CN113203671A - 一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法，装置包括控制器、激光仪、渗水管和水箱，激光仪连接控制器的输入端，进行数据采集，并设置控制器开关，激光仪设置在渗水管内部，渗水管的顶部设置支架，激光仪通过悬挂杆与支架连接，渗水管顶端开口，用于放置支架，渗水管底部与带阀门底托连接，渗水管底部与带阀门底托连接处设置有密封圈；带阀门底托的下方设置可调支撑结构和集水装置，带阀门底托上设置水平仪，带阀门底托上设置阀门；能够高效准确的获得水位高度的变化，提升实验效率；方便提供不同的初始水头高度，同时可评估高渗透率路面材料的渗透能力。
Description
技术领域
本发明属于道路工程监测领域，具体涉及一种激光式透水路面渗透系数测试装置及方法。
背景技术
透水路面因其独特的功能优势已在世界范围内使用多年，包括提高雨天状态下的路面抗滑性，保证潮湿天气下的行车安全、降低交通噪音、减少径流量和补充地下水等。在透水路面的设计中，在预期的设计寿命内能够保持高水平的渗透性是透水路面的一个重要要求，因此需要一种方便的方法来测量透水路面材料的渗透性，以评估透水路面在排放地表径流方面的功能特性。目前，透水路面排水性能的测试设备通常以给定体积的排水时间作为评估和比较的基础，不能用来确定实际排水能力和材料的流动特性。同时，该试验方法大多需要人为观察仪器内的水位变化，存在一定的读数误差。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够准确监测水位动态变化的透水路面材料渗透系数测试装置，基于透水路面渗透性能测试，但本装置对其他路面材料的渗透性能测试同样适用，为获得透水路面材料的表面渗透特性提供了一种更为方便的测量工具，无需目测水位变化，对于新建路面及现役路面的表面渗透性能评估具有重要意义。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种激光式透水路面渗透系数测试装置，包括控制器、激光仪、渗水管和水箱；激光仪连接控制器的输入端，进行数据采集，激光仪设置在渗水管内部，渗水管的顶部设置支架，激光仪通过悬挂杆与支架连接，渗水管顶端开口，用于放置支架，渗水管底部与带阀门底托连接，渗水管底部与带阀门底托连接处设置有密封圈；带阀门底托的下方设置可调支撑结构和集水装置，带阀门底托上设置水平仪，带阀门底托上设置阀门。
渗水管采用圆柱形管，渗水管与带阀门底托通过螺纹连接。
控制器的输出端连接电脑的输入端。
带阀门底托上设置有水平挡板作为阀门，水平挡板与底托铰接。
支架采用十字形平面支架，支架的中心设置有锁紧螺栓，悬挂杆与支架螺纹连接，悬挂杆采用可伸缩杆。
带阀门底托的下方设置水箱同时作为集水装置和可调支撑结构，水箱的底部设置可调脚。
一种测定透水混合料渗透系数的方法，基于本发明所述装置，包括以下步骤：
步骤1，调节水箱四角的可调脚使装置水平；
步骤2，将测试试件放置于带阀门底托上，再将泡沫铝板置于测试试件顶端，将渗水管对准带阀门底托螺纹，旋转渗透管使得二者固定，并关闭阀门；
步骤3，对测试试件的上表面边缘进行密封；
步骤4，按所需实验测试高度悬挂杆的高度，通过控制器开关打开控制器，连接电脑，设置激光仪读数的时间间隔Δt，通过向渗水管内加水，到达设计的水头高度时，停止加水，打开阀门，开始记录时间t和对应的位移值h；
步骤5，通过采集的位移-时间数据计算不同水力梯度下的水流速度，并根据修正达西定律v＝k*in可以求得路面材料的渗透系数。
测试试件根据设计制备或通过路面钻芯对现役路面进行取样获得。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明为变水头实验装置，采用高精度激光测距仪，能够快速准确的获得水位高度的变化，防止人为读数误差，所需测试时间较短，节省人力和时间，提高工作效率；本发明设置带阀门的底托，可在渗透实验前按所需水头高度进行储水，可有效测试高空隙路面材料的实际渗透特性。
进一步的，本发明的渗水管由透明的有机玻璃制成，并通过螺纹将渗水管与带阀门底托进行固定，能够增加渗水管与带阀门底托之间的密闭性，防止水从连接处流出，从而提高实验精度。
附图说明
图1是本发明激光式透水路面渗透系数测试装置的结构示意图；
图2是本发明实例下的位移-时间曲线示意图；
图3是本发明实例下的流速-水力梯度曲线示意图。
附图中：
1-控制器、2-控制器开关、3-激光仪支架、4-激光仪、5-渗水管、6-泡沫铝板、7-测试试件、8-阀门、9-带阀门底托、10-水箱、11-可调脚。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
参考图1，一种激光式透水路面渗透系数测试装置，包括控制器1、激光仪4、渗水管5和水箱10，激光仪4连接控制器1的输入端，另一端连接电脑，进行数据采集，并设置控制器开关2，激光仪4设置在渗水管5内部，渗水管5的顶部设置支架3，激光仪4通过悬挂杆与支架3连接，渗水管5顶端开口，用于放置支架3，渗水管5底部与带阀门底托9连接，渗水管5底部与带阀门底托9连接处设置有密封圈；带阀门底托9的下方设置可调支撑结构和集水装置，带阀门底托9上设置水平仪，带阀门底托9上设置阀门8。
渗水管5采用圆柱形管，渗水管5与带阀门底托9通过螺纹连接。
控制器1的输出端连接电脑的输入端。
带阀门底托9上设置有水平挡板作为阀门，水平挡板与底托9铰接，可以只设置一块水平挡板，水平挡板通过水平铰接柱与底托9铰接。
作为可选的，水平挡板设置为相同的两块子挡板，所述子挡板在底托9的中线处铰接。
支架3采用十字形平面支架，支架3的中心设置有锁紧螺栓，悬挂杆与支架3螺纹连接，悬挂杆采用可伸缩杆。
带阀门底托9的下方设置水箱10同时作为集水装置和可调支撑结构，水箱10的底部设置可调脚。
实施例2
水平挡板为百叶窗格形式，转动可使其完全打开或封闭。
实施例3
水平挡板设置为相同的两块子挡板，所述子挡板在底托9的中线处铰接，既可以分别设置水平铰接轴，优选设置水平铰接轴，两块子挡板在竖直方向开合，开合速度快；也可以设置竖直铰接轴，两块子挡板沿水平方向开合，开合速度相对于竖直方向开合较慢。
测定旋转压实成型的多孔沥青混合料测试试件7渗透系数，具体如下：
(1)根据设计级配及油石比，采用旋转压实仪成型直径为150mm的多孔沥青混合料测试试件7。其中，设计级配如表1所示，设计沥青用量为5.10％。测试试件7成型后，在20℃环境下保温24小时后备用；
表1.本实例下多孔沥青混合料设计级配
(2)调节水箱四角的可调脚使测试装置水平；
(3)将测试试件7放置于带阀门底托上，再将泡沫铝板置于测试试件7顶端，然后将渗水管通过螺纹旋进带阀门底托，使渗水管和底托固定；
(4)测试试件7的上表面边缘用橡皮泥进行密封；当然也可以用橡胶圈密封；
(5)将支架放置在渗水管的顶端，并调节支架高度。关闭阀门，打开控制器，连接电脑，并调节好时间间隔Δt＝0.2s，使激光仪每隔0.2s记录一次数据。开始注水，当水头高度达到375mm时，打开阀门并开始记录数据，得到位移-时间曲线，如图2所示，其中，位移为激光测距仪到泡沫板顶端距离；
(6)通过采集的位移-时间数据计算不同水力梯度下的水流速度，并根据修正达西定律v＝k*in可以求得测试的多孔沥青混合料的渗透系数，数据处理结果如图3所示，本次实验测得的渗透系数为5.38；
(7)按照步骤(5)和(6)，重复测量三次。若三次测量结果间误差均小于5％时，取三次测量结果的平均值作为计算结果。否则，应重新进行操作。
通过路面钻芯对现役路面进行取样获得，测试试件7，测定现役路面透水混合料渗透系数的测试方法，包括以下步骤：
步骤1，调节水箱10四角的可调脚11使装置水平；
步骤2，将测试试件7放置于带阀门底托9上，再将泡沫铝板6置于测试试件7顶端，将渗水管5对准带阀门底托9螺纹，旋转渗透管5使得二者固定，并关闭阀门8；
步骤3，对测试试件7的上表面边缘进行密封；
步骤4，按所需实验测试高度悬挂杆的高度，通过控制器开关2打开控制器1，连接电脑，并调节好时间间隔Δt＝0.2s，使激光仪每隔0.2s记录一次数据。开始注水，当水头高度达到375mm时，打开阀门并开始记录数据，得到位移-时间曲线，
步骤6，通过采集的位移-时间数据计算不同水力梯度下的水流速度，并根据修正达西定律v＝k*in可以求得路面材料的渗透系数。
以上所述仅是本发明装置针对旋转压实成型的多孔沥青混合料渗透系数测试的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本装置做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种激光式透水路面渗透系数测试装置，其特征在于，包括控制器(1)、激光仪(4)、渗水管(5)和水箱(10)；激光仪(4)连接控制器(1)的输入端，进行数据采集，激光仪(4)设置在渗水管(5)内部，渗水管(5)的顶部设置支架(3)，激光仪(4)通过悬挂杆与支架(3)连接，渗水管(5)顶端开口，用于放置支架(3)，渗水管(5)底部与带阀门底托(9)连接，渗水管(5)底部与带阀门底托(9)连接处设置有密封圈；带阀门底托(9)的下方设置可调支撑结构和集水装置，带阀门底托(9)上设置水平仪，带阀门底托(9)上设置阀门(8)。
2.根据权利要求1所述的激光式透水路面渗透系数测试装置，其特征在于，渗水管(5)采用圆柱形管，渗水管(5)与带阀门底托(9)通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的激光式透水路面渗透系数测试装置，其特征在于，控制器(1)的输出端连接电脑的输入端。
4.根据权利要求1所述的激光式透水路面渗透系数测试装置，其特征在于，带阀门底托(9)上设置有水平挡板作为阀门(8)，水平挡板与底托(9)铰接。
5.根据权利要求4所述的激光式透水路面渗透系数测试装置，其特征在于，水平挡板设置相同的两块子挡板，所述子挡板在底托(9)的中线处铰接。
6.根据权利要求1所述的激光式透水路面渗透系数测试装置，其特征在于，支架(3)采用十字形平面支架，支架(3)的中心设置有锁紧螺栓，悬挂杆与支架(3)螺纹连接，悬挂杆采用可伸缩杆。
7.根据权利要求1所述的激光式透水路面渗透系数测试装置，其特征在于，带阀门底托(9)的下方设置水箱(10)同时作为集水装置和可调支撑结构，水箱(10)的底部设置可调脚(11)。
8.根据权利要求1所述的激光式透水路面渗透系数测试装置，其特征在于，带阀门底托(9)设置多个阀门(8)。
9.一种测定透水混合料渗透系数的方法，其特征在于，基于权利要求1所述装置，包括以下步骤：
步骤1，调节水箱(10)四角的可调脚(11)使装置水平；
步骤2，将测试试件(7)放置于带阀门底托(9)上，再将泡沫铝板(6)置于测试试件(7)顶端，将渗水管(5)对准带阀门底托(9)螺纹，旋转渗透管(5)使得二者固定，并关闭阀门(8)；
步骤3，对测试试件(7)的上表面边缘进行密封；
步骤4，按所需实验测试高度悬挂杆的高度，通过控制器开关(2)打开控制器(1)，连接电脑，设置激光仪读数的时间间隔Δt，通过向渗水管内加水，到达设计的水头高度时，停止加水，打开阀门(8)，开始记录时间t和对应的位移值h；
步骤5，通过采集的位移-时间数据计算不同水力梯度下的水流速度，并根据修正达西定律v＝k*in可以求得路面材料的渗透系数。
10.根据权利要求9所述的测定透水混合料渗透系数的方法，其特征在于，测试试件(7)根据设计制备或通过路面钻芯对现役路面进行取样获得。
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