1.一种渗流侵蚀试验系统,其特征其在于:它包括渗流侵蚀试验装置(2)、自动供水装置、高度调节装置和数据采集系统;所述渗流侵蚀试验装置(2)顶端进水口设置有阀门,并通过导管与自动供水装置的供水筒(4)连接,所述渗流侵蚀试验装置(2)底端出水口下放置用于流失细颗粒收集的颗粒收集桶(8),所述颗粒收集桶(8)与液体储存桶(9)相连;所述自动供水装置与高度调节装置相配合,并调节压力水头;所述渗流侵蚀试验装置(2)通过信号线与数据采集系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种渗流侵蚀试验系统,其特征在于:所述渗流侵蚀试验装置(2)的顶端进水阀门处设置有排气管路(A),进水管路(B),以及与进水管路(B)通过三通头连接的饱和进水管路(C),且三个管路上均设置有控制水流的阀门。
3.根据权利要求1所述的一种渗流侵蚀试验系统,其特征在于:所述颗粒收集桶(8)的底部一角斜向安置过滤试块(8-1),过滤试块(8-1)上裹覆多层滤纸,所述过滤试块(8-1)采用多孔隙透水材料制成;所述颗粒收集桶(8)与过滤试块(8-1)同侧的底部通过导水管与液体存储桶(9)连接。
4.根据权利要求1所述的一种渗流侵蚀试验系统,其特征在于:所述渗流侵蚀试验装置(2)顶部进水口处、试样筒壁高度的1/3与2/3处以及液体储存桶(9)底部均设置有压力传感器(0),压力传感器(0)通过导线将信号输送至数据采集卡(10),数据采集卡(10)与PC机(1)连接。
5.根据权利要求2所述的一种渗流侵蚀试验系统,其特征在于:所述渗流侵蚀试验装置(2)有多组,采用并联结构,每个渗流侵蚀试验装置(2)的进水管路(B)都通过三通或四通接头与总管路(D)相连。
6.根据权利要求1所述的一种渗流侵蚀试验系统,其特征在于:所述自动供水装置包括水泵(6),所述水泵(6)的进水端与水箱(7)相连,出水端通过导水管与供水筒(4)的进水口(4-3)连接。
7.根据权利要求1所述的一种渗流侵蚀试验系统,其特征在于:所述供水筒(4)顶部设置进水口(4-3),底部设置出水阀门(4-4);所述供水筒(4)顶部桶盖中心位置设置有圆水准泡(4-5);所述供水筒(4)顶部桶盖上安置有控制箱(4-1)和浮球液位计(4-2),控制箱(4-1)通过导线分别与水泵(6)与浮球液位计(4-2)连接,所述浮球液位计(4-2)带有浮球的插杆伸入水中,通过控制箱(4-1)、水泵(6)和浮球液位计(4-2)三者配合,实现供水筒(4)内自动供水且液位不变。
8.根据权利要求1所述的一种渗流侵蚀试验系统,其特征在于:所述高度调节装置包括微型电动吊机(3)和升降支架(5),所述升降支架(5)上安置有可滑动调节高度的支承台(5-
1),支承台(5-1)上放置供水筒(4),所述支承台(5-1)通过钢绞线(3-1)、动滑轮(3-2)以及固定在支架顶端的定滑轮(3-3)与微型电动吊机(3)相连。
9.根据权利要求1所述的一种渗流侵蚀试验系统,其特征在于:所述数据采集系统包括压力传感器(0),所述压力传感器(0)通过信号线与数据采集卡(10)相连,所述数据采集卡(10)与PC机(1)相连。
10.采用权利要求1-9任意一项所述渗流侵蚀试验系统的试验方法,其特征在于包括以下步骤:Step1:排气泡:首先打开水泵(6),使水泵送到供水筒(4)中,并保持常水头,打开供水筒(4)中的出水阀门(4-4)、第四阀门(d)、第三阀门(c),第一阀门(a)和第二阀门(b)保持关闭状态,当饱和进水管路(C)的末端流出稳定且连续的水流时,则总管路(D)与饱和进水管路(C)中的气泡已排尽,此时关闭第三阀门(c),打开第二阀门(b)与第一阀门(a),排尽进水管路(B)中的气泡,最后关闭第二阀门(b);
Step2:饱和:将饱和进水管路(C)的末端与渗流侵蚀试验装置(2)底端的出水阀门连接,依次打开第三阀门(c),渗流侵蚀试验装置(2)底端的出水阀门,渗流侵蚀试验装置(2)顶端的进水阀门,使水流慢慢浸润整个试样,当排气管路(A)的末端涌出连续水流且无气泡时,关闭第一阀门(a),渗流侵蚀试验装置(2)顶端的进水阀门,渗流侵蚀试验装置(2)底端的出水阀门与第三阀门(c),断开饱和进水管路(C)末端与渗流侵蚀试验装置(2)底端出水阀门之间的连接,使试样静置饱和一段时间;
Step3:渗流侵蚀试验:打开PC机(1)中的数据采集系统,依次打开第二阀门(b),渗流侵蚀试验装置(2)顶端的进水阀门,渗流侵蚀试验装置(2)底端的出水阀门,渗流试验开始,水流流经试样时会带出试样孔隙中的细颗粒,细颗粒经过出水阀门流入颗粒收集桶(8),细颗粒经过过滤试块(8-1)的过滤作用留在了颗粒收集桶(8)中,而夹带细颗粒的水流则继续流入液体储存桶(9),同时四处压力传感器(0)将测得的压强信号传输至电脑中;
Step4:计算:通过渗流侵蚀试验装置(2)顶端进水口处的压力传感器(0)传送至电脑中的压强信号将通过编写的程序修正为试样上表面处的压强信号,此时试样上相当于设置有三处压力传感器(0),由上至下设此三处压力传感器0的读数为pm,pn,ps,设液体储存桶(9)处压力传感器(0)的读数为pk,数据采集系统每隔Δt读数一次,ti时刻各传感器读数见下表:根据《土工试验方法标准》中关于常水头渗透系数的计算方法以及本试验系统中所采集到的数据信息情况,ti时刻试样的平均渗透系数计算公式为:其中:
——水温为T℃时ti-1至ti时间内试样的平均渗透系数(cm/s);
Qi——ti-1至ti时间内的渗出水量(cm3);
L——两压力传感器中心之间的距离(cm);
A——试样的断面积(cm2);
Hi——ti时刻平均水位差(cm);
Δt——ti-1至ti时间间隔(s);
2
S——液体储存桶的断面积(cm);
——ti时刻液体储存桶处的压力传感器的读数(Pa);
——ti-1时刻液体储存桶处的压力传感器的读数(Pa);
——ti时刻渗流侵蚀试验装置出水口处的压力传感器的读数(Pa);
——ti时刻渗流侵蚀试验装置由上至下第二个压力传感器的读数(Pa);
——ti时刻渗流侵蚀试验装置由上至下第三个压力传感器的读数(Pa);
由此可得知某一水力梯度下,试验时间段内试样整体各时刻的渗透系数的连续变化情况;当需要调节水力梯度时,按动微型电动吊机(3)的按钮,调节供水筒(4)至要求高度;细颗粒的收集与称量工作可在每个水力梯度或整个渗流侵蚀试验完成后进行;试验完成后关闭各阀门,整理试验仪器与试验数据及其后续相关试验。