下侧与外套筒的上端面接触；下密封圈位于底座的下密封圈凹槽内，上侧与外套筒的下端面接触；实验时，内部从下往上依次为下垫片、土样、上垫片；上垫片在实验过程中与土样的上端面接触，与上盖的下表面的接触紧密；圆环柱状土样的孔内插有透水棒，土样的外侧面与透水筒之间、及内侧面与透水棒之间均有滤纸；采用该径向渗流仪进行向中心渗流实验时的步骤如下：步骤1-1：将加载架和底座的组装体放置在平整的实验台上，外部的2条进水管接入底座，外部的2条排水管接入上盖；居中放置下垫片，并将下密封圈放入下密封圈凹槽；步骤1-2：组装外套筒和透水筒，在组合体内侧放置滤纸，将土样推入，一起放到底座上，向土样中心的孔内放置滤纸，缓慢地插入透水棒；步骤1-3：放置上垫片，使透水棒的上端穿过中心孔，上密封圈放入上密封圈凹槽，再安装上盖，并旋转手柄，使加载螺杆压紧上盖；步骤1-4：集水瓶接与中心排水孔相连的排水管，并放置在电子天平上；打开所有的进水管和排水管开关，当与边缘排水孔相连的排水管排出的水内不再有气泡，关闭该排水管上的开关，再关闭与中心进水孔相连的进水管开关，待与中心排水孔相连的排水管内不再有气泡排出，每隔5min记录1次电子天平的读数；步骤1-5：8个小时后，结束实验，计算向中心渗流的渗透系数；采用该径向渗流仪进行从中心向外的渗流实验时的步骤如下：步骤2-1：将加载架和底座的组装体放置在平整的实验台上，外部的2条进水管接入底座，外部的2条排水管接入上盖；居中放置下垫片，并将下密封圈放入下密封圈凹槽；步骤2-2：组装外套筒和透水筒，在组合体内侧放置滤纸，将土样推入，一起放到底座上，向土样中心的孔内放置滤纸，缓慢地插入透水棒；步骤2-3：放置上垫片，使透水棒的上端穿过中心孔，上密封圈放入上密封圈凹槽，再安装上盖，并旋转手柄，使加载螺杆压紧上盖；步骤2-4：集水瓶接与边缘排水孔相连的排水管，并放置在电子天平上；打开所有的进水管和排水管开关，当与中心排水孔相连的排水管排出的水内不再有气泡，关闭该排水管上的开关，再关闭与边缘进水孔相连的进水管开关，待与边缘排水孔相连的排水管内不再有气泡排出，每隔5min记录1次电子天平的读数；步骤2-5：8个小时后，结束实验，计算从中心向外渗流的渗透系数。2.如权利要求1所述的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：所述的外套筒和透水筒组合为一体，且底部平齐。3.如权利要求1所述的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：靠近底座上表面的一段中心进水孔用于定位透水棒，称为透水棒定位槽，其内径大于其下方中心进水孔的内径。4.如权利要求1所述的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：加载架的立柱下端有外螺纹，底座上有相应的带内螺纹的立柱螺孔，所述的加载螺杆有外螺纹，横梁中部有相应的带内螺纹的竖向孔。5.如权利要求1所述的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：所述的下密封圈在加载架施加的压力作用下发生弹性变形，左右两侧和下侧与下密封圈凹槽的内壁紧密接触，密封不透水；所述的上密封圈在加载架施加的压力作用下发生弹性变形，左右两侧和上侧与上密封圈凹槽的内壁紧密接触，密封不透水。6.如权利要求1所述的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：在底座的俯视图中，中心进水孔和边缘进水孔位置相对，它们的中线沿底座的一条直径；两个立柱螺孔位置相对，它们的中线沿底座的一条直径；且这两条直径相垂直。7.如权利要求1所述的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：所述的上垫片的周边有环形气囊，并充有气体，实验过程中上垫片与上盖间，及上垫片与土样上端面间均紧密接触。8.如权利要求1所述的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：所述的上垫片中有扁平气囊，并充有气体，实验过程中上垫片与上盖间，及上垫片与土样上端面间均紧密接触。9.如权利要求1所述的一种双向的径向渗流仪及其使用方法，其特征在于：透水筒、透水棒的材质为烧结铜；底座、外套筒、上盖的材质为青铜；加载架的手柄的材质为工程塑料，加载架的其余组件的材质为不锈钢。

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