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閱讀：24發(fā)布時(shí)間：2025-10-18
智能四聯(lián)變水頭滲透儀的研制與應(yīng)用
(蘇州昱創(chuàng)流體科技有限公司，江蘇蘇州，215636)
摘 要：智能四聯(lián)變水頭滲透儀在傳統(tǒng)變水頭滲透儀基礎(chǔ)上進(jìn)行了智能化的設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)自動采集數(shù)據(jù)和處理，無需人工讀數(shù)，減少人為誤差，提高了工作效率和試驗(yàn)精度，也可極大地解放勞動力。
關(guān)鍵詞：變水頭滲透儀，智能化，滲透系數(shù)
Development and application of intelligent quadruple falling head permeameter
2.Suzhou Yuchuang Fluid Tech Co., Ltd., Jiangsu Suzhou 215636, China)
Abstract: Based on the traditional falling head permeameter, the intelligent quadruple falling head permeameter is developed. Using this apparatus, the working efficiency and test precision are improved, which liberates labor force greatly.
Key words: falling head permeameter; intelligent; permeability coefficient
0 引 言
土體滲透性的測定是巖土工程和工程地質(zhì)評價(jià)的重要內(nèi)容，常以滲透系數(shù)表示，滲透系數(shù)是衡量土體滲透性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通常使用常水頭和變水頭兩種方法測定。對于常見的黏性土體的滲透系數(shù)測定常采用變水頭滲透儀來完成。
由于粘性土的滲透系數(shù)較小，通常要在幾個(gè)小時(shí)或幾十個(gè)小時(shí)完成一次試驗(yàn)，目前國內(nèi)絕大部分單位采用人工讀數(shù)，人工記錄和人工計(jì)算，這樣的試驗(yàn)方法普遍認(rèn)為費(fèi)事，人為因素較多，工作效率較低。在滿足達(dá)西定律的滲透原理基礎(chǔ)上進(jìn)行了智能化的設(shè)計(jì)，并對滲透試驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)和功能做了改進(jìn)，研制出了一種智能四聯(lián)變水頭滲透儀，實(shí)現(xiàn)了滲透系數(shù)試驗(yàn)的自動化，并得到了用戶認(rèn)可。
1 試驗(yàn)儀器的研制
在傳統(tǒng)南55型滲透儀基礎(chǔ)上，結(jié)合電氣控制和軟件處理，研制出了智能四聯(lián)變水頭滲透儀（如圖1），同時(shí)結(jié)合用戶反饋，對儀器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
圖1 昱創(chuàng)科技智能四聯(lián)變水頭滲透儀
Fig.1 intelligent quadruple falling head permeameter
1.1儀器特點(diǎn)
1.2主要技術(shù)指標(biāo)
土樣直徑61.8mm，面積30cm2；
土樣高度4cm；
液位管斷面積0.785cm2；
液位量程1000mm；
分辨率0.1cm；
綜合誤差0.3%F.S.
2 計(jì)算
2.1滲透系數(shù)計(jì)算
滲透試驗(yàn)結(jié)果按變水頭公式，由軟件直接計(jì)算。
a―玻璃管橫截面面積0.785cm2
A―土樣面積30cm2
t1、t2―測量水頭的起始時(shí)間和終止時(shí)間（s）
L―滲徑，即土樣高度4cm
H1―起始水頭高度（液位），即土樣上端至起始水頭的距離（cm）
H2―下降水頭高度（液位），即土樣上端至下降水頭的距離（cm）
2.2按下式計(jì)算校準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)
KT―T℃時(shí)試樣滲透系數(shù)
K20―20℃時(shí)試樣滲透系數(shù)
ηT―T℃時(shí)水的動力粘滯系數(shù)（10-6kPa.s）
ηT―20℃時(shí)水的動力粘滯系數(shù)（10-6kPa.s）
比值ηT/η20與溫度的關(guān)系，見相關(guān)的表查得。
3 液位傳感器標(biāo)定
液位傳感器標(biāo)定是用來對儀器上的液位傳感器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義。
1、滿量程：需要標(biāo)定的傳感器的總量程，以0.1mm為單位，本儀器可設(shè)置為10000（1000mm）。
2、自動分段：對總量程進(jìn)行等量分段，默認(rèn)分五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定。
3、調(diào)整水位：依次調(diào)整水位到實(shí)際值所示的值，點(diǎn)擊對應(yīng)的采集按鈕，完成該點(diǎn)的標(biāo)定。
4、保存標(biāo)定參數(shù)：采集完五個(gè)點(diǎn)后，觀察標(biāo)定曲線（如圖2）是否是一條直線，確認(rèn)是直線后點(diǎn)擊下載參數(shù)，將標(biāo)定的數(shù)據(jù)寫入采集板。
圖2 傳感器標(biāo)定曲線
Fig.2 Curve of sensor calibration
標(biāo)定完成后，進(jìn)行水頭高度檢驗(yàn)，將液位標(biāo)尺數(shù)值和顯示屏上數(shù)值進(jìn)行對比，誤差在0.3%F.S.以內(nèi)，檢驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1水頭高度檢驗(yàn)結(jié)果
Table1 Test result for water head height
4 試驗(yàn)操作步驟
5 試驗(yàn)實(shí)時(shí)記錄和處理結(jié)果
本儀器操作系統(tǒng)可通過顯示觸摸屏進(jìn)行儀器的參數(shù)預(yù)設(shè)、運(yùn)行控制及人機(jī)交互；以四聯(lián)方式工作，可同時(shí)平行開展四組變水頭滲透試驗(yàn)并生成試驗(yàn)數(shù)據(jù)；儀器的數(shù)據(jù)采集器能進(jìn)行數(shù)據(jù)自動采集、顯示、自動運(yùn)行存儲，采集速度可自行設(shè)定1-10次/s；數(shù)據(jù)成果可以報(bào)告輸出或曲線圖形輸出?？赏ㄟ^局域網(wǎng)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)在線查詢?？商峁﹥x器的局域網(wǎng)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊、下載、存儲與監(jiān)控功能；可根據(jù)用戶的多樣性需求，提供各種智能化的功能選擇。
本儀器經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)論證，以下是其中幾組試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告，詳見圖3至圖8。
組：
圖3 水頭高度與時(shí)間關(guān)系曲線（1）
Fig.3 Curve of water head height and time(1)
圖4 滲透系數(shù)試驗(yàn)報(bào)告（1）
Fig.4 Test report of permeability coefficient(1)
第二組：
圖5 水頭高度與時(shí)間關(guān)系曲線（2）
Fig.5 Curve of water head height and time(2)
圖6 滲透系數(shù)試驗(yàn)報(bào)告（2）
Fig.6 Test report of permeability coefficient(2)
第三組：
圖7 水頭高度與時(shí)間關(guān)系曲線（3）
Fig.7 Curve of water head height and time(3)
圖8 滲透系數(shù)試驗(yàn)報(bào)告（3）
Fig.8 Test report of permeability coefficient(3)
6 結(jié)束語
1.四聯(lián)變水頭滲透儀適用范圍可滿足粘土、粉質(zhì)粘土、粉土、環(huán)境土以及人工制備的各類土樣。
2.人工智能滲透儀可以替代傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，提高精度、解放勞動力，本儀器結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、數(shù)據(jù)可靠，滿足科研教學(xué)生產(chǎn)的需求。
3.對于滲透系數(shù)較低的土樣，如高塑性粘土、膨潤土建議采用本公司研發(fā)的滲壓儀，由于施加固結(jié)壓力和提高滲透壓力，是一種更理想更便捷的滲透儀。
致謝：感謝同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下建筑與工程系，博士生導(dǎo)師高彥斌教授和同濟(jì)大學(xué)楊熙章教授對本文進(jìn)行了審核并提出寶貴意見。
參考文獻(xiàn)
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