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原文传递一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置和方法

专利名称：	一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置和方法
摘要：	本发明公开了一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置和方法，包包括：定水头管、试样管和观测管，所述定水头管的上方设置马里奥特瓶，马里奥特瓶使定水头管内水位保持定水头，并使试样饱和；在试验准备完成后，瞬时向定水头管内注水，并逐渐加大水头差，使定水头管与观测管之间产生一定的水位差，保持水头差固定不变，观察观测管水体浑浊变化状况，直至试样发生渗透破坏，观测管内发生大量颗粒涌出与水体浑浊现象；记录试验数据，建立数学模型，计算出饱和原位土样的临界水力坡降与渗透系数。本发明一次实验得出试验土样的临界水力坡降、渗透系数及传导系数，获取的参数多；求取的参数精度高；该方法解决了现场确定临界水力坡降的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	河海大学
发明人：	周志芳;吴建;李思佳;李雅冰
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910605174.3
公开号：	CN110261277A
代理机构：	南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：	董建林
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	210024 江苏省南京市鼓楼区西康路1号
主权项：	1.一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置，其特征在于，包括：定水头管、试样管和观测管，所述定水头管、试样管和观测管之间通过连接管连接呈U型管，所述定水头管的上方设置马里奥特瓶。 2.根据权利要求1所述的一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验装置，其特征在于，所述试样管的长度0.2～0.3m，所述观测管的长度0.1～0.2m，所述定水头管的长度为1.0～1.2m；所述定水头管、试样管和观测管的管径为75mm。 3.一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将试样管横向压入试验土层，去除试样管两端多余的土体，通过连接头分别将定水头管和观测管固定于试样管的两端；步骤二：在试样管与定水头管连接口内铺设砾石滤层；步骤三：在定水头管中注入少量水，使得水位高于试样管高度，静置一段时间，使得土样处于完全饱和状态；步骤四：在定水头管上部端口安装马里奥特瓶，马里奥特瓶的进水端放置管内水位处并注入一定量的水，使得定水头管内水位处于定水位，定水头管内水位与观测管中水位产生一定的水头差；步骤五：瞬时向定水头管内注入定量水，并开启马里奥特瓶，使得定水头管与观测管之间保持水头差不变，观测出水口管内水体浑浊状况；逐渐加大水头差，在每一级水头下渗流稳定后，提升至下一级水头高度，直至土体发生渗透破坏，并记录每一级水头差下出水口的渗流溢流量；步骤六：根据记录的水头差、渗流溢流量及渗透破坏发生时间，计算临界水力坡降。 4.根据权利要求3所述的一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验方法，其特征在于，其中计算临界水力坡降包括以下步骤：根据试样管中土样饱和且压力水头处处相等，瞬时向定水头管内注入定量水，而观测管内水位不变，形成固定水头差，测得观测管内流量随时间的变化，建立非稳定水流模型：式中：u为试样管内水位变化值，x为试样管内位置，t为时间；Δh为水头差；l为试样管内试样长度；a为试样传导系数；K为试样渗透系数；μ为贮水率。 5.根据权利要求4所述的一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验方法，其特征在于，利用分离变量法与傅里叶变换，上述非稳定水流模型方程组任意一点水位变化值解析解为：将上式(1)进行无量纲化：式中：为无量纲水位变化；为无量纲位置；为无量纲时间；土样中任一点处的水力坡降： 6.根据权利要求5所述的一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验方法，其特征在于，任意时刻t，在任意位置x处单位截面积流量值：将单位截面积流量值与水力坡降无量纲化，可得：将与分别代入公式(6)，求出进出水口处的无量纲单位截面积流量值：时时 7.根据权利要求6所述的一种确定饱和原位土样临界水力坡降的试验方法，其特征在于，其中：a＝K/μ为试样传导系数，K为试样渗透系数，μ为贮水率的求解包括以下步骤：对于时刻通过位置单位截面积流量值；对公式(11)与(12)两边同时取对数，有：上式(13)与(14)右边的第二项都是常数；采用配线法，将二曲线重叠，任选一匹配点，记下对应的坐标值[q]、和[t]，代入上述(11)、(12)二式，获得：渗透系数：传导系数：贮水率：根据达西定律，令为表观水力梯度或稳定状态下水力梯度，则式(3)可表达为：最终根据试验过程中土样渗透破坏发生时间点tp，通过式(16)计算出临界水力坡降。
所属类别：	发明专利