用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置及试验方法与流程

1.本技术涉及土工试验技术领域，特别涉及一种用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置及试验方法。


背景技术：

2.相关技术中，疏水土是一种不被润湿或者很难被润湿的土，其接触角大于90度，具有较强的疏水性。在一些降水较多的地区或者地下水位较高的地区使用疏水土施工有利于减少降雨入渗和毛细上升的现象，进而有利于减少翻浆冒泥、不均匀沉降以及冻胀等工程水害问题。由于疏水土具有较强的疏水性，在实际应用的过程中很难达到饱和状态，因此，研究疏水土的渗透性也就是研究非饱和土的渗透性。其中，疏水土的渗透性对土壤中水、气迁移的研究有重要作用，而渗透系数(包括渗水系数和渗气系数)是研究土体渗流、沉降变形、结构稳定等问题的重要参数，因此，疏水土的渗透性研究具有重要意义。
3.但是，传统的用于测定土体试样的渗透系数的试验装置仅能够测定土体试样的渗水系数或者仅能够测定土体试样的渗气系数(仅能够实现其中一种参数的测定)，而渗水系数和渗气系数与土体试样的渗流、固结等问题有关，因此，要研究非饱和土的降雨入渗、两相流等现象，这两个参数是必不可少的。另外，传统的用于测定土体试样的渗透系数的试验装置无法测量土体试样的体积变形，而在试验的过程中，土体试样的结构和饱和度会受到影响从而产生变形，进而影响土体试样的渗透性，因此，在试验的过程中需要确定土体试样的变形情况。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，能够测定疏水土的渗水系数，同时能够测定疏水土的渗气系数，从而能够满足用于研究疏水土渗透系数的试验的需求。
5.本技术还提出一种应用于上述用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置的试验方法。
6.根据本技术的第一方面实施例的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，包括：支架；压力室，所述压力室包括底座以及与所述底座可拆卸连接的压力室主体，所述压力室主体为底部开口结构，所述底座设置于所述支架上，所述底座封堵于所述压力室主体的底部开口处并用于放置土体试样；轴力施加机构，所述轴力施加机构设置于所述支架上并用于向所述土体试样施加轴力；围压施加机构，所述围压施加机构与所述压力室相连并用于向所述土体试样施加围压；水气供给机构，所述水气供给机构具有供水工况和供气工况，所述水气供给机构处于供水工况时用于提供能够流经所述土体试样并具有预设压力的水流，所述水气供给机构处于供气工况时用于提供能够流经所述土体试样并具有预设压力的气流；数据采集机构，所述数据采集机构能够采集所述水流和所述气流的流速。
7.根据本技术实施例的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，至少具有如下
有益效果：进行试验时，将所述水气供给机构切换至供水工况时提供能够流经所述土体试样并具有预设压力的水流，此时通过所述数据采集机构采集水流的流速，随后可根据水流的预设压力、流速计算出土体试样的渗水系数，将所述水气供给机构切换至供气工况时提供能够流经所述土体试样并具有预设压力的气流，此时通过所述数据采集机构采集气流的流速，随后可根据气流的预设压力、流速计算出土体试样的渗气系数，即上述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置不仅能够测定疏水土的渗水系数，同时还能够测定疏水土的渗气系数，从而能够满足用于研究疏水土渗透系数的试验的需求。
8.根据本技术的一些实施例，所述水气供给机构包括三通接头、气泵、第一气压控制器、第二气压控制器、第一三通阀、第二三通阀、储水罐、第一输送管、第二输送管和开关阀，所述数据采集机构包括第一流量计和第二流量计，所述三通接头的三个接口一一对应地与所述气泵、所述第一气压控制器的进气端以及所述第二气压控制器的进气端相连通，所述第一三通阀和所述第二三通阀均具有主接口和两个副接口，所述储水罐具有三个接口，所述储水罐的三个接口一一对应地与所述第一气压控制器的出气端、所述第一三通阀的其中一个副接口以及外部水源相连通，所述第一输送管的一端与所述第一三通阀的主接口相连通，所述第一输送管远离所述第一三通阀的一端穿设于所述底座上并用于通向所述土体试样的底部，所述第一三通阀的另一个副接口与外部大气相连通，以使所述第一输送管远离所述压力室的一端能够择一地与所述储水罐相应的接口和外部大气相连通，所述第二输送管的一端与所述第二三通阀的主接口相连通，所述第二输送管远离所述第二三通阀的一端穿设于所述底座上并用于通向所述土体试样的顶部，所述第二三通阀的两个副接口一一对应地与所述第二气压控制器的出气端和外部大气相连通，以使所述第二输送管远离所述压力室的一端能够择一地与所述第二气压控制器的出气端和外部大气相连通，所述开关阀设置于所述储水罐相应的接口与外部水源之间，所述第一流量计设置于所述第一输送管上，所述第二流量计设置于所述第二输送管上。
9.根据本技术的一些实施例，所述轴力施加机构包括驱动件、活塞、轴力传感器和控制装置，所述驱动件设置于所述支架上，所述活塞活动穿设于所述压力室主体的顶部，所述驱动件用于驱动所述活塞向所述土体试样施加轴力，所述轴力传感器设置于所述活塞上并用于测量向所述土体试样所施加的轴力，所述控制装置分别与所述驱动件和所述轴力传感器电性连接。
10.根据本技术的一些实施例，所述驱动件为气缸，所述气缸的缸筒设置于所述支架上，所述气缸的活塞杆能够抵接于所述活塞的顶部并驱动所述活塞向下移动。
11.根据本技术的一些实施例，所述数据采集机构还包括轴向应变计、径向引伸计和数据采集器，所述轴向应变计用于设置在所述活塞上并能够测量所述土体试样的轴向应变，所述径向引伸计用于设置在所述土体试样上并能够测量所述土体试样的径向应变，所述数据采集器分别与所述轴向应变计和所述径向引伸计电性连接。
12.根据本技术的一些实施例，所述围压施加机构包括四通阀、压力体积控制器和排水管，所述四通阀具有主接口和三个副接口，所述四通阀的主接口与所述压力室相连通，所述四通阀的三个副接口一一对应地与所述压力体积控制器、所述排水管的一端以及外部水源相连通，以使所述压力室能够择一地与所述压力体积控制器、所述排水管的一端以及外部水源相连通。
13.根据本技术的一些实施例，所述围压施加机构包括第三三通阀、压力体积控制器、储水容器和水泵，所述第三三通阀具有主接口和两个副接口，所述第三三通阀的主接口与所述压力室相连通，所述第三三通阀的两个副接口一一对应地与所述压力体积控制器和所述水泵的出水端相连通，以使所述压力室能够择一地与所述压力体积控制器和所述水泵的出水端相连通，所述水泵设置于所述储水容器内并用于向所述压力室内供水。
14.根据本技术的一些实施例，所述压力室的顶部设置有连通所述压力室与外部大气的通气孔，所述通气孔处可拆卸地设置有封堵件。
15.根据本技术的一些实施例，所述封堵件为螺栓，所述通气孔为螺纹孔，所述封堵件螺纹连接于所述通气孔。
16.根据本技术的第二方面实施例的试验方法，其应用于根据本技术上述第一方面实施例的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，包括以下步骤：
17.从下至上依次在底座上放置第一透水石、土体试样以及第二透水石并使用承膜筒在外部套上橡皮膜；
18.在第二透水石的顶部放置试样顶帽；
19.使用橡皮筋固定橡皮膜；
20.在土体试样处安装径向引伸计并将径向引伸计调零；
21.将压力室主体安装在底座上，随后将压力室与水源相连通并向压力室内注水，注水完成后将压力室与压力体积控制器相连通并向土体试样施加围压；
22.将轴力传感器和轴向应变计调零；
23.通过控制装置控制驱动件驱动活塞向土体试样施加轴压；
24.待土体试样的变形稳定后测定渗水系数：将第一输送管远离压力室的一端与储水罐相应的接口相连通，将第二输送管远离压力室的一端与外部大气相连通，打开开关阀向储水罐内注水，注水完成后关闭开关阀，通过第一气压控制器将气泵输出至储水罐的气流的气压调节至所需大小，以将储水罐内的水以预设的压力输送至土体试样的底部，待水流流经土体试样并通过第二输送管排出时，通过第一流量计测量第一输送管内水流的流速并通过第二流量计测量第二输送管内水流的流速，待第一输送管内水流的流速与第二输送管内水流的流速稳定且相等时记录水流的流速，随后排出压力室内的水并拆除土体试样，最后根据相关数据计算土体试样的渗水系数；或者
25.待土体试样的变形稳定后测定渗气系数：将第一输送管远离压力室的一端与外部大气相连通，将第二输送管远离压力室的一端与第二气压控制器的出气端相连通，通过第二气压控制器将气泵输出至第二三通阀的气流的气压调节至所需大小，以将气泵输出的气流以预设的压力输送至土体试样的顶部，待气流流经土体试样并通过第一输送管排出时，通过第一流量计测量第一输送管内气流的流速并通过第二流量计测量第二输送管内气流的流速，待第一输送管内气流的流速与第二输送管内气流的流速稳定且相等时记录气流的流速，随后排出压力室内的水并拆除土体试样，最后根据相关数据计算土体试样的渗气系数。
26.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
27.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
28.图1是本技术实施例用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置的结构示意图。
29.附图标记：
30.第一透水石a、土体试样b、第二透水石c、试样顶帽d、支架100、压力室200、底座210、压力室主体220、封堵件230、三通接头310、气泵320、第一气压控制器330、第二气压控制器340、第一三通阀350、第二三通阀360、储水罐370、开关阀371、第一输送管380、第二输送管390、第一流量计410、第二流量计420、轴向应变计430、径向引伸计440、数据采集器450、驱动件510、活塞520、轴力传感器530、四通阀610、压力体积控制器620、排水管630。
具体实施方式
31.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
32.在本技术的描述中，需要理解的是，如果涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
33.在本技术的描述中，如果出现若干、大于、小于、超过、以上、以下、以内等词，其中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。
34.在本技术的描述中，如果出现第一、第二等词，只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
36.参照图1，根据本技术的实施例的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，包括支架100、压力室200、轴力施加机构、围压施加机构、水气供给机构和数据采集机构。
37.压力室200包括底座210以及与底座210可拆卸连接的压力室主体220，具体的，压力室主体220与底座210通过螺栓可拆卸连接，压力室主体220为底部开口结构，底座210设置于支架100上，底座210封堵于压力室主体220的底部开口处并用于放置土体试样，轴力施加机构设置于支架100上并用于向土体试样施加轴力，围压施加机构与压力室200相连并用于向土体试样施加围压，通过轴力施加机构和围压施加机构模拟土体的受力环境，其中，围压施加机构向土体试样所施加的围压还能够减少土体试样的边壁优先流和边壁渗流，水气供给机构具有供水工况和供气工况，水气供给机构处于供水工况时用于提供能够流经土体试样并具有预设压力的水流，水气供给机构处于供气工况时用于提供能够流经土体试样并具有预设压力的气流，数据采集机构能够采集上述的水流和气流的流速。
38.进行试验时，将水气供给机构切换至供水工况时提供能够流经土体试样并具有预设压力的水流，此时通过数据采集机构采集水流的流速，随后可根据水流的预设压力、流速计算出土体试样的渗水系数，将水气供给机构切换至供气工况时提供能够流经土体试样并具有预设压力的气流，此时通过数据采集机构采集气流的流速，随后可根据气流的预设压力、流速计算出土体试样的渗气系数，即上述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置不仅能够测定疏水土的渗水系数，同时还能够测定疏水土的渗气系数，从而能够满足用于研究疏水土渗透系数的试验的需求。
39.参照图1，在其中的一些实施例中，水气供给机构包括三通接头310、气泵320、第一气压控制器330、第二气压控制器340、第一三通阀350、第二三通阀360、储水罐370、第一输送管380、第二输送管390和开关阀371，数据采集机构包括第一流量计410和第二流量计420，三通接头310的三个接口通过管路一一对应地与气泵320、第一气压控制器330的进气端以及第二气压控制器340的进气端相连通，以使气泵320的出气端能够同时与第一气压控制器330的进气端和第二气压控制器340的进气端相连通，第一三通阀350和第二三通阀360均具有主接口和两个副接口，储水罐370具有三个接口，储水罐370的三个接口通过管路一一对应地与第一气压控制器330的出气端、第一三通阀350的其中一个副接口以及外部水源相连通，第一输送管380的一端与第一三通阀350的主接口相连通，第一输送管380远离第一三通阀350的一端穿设于底座210上并用于通向土体试样的底部，第一三通阀350的另一个副接口通过管路与外部大气相连通，以使第一输送管380远离压力室200的一端能够择一地与储水罐370相应的接口和外部大气相连通，第二输送管390的一端与第二三通阀360的主接口相连通，第二输送管390远离第二三通阀360的一端穿设于底座210上并用于通向土体试样的顶部，第二三通阀360的两个副接口通过管路一一对应地与第二气压控制器340的出气端和外部大气相连通，以使第二输送管390远离压力室200的一端能够择一地与第二气压控制器340的出气端和外部大气相连通，开关阀371设置于储水罐370相应的接口与外部水源之间，第一流量计410设置于第一输送管380上，第二流量计420设置于第二输送管390上。水气供给机构采用上述的结构，使得渗水系数的测定和渗气系数的测定共用同一套管路系统，简化了管路系统的结构，同时有利于降低管路系统的成本。具体的，当需要测定渗水系数时，将第一输送管380远离压力室200的一端与储水罐370相应的接口相连通以用于进水，将第二输送管390远离压力室200的一端与外部大气相连通以用于排水，当需要测定渗气系数时，将第一输送管380远离压力室200的一端与外部大气相连通以用于排气，将第二输送管390远离压力室200的一端与第二气压控制器340的出气端相连通以用于进气。其中，通过第一流量计410和第二流量计420测量瞬时流量，从而获取流速，当然，第一流量计410和第二流量计420也可以替换为流速计，在此不作限定。
40.参照图1，在其中的一些实施例中，轴力施加机构包括驱动件510、活塞520、轴力传感器530和控制装置(图中未示出)，驱动件510设置于支架100上，活塞520活动穿设于压力室200主体的顶部，驱动件510用于驱动活塞520向土体试样施加轴力，轴力传感器530设置于活塞520上并用于测量向土体试样所施加的轴力，控制装置分别与驱动件510和轴力传感器530电性连接。控制装置通过轴力传感器530反馈的数据控制驱动件510，从而能够根据需要调节施加于土体试样的轴力，其中，控制装置可以为计算机，也可以为p lc控制器，在此不作限定。
41.需要说明的是，在其中的一些实施例中，驱动件510为气缸，气缸的缸筒设置于支架100上，气缸的活塞520杆能够抵接于活塞520的顶部并驱动活塞520向下移动，其传动关系简单且易于实现，当然，驱动件510也可以为其他直线驱动结构，例如液压缸、电动推杆等，在此不作限定。
42.参照图1，在其中的一些实施例中，数据采集机构还包括轴向应变计430、径向引伸计440和数据采集器450，轴向应变计430用于设置在活塞520上并能够测量土体试样的轴向应变，径向引伸计440用于设置在土体试样上并能够测量土体试样的径向应变，数据采集器450分别与轴向应变计430和径向引伸计440电性连接，数据采集器450用于采集轴向应变计430和径向引伸计440所测量的数据，在试验的过程中，能够通过轴向应变计430测量土体试样的轴向应变，同时通过径向引伸计440测量土体试样的径向应变，从而能够确定土体试样的变形情况。
43.参照图1，在其中的一些实施例中，围压施加机构包括四通阀610、压力体积控制器620和排水管630，四通阀610具有主接口和三个副接口，四通阀610的主接口通过管路与压力室200相连通，四通阀610的三个副接口通过管路一一对应地与压力体积控制器620、排水管630的一端以及外部水源相连通，以使压力室200能够择一地与压力体积控制器620、排水管630的一端以及外部水源相连通。当需要向压力室200注水时，通过四通阀610将压力室200与外部水源相连通即可，当需要向土体试样施加围压时，通过四通阀610将压力室200与压力体积控制器620相连通即可，当需要排出压力室200内的水时，通过四通阀610将压力室200与排水管630相连通即可，其结构简单且易于操作。
44.需要说明的是，在另外的一些实施例中，围压施加机构包括第三三通阀、压力体积控制器620、储水容器和水泵，第三三通阀具有主接口和两个副接口，第三三通阀的主接口通过管路与压力室200相连通，第三三通阀的两个副接口通过管路一一对应地与压力体积控制器620和水泵的出水端相连通，以使压力室200能够择一地与压力体积控制器620和水泵的出水端相连通，水泵设置于储水容器内并用于向压力室200内供水。当需要向压力室200注水时，通过第三三通阀将压力室200与水泵的出水端相连通即可，当需要向土体试样施加围压时，通过第三三通阀将压力室200与压力体积控制器620相连通即可，当需要排出压力室200内的水时，将第三三通阀与水泵之间的管路远离第三三通阀的一端与水泵的出水端分离，随后通过第三三通阀将压力室200与该管路相连通即可向储水容器内排水，以便于循环利用注入压力室200内的水。
45.参照图1，在其中的一些实施例中，压力室200的顶部设置有连通压力室200与外部大气的通气孔(图中未示出)，通气孔处可拆卸地设置有封堵件230，需要向压力室200注水或者需要排出压力室200内的水时，将封堵件230从通气孔处拆卸下来，压力室200注水时能够通过通气孔排出压力室200内的空气，以便于注水，压力室200排水时能够使得外部空气通过通气孔进入压力室200，以便于排水。
46.需要说明的是，在其中的一些实施例中，封堵件230为螺栓，通气孔为螺纹孔，封堵件230螺纹连接于通气孔，其结构简单且易于实现，当然，封堵件230也可以是手动阀或者电磁阀，压力室200注水或者排水时无需拆卸封堵件230，同时，由于封堵件230可拆卸地设置于通气孔处，当封堵件230损坏时可进行更换。
47.根据本技术的实施例的试验方法，其应用于上述的用于测定疏水土水、气渗透系
数的试验装置，包括以下步骤：
48.从下至上依次在底座210上放置第一透水石a、土体试样b以及第二透水石c并使用承膜筒在外部套上橡皮膜；
49.在第二透水石的顶部放置试样顶帽d；
50.使用橡皮筋固定橡皮膜；
51.在土体试样处安装径向引伸计440并将径向引伸计440调零；
52.将压力室主体220安装在底座210上，随后将压力室200与水源相连通并向压力室200内注水，具体的，与压力室200相连通的水源可以是外部水源(例如自来水)，也可以是储水容器，注水完成后将压力室200与压力体积控制器620相连通并向土体试样施加围压；
53.将轴力传感器530和轴向应变计430调零；
54.通过控制装置控制驱动件510驱动活塞520向土体试样施加轴压；
55.待土体试样的变形稳定后测定渗水系数：将第一输送管380远离压力室200的一端与储水罐370相应的接口相连通，将第二输送管390远离压力室200的一端与外部大气相连通，打开开关阀371向储水罐370内注水，注水完成后关闭开关阀371，通过第一气压控制器330将气泵320输出至储水罐370的气流的气压调节至所需大小，以将储水罐370内的水以预设的压力输送至土体试样的底部，需要说明的是，由储水罐370输送至土体试样的水流的水压等于气泵320输出至储水罐370的气流的气压，待水流流经土体试样并通过第二输送管390排出时，通过第一流量计410测量第一输送管380内水流的流速并通过第二流量计420测量第二输送管390内水流的流速，待第一输送管380内水流的流速与第二输送管390内水流的流速稳定且相等时记录水流的流速，随后排出压力室200内的水并拆除土体试样，最后根据相关数据计算土体试样的渗水系数，测定渗水系数的过程中，可以通过第二气压控制器340将气泵320输出至第二三通阀360的气压调节为零，其中，可通过调整气泵320输出至储水罐370的气压，从而获取与不同水压所对应的水流的流速，从而能够通过多组试验数据分别测定渗水系数，有利于提高试验结果的准确性；或者
56.待土体试样的变形稳定后测定渗气系数：将第一输送管380远离压力室200的一端与外部大气相连通，将第二输送管390远离压力室200的一端与第二气压控制器340的出气端相连通，通过第二气压控制器340将气泵320输出至第二三通阀360的气流的气压调节至所需大小，以将气泵320输出的气流以预设的压力输送至土体试样的顶部，待气流流经土体试样并通过第一输送管380排出时，通过第一流量计410测量第一输送管380内气流的流速并通过第二流量计420测量第二输送管390内气流的流速，待第一输送管380内气流的流速与第二输送管390内气流的流速稳定且相等时记录气流的流速，随后排出压力室200内的水并拆除土体试样，最后根据相关数据计算土体试样的渗气系数，测定渗气系数的过程中，可以通过第一气压控制器330将气泵320输出至储水罐370的气压调节为零，其中，可通过调整气泵320输出至第二三通阀360的气压，从而获取与不同气压所对应的水流的流速，从而能够通过多组试验数据分别测定渗气系数，有利于提高试验结果的准确性。
57.需要说明的是，渗透系数的计算公式为：
[0058][0059]
其中，k为土体试样的渗透系数，单位为cm/s，v为流速(测定渗水系数时为水流的
流速，测定渗气系数时为气流的流速)，单位为cm3/s，ρ为密度(测定渗水系数时为水的密度，测定渗气系数时为空气的密度)，单位为g/cm3，g为重力加速度，单位为cm/s2，h为渗径，等于土体试样的高度，单位为cm，a为土体试样的断面积，单位为cm2，u为压力(测定渗水系数时为水压，测定渗气系数时为气压)，单位为pa。
[0060]
在本说明书的描述中，如果涉及到“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”以及“一些示例”等参考术语的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0061]
尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，包括：支架(100)；压力室(200)，所述压力室(200)包括底座(210)以及与所述底座(210)可拆卸连接的压力室主体(220)，所述压力室主体(220)为底部开口结构，所述底座(210)设置于所述支架(100)上，所述底座(210)封堵于所述压力室主体(220)的底部开口处并用于放置土体试样；轴力施加机构，所述轴力施加机构设置于所述支架(100)上并用于向所述土体试样施加轴力；围压施加机构，所述围压施加机构与所述压力室(200)相连并用于向所述土体试样施加围压；水气供给机构，所述水气供给机构具有供水工况和供气工况，所述水气供给机构处于供水工况时用于提供能够流经所述土体试样并具有预设压力的水流，所述水气供给机构处于供气工况时用于提供能够流经所述土体试样并具有预设压力的气流；数据采集机构，所述数据采集机构能够采集所述水流和所述气流的流速。2.如权利要求1所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，所述水气供给机构包括三通接头(310)、气泵(320)、第一气压控制器(330)、第二气压控制器(340)、第一三通阀(350)、第二三通阀(360)、储水罐(370)、第一输送管(380)、第二输送管(390)和开关阀(371)，所述数据采集机构包括第一流量计(410)和第二流量计(420)，所述三通接头(310)的三个接口一一对应地与所述气泵(320)、所述第一气压控制器(330)的进气端以及所述第二气压控制器(340)的进气端相连通，所述第一三通阀(350)和所述第二三通阀(360)均具有主接口和两个副接口，所述储水罐(370)具有三个接口，所述储水罐(370)的三个接口一一对应地与所述第一气压控制器(330)的出气端、所述第一三通阀(350)的其中一个副接口以及外部水源相连通，所述第一输送管(380)的一端与所述第一三通阀(350)的主接口相连通，所述第一输送管(380)远离所述第一三通阀(350)的一端穿设于所述底座(210)上并用于通向所述土体试样的底部，所述第一三通阀(350)的另一个副接口与外部大气相连通，以使所述第一输送管(380)远离所述压力室(200)的一端能够择一地与所述储水罐(370)相应的接口和外部大气相连通，所述第二输送管(390)的一端与所述第二三通阀(360)的主接口相连通，所述第二输送管(390)远离所述第二三通阀(360)的一端穿设于所述底座(210)上并用于通向所述土体试样的顶部，所述第二三通阀(360)的两个副接口一一对应地与所述第二气压控制器(340)的出气端和外部大气相连通，以使所述第二输送管(390)远离所述压力室(200)的一端能够择一地与所述第二气压控制器(340)的出气端和外部大气相连通，所述开关阀(371)设置于所述储水罐(370)相应的接口与外部水源之间，所述第一流量计(410)设置于所述第一输送管(380)上，所述第二流量计(420)设置于所述第二输送管(390)上。3.如权利要求2所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，所述轴力施加机构包括驱动件(510)、活塞(520)、轴力传感器(530)和控制装置，所述驱动件(510)设置于所述支架(100)上，所述活塞(520)活动穿设于所述压力室(200)主体的顶部，所述驱动件(510)用于驱动所述活塞(520)向所述土体试样施加轴力，所述轴力传感器(530)设置于所述活塞(520)上并用于测量向所述土体试样所施加的轴力，所述控制装置分别与所述驱动件(510)和所述轴力传感器(530)电性连接。
4.如权利要求3所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，所述驱动件(510)为气缸，所述气缸的缸筒设置于所述支架(100)上，所述气缸的活塞(520)杆能够抵接于所述活塞(520)的顶部并驱动所述活塞(520)向下移动。5.如权利要求3所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，所述数据采集机构还包括轴向应变计(430)、径向引伸计(440)和数据采集器(450)，所述轴向应变计(430)用于设置在所述活塞(520)上并能够测量所述土体试样的轴向应变，所述径向引伸计(440)用于设置在所述土体试样上并能够测量所述土体试样的径向应变，所述数据采集器(450)分别与所述轴向应变计(430)和所述径向引伸计(440)电性连接。6.如权利要求5所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，所述围压施加机构包括四通阀(610)、压力体积控制器(620)和排水管(630)，所述四通阀(610)具有主接口和三个副接口，所述四通阀(610)的主接口与所述压力室(200)相连通，所述四通阀(610)的三个副接口一一对应地与所述压力体积控制器(620)、所述排水管(630)的一端以及外部水源相连通，以使所述压力室(200)能够择一地与所述压力体积控制器(620)、所述排水管(630)的一端以及外部水源相连通。7.如权利要求5所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，所述围压施加机构包括第三三通阀、压力体积控制器(620)、储水容器和水泵，所述第三三通阀具有主接口和两个副接口，所述第三三通阀的主接口与所述压力室(200)相连通，所述第三三通阀的两个副接口一一对应地与所述压力体积控制器(620)和所述水泵的出水端相连通，以使所述压力室(200)能够择一地与所述压力体积控制器(620)和所述水泵的出水端相连通，所述水泵设置于所述储水容器内并用于向所述压力室(200)内供水。8.如权利要求6或7所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，所述压力室(200)的顶部设置有连通所述压力室(200)与外部大气的通气孔，所述通气孔处可拆卸地设置有封堵件(230)。9.如权利要求8所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，其特征在于，所述封堵件(230)为螺栓，所述通气孔为螺纹孔，所述封堵件(230)螺纹连接于所述通气孔。10.一种试验方法，其特征在于，应用于如权利要求6至9任一项所述的用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置，包括以下步骤：从下至上依次在底座(210)上放置第一透水石、土体试样以及第二透水石并使用承膜筒在外部套上橡皮膜；在第二透水石的顶部放置试样顶帽；使用橡皮筋固定橡皮膜；在土体试样处安装径向引伸计(440)并将径向引伸计(440)调零；将压力室主体(220)安装在底座(210)上，随后将压力室(200)与水源相连通并向压力室(200)内注水，注水完成后将压力室(200)与压力体积控制器(620)相连通并向土体试样施加围压；将轴力传感器(530)和轴向应变计(430)调零；通过控制装置控制驱动件(510)驱动活塞(520)向土体试样施加轴压；待土体试样的变形稳定后测定渗水系数：将第一输送管(380)远离压力室(200)的一端与储水罐(370)相应的接口相连通，将第二输送管(390)远离压力室(200)的一端与外部大
气相连通，打开开关阀(371)向储水罐(370)内注水，注水完成后关闭开关阀(371)，通过第一气压控制器(330)将气泵(320)输出至储水罐(370)的气流的气压调节至所需大小，以将储水罐(370)内的水以预设的压力输送至土体试样的底部，待水流流经土体试样并通过第二输送管(390)排出时，通过第一流量计(410)测量第一输送管(380)内水流的流速并通过第二流量计(420)测量第二输送管(390)内水流的流速，待第一输送管(380)内水流的流速与第二输送管(390)内水流的流速稳定且相等时记录水流的流速，随后排出压力室(200)内的水并拆除土体试样，最后根据相关数据计算土体试样的渗水系数；或者待土体试样的变形稳定后测定渗气系数：将第一输送管(380)远离压力室(200)的一端与外部大气相连通，将第二输送管(390)远离压力室(200)的一端与第二气压控制器(340)的出气端相连通，通过第二气压控制器(340)将气泵(320)输出至第二三通阀(360)的气流的气压调节至所需大小，以将气泵(320)输出的气流以预设的压力输送至土体试样的顶部，待气流流经土体试样并通过第一输送管(380)排出时，通过第一流量计(410)测量第一输送管(380)内气流的流速并通过第二流量计(420)测量第二输送管(390)内气流的流速，待第一输送管(380)内气流的流速与第二输送管(390)内气流的流速稳定且相等时记录气流的流速，随后排出压力室(200)内的水并拆除土体试样，最后根据相关数据计算土体试样的渗气系数。

技术总结
本申请公开了一种用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置及试验方法，用于测定疏水土水、气渗透系数的试验装置包括：支架；压力室，包括设置于支架上的底座和底部开口的压力室主体，底座封堵于压力室主体的底部开口处并用于放置土体试样；轴力施加机构，设置于支架上并用于向土体试样施加轴力；围压施加机构，与压力室相连并用于向土体试样施加围压；水气供给机构，具有供水工况和供气工况，供水工况时用于提供能够流经土体试样并具有预设压力的水流，供气工况时用于提供能够流经土体试样并具有预设压力的气流；数据采集机构，能够采集上述的水流和气流的流速。上述的结构不仅能够测定疏水土的渗水系数，同时还能够测定疏水土的渗气系数。的渗气系数。的渗气系数。


技术研发人员：林宏杰 黄格格 仁青才让 刘建坤 马银祥 谢忠安 林汐 马存安
受保护的技术使用者：青海省交控建设工程集团有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/9/5