土体渗透系数测试系统和方法

1.本发明涉及土壤渗透系数测定技术领域，具体而言，涉及一种土体渗透系数测试系统和方法。


背景技术：

2.土的渗透性是反映土的孔隙性规律的基本内容之一，渗透系数是反映土的渗透能力的定量指标。水在土体中的渗流，会影响工程效益和进度，同时引起土体变形，改变构筑物或地基的稳定条件，直接影响工程安全。渗透系数的影响因素主要取决于土粒的粗细程度及其状态之间的关系、土的密实度和孔隙比、水的温度等，在土壤冻融、水分平衡、排水、改良等研究中经常需要进行测定。现有土壤渗透系数的测定装置功能单一，测试效果不理想，复杂工程环境下的测试结果参考性较低。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种土体渗透系数测试系统和方法，其能够直观观察水的运动轨迹和流速，还能实现冻融循环控制及土样温度梯度控制；同时能在多因素条件下获取土体渗透系数，提高数据结果的准确性和可靠性。
4.本发明的实施例是这样实现的：
5.第一方面，本发明提供一种土体渗透系数测试系统，包括：
6.岩土承载装置、补水装置、冷浴装置、荧光监测装置和数据采集装置；所述岩土承载装置用于储存土样；所述补水装置和冷浴装置均与所述岩土承载装置连接，所述补水装置用于将水输送至土样内以排出土样内的空气且能自动补水，所述冷浴装置用于调节土样温度以模拟冻融循环过程；所述荧光监测装置包括荧光剂注入器和图像采集机构，所述荧光剂注入器用于将荧光剂注入补水装置，以使荧光剂随水流在土样内流动，所述图像采集机构用于采集荧光剂在土样内部流动过程中的图像；所述数据采集装置包括数据采集仪以及均与所述数据采集仪通信连接的多个水分传感器、多个孔隙水压力传感器和呈梯度排布的多个温度传感器，所述水分传感器用于获取土样含水量，所述孔隙水压力传感器用于获取土样水压，所述温度传感器用于获取土样温度。
7.在可选的实施方式中，所述岩土承载装置包括亚克力圆筒、保温层、第一透水石层、第二透水石层、第一止水垫圈和第二止水垫圈，所述亚克力圆筒具有用于储存土样的且两端均为敞口的空腔，所述保温层套接于所述亚克力圆筒外；所述第一透水石层和第二透水石层均填充于所述空腔内且用于分别覆盖土样的两端，所述第一止水垫圈设于第一透水石层远离土样的一侧，第二止水垫圈设于第二透水石层远离土样的一侧。
8.在可选的实施方式中，所述补水装置包括承载座、电子天平、储水瓶、马里奥特烧瓶、第一阀门和第二阀门，所述电子天平安装于所述承载座上，所述储水瓶定位于所述电子天平上，所述储水瓶与所述马里奥特烧瓶连通，所述马里奥特烧瓶与所述岩土承载装置连通，用于将水输送至土样内；所述第一阀门用于调控所述储水瓶与所述马里奥特烧瓶的通
断；所述第二阀门用于调控所述马里奥特烧瓶与所述岩土承载装置的通断。
9.在可选的实施方式中，所述补水装置还包括加热器和输水管，所述输水管的一端连通所述马里奥特烧瓶，另一端连通所述岩土承载装置，所述第二阀门设于所述输水管上；所述加热器用于加热流经所述输水管的水。
10.在可选的实施方式中，所述加热器包括具有加热空间的螺旋形加热管，所述输水管穿设于所述螺旋形加热管内。
11.在可选的实施方式中，所述冷浴装置包括两个冷浴单元，每个所述冷浴单元均包括冷浴箱、输出管、回流管和螺旋形铜管，所述输出管的一端连通所述冷浴箱的输出口，另一端连通所述螺旋形铜管的输入口，所述回流管的一端连通所述螺旋形铜管的输出口，另一端连通所述冷浴箱的输入口；所述两个冷浴单元的螺旋形铜管均与所述岩土承载装置连接，且两根所述螺旋形铜管用于夹持土样，以循环调节温度。
12.在可选的实施方式中，所述图像采集机构包括随动支架、摄像机、led灯、凸透镜、滤光片、光敏电阻、电流检测器、数模转换器、遮光筒和信号放大器，所述摄像机安装于所述随动支架上，所述随动支架的高度能自动调节，以带动所述摄像机往复升降；所述遮光筒具有通光孔，所述遮光筒安装于所述摄像机上，所述led灯、凸透镜、滤光片、光敏电阻依次设置于遮光筒内，且所述led灯靠近所述通光孔；所述光敏电阻与所述电流检测器连接，所述电流检测器通过信号放大器与所述数模转换器通信连接。
13.第二方面，本发明提供一种土体渗透系数测试方法，基于前述实施方式所述的土体渗透系数测试系统，该方法包括如下步骤：
14.利用冷浴装置调节位于岩土承载装置内的土样温度；
15.利用补水装置向土样内输水，在排出土样内部空气后利用补水装置自动补水以进行渗透系数测试；
16.利用计算公式获取土体渗透系数k。
17.在可选的实施方式中，所述计算公式包括：
18.公式一：
19.dvs＝-adh
20.其中，dvs表示dt时间内流入土样的流量，a表示马里奥特烧瓶的内径面积，dh表示在dt时间内马里奥特烧瓶中水位下降高度；
21.公式二：根据达西定律，得到dt时间内流出土样的水量dv：
[0022][0023]
其中，h表示任意相邻时刻马里奥特烧瓶中的水位差，l表示渗径，a表示土样的过水面积；
[0024]
根据同一时间经过土样的渗水量应与马里奥特烧瓶内流水量相等得到公式三：
[0025][0026]
将公式三两边积分，用常用对数表示为：
[0027][0028]
其中，(t
2-t1)表示相邻两次读取马里奥特烧瓶中水位的时间差，h1和h2分别表示相临两次读取的马里奥特烧瓶中的水位高度。
[0029]
在可选的实施方式中，利用公式获取渗透流速v，其中：
[0030]
根据光电流强度i与荧光剂浓度c成正比得到公式四：
[0031][0032]
根据单孔点稀释模型得到公式五：
[0033][0034]
将公式四代入公式五得到：
[0035][0036]
其中，α表示反滤层修正系数，r为亚克力圆筒的半径，t为实验中荧光剂流入所用时间。
[0037]
在可选的实施方式中，利用公式获取渗透流速v，其中：
[0038]
根据光电流强度i与荧光剂浓度c成正比得到公式四：
[0039][0040]
根据单孔点稀释模型得到公式五：
[0041][0042]
将公式四代入公式五得到：
[0043]
其中，α表示反滤层修正系数，r为亚克力圆筒的半径，t为实验中荧光剂流入所用时间。
[0044]
本发明实施例的有益效果是：
[0045]
综上所述，本实施例提供的土体渗透系数测试系统，在测试过程中，将土样储存在岩土承载装置内，利用补水装置为土样补水，从而排出土样中的空气，使土体渗透系数在合理的环境下进行。冷浴装置能够按需调整土样温度，满足不同场景的测定需求。荧光监测装置能够在测试过程通过荧光剂的图像采集来直观获取土样内水的运动轨迹，使测定过程可视化。并且，在测试过程中，通过梯度排布的温度传感器能够实时获取不同深度的土样的温度情况，通过多种数据的结合提高数据结果的准确性。
附图说明
[0046]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0047]
图1为本发明实施例的土体渗透系数测试系统的结构示意图；
[0048]
图2为本发明实施例的土体渗透系数测试系统的部分结构示意图；
[0049]
图3为本发明实施例的图像采集机构的结构示意图；
[0050]
图4为本发明实施例的图像采集机构的部分结构示意图。
[0051]
图标:
[0052]
001-土样；100-岩土承载装置；110-亚克力圆筒；111-入水口；112-出水口；120-保温层；130-第一透水石层；140-第二透水石层；150-第一止水垫圈；160-第二止水垫圈；200-补水装置；210-承载座；220-电子天平；230-储水瓶；240-马里奥特烧瓶；250-第一阀门；260-第二阀门；270-加热器；280-第一输水管；281-第二输水管；290-保温罩；300-冷浴装置；310-冷浴单元；311-冷浴箱；312-输出管；313-回流管；314-螺旋形铜管；400-荧光监测装置；410-荧光剂注入器；420-图像采集机构；421-随动支架；422-摄像机；423-led灯；424-凸透镜；425-滤光片；426-光敏电阻；427-电流检测器；428-数模转换器；429-遮光筒；4291-通光孔；430-信号放大器；500-数据采集装置；510-数据采集仪；520-水分传感器；530-孔隙水压力传感器；540-温度传感器；600-计算机。
具体实施方式
[0053]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0054]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0055]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0056]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0057]
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0058]
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一
体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0059]
土体渗透系数测试系统实施例
[0060]
请结合图1-图4，本实施例提供了一种土体渗透系数测试系统，包括岩土承载装置100、补水装置200、冷浴装置300、荧光监测装置400和数据采集装置500；岩土承载装置100用于储存土样001；补水装置200和冷浴装置300均与岩土承载装置100连接，补水装置200用于将水输送至土样001内以排出土样001内的空气并能自动补水，冷浴装置300用于调节土样001温度以模拟冻融循环过程；荧光监测装置400包括荧光剂注入器410和图像采集机构420，荧光剂注入器用于将荧光剂注入补水装置200，以使荧光剂随水流在土样001内流动，图像采集机构420用于采集荧光剂在土样001中流动过程中的图像；数据采集装置500包括数据采集仪510以及均与数据采集仪510通信连接的多个水分传感器520、多个孔隙水压力传感器530和呈梯度排布的多个温度传感器540，水分传感器520用于获取土样001的含水量，孔隙水压力传感器530用于获取土样001水压，温度传感器540用于获取土样001温度。
[0061]
本实施例提供的土体渗透系数测定系统的工作原理如下：
[0062]
将土样001储存在岩土承载装置100内，然后启动冷浴装置300，利用冷浴装置300按需调整土样001温度，使土样001处于冻融循环或某一测试温度状态下，满足不同场景的测定需求。在土样001温度调整完成后，利用补水装置200为土样001补水，水流在土样001中流动时能够从土样001的底部排出，水流流经土样001后，能够排出土样001中的空气，使土体渗透系数在合理的环境下进行。排尽土体内部空气后，然后启动荧光剂注入器410，将荧光剂注入补水管路中，荧光剂能随着补水管路中的水流入土样001中，同时，启动图像采集机构420，在测试过程实时采集荧光剂的图像来直观获取土样001内水体流动情况，使测定过程可视化。并且，在测试过程中，通过梯度排布的温度传感器540能够实时获取不同深度的土样001的温度情况，通过水分传感器520能够获取土样001的含水量，通过孔隙水压力传感器530能够获取土样001内的水压，如此，通过多种实时数据的结合提高数据结果的准确性。
[0063]
以下对本实施例提供的土体渗透系数测试系统的细节结构进行展开描述。
[0064]
请结合图1和图2，本实施例中，可选的，岩土承载装置100包括亚克力圆筒110、保温层120、第一透水石层130、第二透水石层140、第一止水垫圈150和第二止水垫圈160。亚克力圆筒110为环形筒，亚克力圆筒110具有两端均为敞口的空腔，亚克力圆筒110的横截面轮廓为圆环形，横截面为垂直于亚克力圆筒110的轴线的平面。亚克力圆筒110正常使用时，其轴线在竖向上延伸，两个敞口分别位于亚克力圆筒110的顶部和底部。保温层120采用透明隔热材料制成，例如保温层120可以为聚氨酯、聚苯乙烯等材料制成，可选的，保温层120可以为玻璃保温隔热膜等。保温层120的厚度可以设置在5cm～10cm，通过将保温层120套接在亚克力圆筒110外，起到控制土样001温度的作用，便于使土样001在设定温度条件下进行测试。在亚克力圆筒110内储存土样001时，可以先在亚克力圆筒110的内壁涂抹凡士林，然后将亚克力圆筒110的底部置于第一透水石层130上，将第一透水石层130置于第一止水垫圈150上，如此，第一透水石层130位于亚克力圆筒和第一止水垫圈之间，再将土样001放置于亚克力圆筒110的空腔内静压成型。当土样001成型后，土样001亚克力圆筒110的顶部铺设
第二透水石层140，再在第二透水石层140的顶部设置第二止水垫圈160。并且，在亚克力圆筒上设置有入水口111和出水口112，补水装置200和入水口111连通，出水口112用于排出流经土样001的水。
[0065]
通过设置亚克力圆筒110，起到稳定土样001的作用，并且，图像采集机构420能够透过亚克力圆筒110采集到土样001的图像。通过设置透水石层，便于水分均匀地进入土样001中且具有一定的蓄水作用，止水垫圈的设计，提高了密封性，不易漏气和漏水，环境因素对测试结果的影响小。
[0066]
需要说明的是，亚克力圆筒110为透明件，具有可视化功能。
[0067]
请结合图1，本实施例中，可选的，补水装置200包括承载座210、电子天平220、储水瓶230、马里奥特烧瓶240、第一阀门250、第二阀门260、加热器270和输水管。电子天平220安装于承载座210上，储水瓶230定位于电子天平220上，储水瓶230与马里奥特烧瓶240通过第一输水管280连通，储水瓶230的底部高度与马里奥特烧瓶240的顶部高度一致，马里奥特烧瓶240通过第二输水管281与亚克力圆筒110的入水口111连通。第一阀门250安装于第一输水管280上，用于调控储水瓶230与马里奥特烧瓶240的通断。第二阀门260安装于第二输水管281上，用于调控马里奥特烧瓶240与亚克力圆筒110的通断。使用时，先使第一阀门250和第二阀门260均处于打开状态，在重力作用下，确保测试过程中的初始水分供给，马里奥特烧瓶240能满足后续试验的水分补充，也即实现土体渗透系数测试过程中的自动补水。加热器270包括具有加热空间的螺旋形加热管，第二输水管281穿设于螺旋形加热管形成的加热空间中。
[0068]
可选的，加热器270还包括保温罩290，保温罩290包裹螺旋形加热管，降低热量流失速度，节省能源。
[0069]
请结合图1和图2，本实施例中，可选的，冷浴装置300包括两个冷浴单元310，每个冷浴单元310均包括冷浴箱311、输出管312、回流管313和螺旋形铜管314，输出管312的一端连通冷浴箱311的输出口，另一端连通螺旋形铜管314的输入口。回流管313的一端连通螺旋形铜管314的输出口，另一端连通冷浴箱311的输入口。两个冷浴单元310的螺旋形铜管314均与亚克力圆筒110连接，且两根螺旋形铜管314用于夹持土样001，以调节土样001温度。具体的，两根螺旋形铜管314分别设于亚克力圆筒110的两个敞口处，并且其中一根螺旋形铜管314与第一止水垫圈远离第一透水石层130的一侧贴合，另一根螺旋形铜管314与第二止水垫圈远离第二透水石层140的一侧贴合。如此设计，两个冷浴单元310可以独立控制，二者配合实现土样001温度的调控。通过调节两个冷浴单元310的温度，土样上下两端的温度变化，构成了温度梯度的变化，具有变量设置的功能。
[0070]
请结合图1、图3和图4，本实施例中，可选的，荧光剂注入器410可以与第二输水管281连接，并且与第二输水管281连接的位置位于加热器270靠近亚克力圆筒110的一侧，也即荧光剂能够随加热完成后的水一起流入土样001。通过将补水的水温利用加热器270进行调整，改善了补水时与水与土样001产生温度差的情况，降低水流温度对测试结果的影响。图像采集机构420包括随动支架421、摄像机422、led灯423、凸透镜424、滤光片425、光敏电阻426、电流检测器427、数模转换器428、遮光筒429和信号放大器430。摄像机422安装于随动支架421上，随动支架421支撑在地面上，随动支架421的高度能自动调节，以带动摄像机422往复升降，例如，随动支架421可以通过步进电机或电动丝杠等直线伸缩结构实现自动
化调节。遮光筒429具有通光孔4291，遮光筒429安装于摄像机422上，led灯423、凸透镜424、滤光片425、光敏电阻426依次设置于遮光筒429内，且led灯423靠近通光孔4291；光敏电阻426与电流检测器连接，电流检测器通过信号放大器430与数模转换器428通信连接。在初始状态时，随动支架421的高度较高，且能够获取土样001顶部的图像，也就是说，土样001内水从顶部往下流，随动支架421带动摄像机422等部件从顶部向下运动，对水流在土样001中流动的全程进行图像采集，获取的图像能够作为后续分析的参考资料。
[0071]
需要说明的是，荧光剂采用水基荧光剂luyor-6200，具有性质稳定、无毒、可降解、易检测的特点。led灯423可以为紫外灯。物质对某一波长光吸收的强弱与吸光物质的浓度及其液层厚度间的关系满足朗伯比尔定律，根据这一定律所需条件，放置凸透镜424，满足紫外led灯423在它的焦点处，使发散光转化为平行光照射在光敏电阻426上，荧光强度转化为电流，电流通过内部导线传输至电流检测装置，通过电流检测装置将电流进行放大，电流通过模数转换器将电信号转换为数字信号。
[0072]
需要说明的是，土体渗透系数测试系统还包括计算机600，电子天平220、数据采集仪510、加热器270、随动支架421、摄像机422、数模转换器428、水分传感器520、孔隙水压力传感器530和温度传感器540均可以与计算机600通信连接。
[0073]
本实施例提供的土体渗透系数测试系统，能够获取土样001梯度温度数据，还能够实现冻融循环控制，并且测试过程中通过采集荧光剂图像能够使测试过程可视化，测试系统功能多样化，测试效果好，测试结果准确性高。
[0074]
土体渗透系数测试方法实施例
[0075]
本实施例提供了一种土体渗透系数测试方法，基于上述实施例提到的土体渗透系数测试系统。该测试方法包括如下步骤：
[0076]
利用冷浴装置300调节位于岩土承载装置100内的土样001温度；
[0077]
利用补水装置200向土样001内输水，且在土样001内空气排出后停止输水；
[0078]
利用计算公式获取土体渗透系数k。
[0079]
具体的，计算公式包括：
[0080]
公式一：
[0081]
dvs＝-adh
[0082]
其中，dvs表示dt时间内流入土样001的流量，a表示马里奥特烧瓶240的内径面积(单位为cm2)，dh表示在dt时间内马里奥特烧瓶240中水位下降高度(单位为cm)；
[0083]
公式二：根据达西定律，得到dt时间内流出土样001的水量dv：
[0084][0085]
其中，h表示任意相邻时刻马里奥特烧瓶240中的水位差(单位为cm)；l表示渗径，即亚克力圆筒110的高度(单位为cm)；a表示土样001的过水面积，即亚克力圆筒110的横截面积(单位为cm 2
)；
[0086]
根据同一时间经过土样001的渗水量应与马里奥特烧瓶240内流水量相等获得公式三：
[0087][0088]
将公式三两边积分，用常用对数表示为：
[0089][0090]
其中，(t
2-t1)表示相邻两次读取马里奥特烧瓶240中水位的时间差(单位为秒)，h1和h2分别表示相临两次读取的马里奥特烧瓶240中的水位高度。
[0091]
可选的，开启led灯423使荧光剂显色，通过荧光剂发出的荧光照射在光敏电阻426上，荧光强度转化为电流，电流通过内部导线传输至电流检测装置，通过电流检测装置将电流进行放大并传输至数模转换器428，电流通过模数转换器将电信号转换为数字信号。摄像机422接收并根据用于指示开启或关闭荧光浓度显示功能的指令，计算机600控制开启或关闭荧光浓度显示功能。根据光电流强度i与荧光剂浓度c成正比得到公式四：
[0092][0093]
根据单孔点稀释模型得到公式五：
[0094][0095]
将公式四代入公式五得到：
[0096][0097]
其中，v表示渗流速度；α表示反滤层修正系数，若反滤层透水性远远大于土样001可取值为1；r为亚克力圆筒110的半径，t为实验中荧光剂流入所用时间。
[0098]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种土体渗透系数测试系统，其特征在于，包括：岩土承载装置、补水装置、冷浴装置、荧光监测装置和数据采集装置；所述岩土承载装置用于储存土样；所述补水装置和冷浴装置均与所述岩土承载装置连接，所述补水装置用于将水输送至土样内以排出土样内的空气且能自动补水；所述冷浴装置用于调节土样温度以模拟冻融循环过程；所述荧光监测装置包括荧光剂注入器和图像采集机构，所述荧光剂注入器用于将荧光剂注入补水装置，以使荧光剂随水流在土样内流动，所述图像采集机构用于采集荧光剂在土样内部流动过程中的图像；所述数据采集装置包括数据采集仪以及均与所述数据采集仪通信连接的多个水分传感器、多个孔隙水压力传感器和呈梯度排布的多个温度传感器，所述水分传感器用于获取土样的含水量，所述孔隙水压力传感器用于获取土样水压，所述温度传感器用于获取土样温度。2.根据权利要求1所述的土体渗透系数测试系统，其特征在于：所述岩土承载装置包括亚克力圆筒、保温层、第一透水石层、第二透水石层、第一止水垫圈和第二止水垫圈，所述亚克力圆筒具有用于储存土样的且两端均为敞口的空腔，所述保温层套接于所述亚克力圆筒外；所述第一透水石层和第二透水石层均填充于所述空腔内且用于分别覆盖土样的两端，所述第一止水垫圈设于第一透水石层远离土样的一侧，第二止水垫圈设于第二透水石层远离土样的一侧。3.根据权利要求1所述的土体渗透系数测试系统，其特征在于：所述补水装置包括承载座、电子天平、储水瓶、马里奥特烧瓶、第一阀门和第二阀门，所述电子天平安装于所述承载座上，所述储水瓶定位于所述电子天平上，所述储水瓶与所述马里奥特烧瓶连通，所述马里奥特烧瓶与所述岩土承载装置连通，用于将水输送至土样内；所述第一阀门用于调控所述储水瓶与所述马里奥特烧瓶的通断；所述第二阀门用于调控所述马里奥特烧瓶与所述岩土承载装置的通断。4.根据权利要求3所述的土体渗透系数测试系统，其特征在于：所述补水装置还包括加热器和输水管，所述输水管的一端连通所述马里奥特烧瓶，另一端连通所述岩土承载装置，所述第二阀门设于所述输水管上；所述加热器用于加热流经所述输水管的水。5.根据权利要求4所述的土体渗透系数测试系统，其特征在于：所述加热器包括具有加热空间的螺旋形加热管，所述输水管穿设于所述螺旋形加热管内。6.根据权利要求1所述的土体渗透系数测试系统，其特征在于：所述冷浴装置包括两个冷浴单元，每个所述冷浴单元均包括冷浴箱、输出管、回流管和螺旋形铜管，所述输出管的一端连通所述冷浴箱的输出口，另一端连通所述螺旋形铜管的输入口，所述回流管的一端连通所述螺旋形铜管的输出口，另一端连通所述冷浴箱的输入口；所述两个冷浴单元的螺旋形铜管均与所述岩土承载装置连接，且两根所述螺旋形铜管用于夹持土样，以循环调节温度。7.根据权利要求1所述的土体渗透系数测试系统，其特征在于：所述图像采集机构包括随动支架、摄像机、led灯、凸透镜、滤光片、光敏电阻、电流检测器、数模转换器、遮光筒和信号放大器，所述摄像机安装于所述随动支架上，所述随动支架的高度能自动调节，以带动所述摄像机往复升降；所述遮光筒具有通光孔，所述遮光筒安装
于所述摄像机上，所述led灯、凸透镜、滤光片、光敏电阻依次设置于遮光筒内，且所述led灯靠近所述通光孔；所述光敏电阻与所述电流检测器连接，所述电流检测器通过信号放大器与所述数模转换器通信连接。8.一种土体渗透系数测试方法，基于权利要求1-7任一项所述的土体渗透系数测试系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：利用冷浴装置调节位于岩土承载装置内的土样温度；利用补水装置向土样内输水，在排出土样内部空气后利用补水装置自动补水以进行渗透系数测试；利用计算公式获取土体渗透系数k。9.根据权利要求8所述的土体渗透系数测试方法，其特征在于：所述计算公式包括：公式一：dv
s
＝-adh其中，dv
s
表示dt时间内流入土样的流量，a表示马里奥特烧瓶的内径面积，dh表示在dt时间内马里奥特烧瓶中水位下降高度；公式二：根据达西定律，得到dt时间内流出土样的水量dv：其中，h表示任意相邻时刻马里奥特烧瓶中的水位差，l表示渗径，a表示土样的过水面积；根据同一时间经过土样的渗水量应与马里奥特烧瓶内流水量相等得到公式三：将公式三两边积分，用常用对数表示为：其中，(t
2-t1)表示相邻两次读取马里奥特烧瓶中水位的时间差，h1和h2分别表示相临两次读取的马里奥特烧瓶中的水位高度。10.根据权利要求8所述的土体渗透系数测试方法，其特征在于：利用公式获取渗透流速v，其中：根据光电流强度i与荧光剂浓度c成正比得到公式四：根据单孔点稀释模型得到公式五：将公式四代入公式五得到：
其中，α表示反滤层修正系数，r为亚克力圆筒的半径，t为实验中荧光剂流入所用时间。

技术总结
本申请提供一种土体渗透系数测试系统和方法，涉及土壤渗透系数测定技术领域，系统包括岩土承载装置、补水装置、冷浴装置、荧光监测装置和数据采集装置。补水装置用于将水输送至土样内以排出土样内的空气且能自动补水；冷浴装置用于调节土样温度以模拟冻融循环过程；荧光监测装置包括荧光剂注入器和图像采集机构。数据采集装置包括数据采集仪以及均与数据采集仪通信连接的多个水分传感器、多个孔隙水压力传感器和呈梯度排布的多个温度传感器。该系统不仅能够直观观察水的运动轨迹和流速，还能实现冻融循环控制及土样温度梯度控制。实现冻融循环控制及土样温度梯度控制。实现冻融循环控制及土样温度梯度控制。


技术研发人员：路建国 邓菲 王大国 高佳佳 万旭升 周小勋 王寅栋 谭俐伶
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/25