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一种基于水基荧光剂稀释法的岩土体渗透系数测定装置及方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-10-30 17:59:09

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 董娇 | 2023-10-30 17:59:09

本发明公开了一种基于水基荧光剂稀释法的岩土体渗透系数测定装置及方法,它包括供液箱,供液箱的底部连接有进水管,进水管上安装有止水阀,进水管的正下方放置有机玻璃筒,有机玻璃筒内部填充待测岩土试样,待测岩土试样的顶层设有砾石层,底层设有透水纱网和钢丝滤网;有机玻璃筒的底部对称设置有排气装置;有机玻璃筒的底部设置有荧光剂投放装置,荧光剂投放装置通过数据采集器与荧光探测仪控制终端相连;所述荧光剂投放装置与荧光检测子系统相连;所述有机玻璃筒的外部设置有温控系统;所述有机玻璃筒的底部设置有出液管,出液管的正下方设置有盛液槽。通过测定荧光剂浓度来直接得出渗流速度,其中荧光浓度通过荧光检测子系统实现。

本成果通过向装置中加入一定浓度的荧光剂,在不断流经岩土体的渗水稀释下,通过光电流检测系统捕捉微小浓度变化,根据传统点稀释模型,可以较为准确的测定岩土体渗水流速。

岩土体渗流是影响边坡基坑、库岸堤坝稳定性不可忽视因素,因此通过试验获得准确的土体渗透性参数具有重要工程意义及科研价值。渗透系数是反映土体渗透能力的一个重要指标,如何精确测定岩土体在不同渗流工况条件下的渗透系数,是土工试验者长期研究的热点话题。针对常规达西渗流仪对不同性质岩土体需采用不同设备,科研工作者提出大量能模拟不同渗流工况的渗流试验仪,其结构较常规渗流仪复杂,所采用原理大同小异。通过土体渗透容器外壁设测压管,测定渗流稳定时测压管水头,渗透水量通过量筒量取体积,进而推算土体渗透系数。受空气温湿度的影响,测压管及量筒中水分在试验过程中会蒸发。土的渗透系数范围在10-1cm/s~10-9cm/s之间,对于渗透性很低的土,采用常规方法受水分蒸发影响测得渗透系数误差较大,且属于系统误差,不可消除。 

本发明的优点与有益效果在于:1 .本荧光岩土体渗流检测装置检测灵敏度高,光电元件能高区分度捕捉荧光浓度微小变化量,引起的荧光强度变化,其精测精度可以达到0 .0001ug/ml,因此可以通过微小浓度变化来精确测量岩土体渗流系数,测量方法与常规渗流仪器截然不同。2 .所采用的荧光剂luyor-6200具有性质稳定、无毒可降解,易检测灵敏度高的特点。实验中荧光剂溶液浓度非常低,其体积比为0 .1‰~0 .25‰,荧光剂耗用小,价格低廉。荧光剂不局限于一种,只要满足高度水溶性,无毒可自然降解,激发波长与荧光波长相差大,性质稳定这几个条件,均可为实验检测所用。3 .仪器体积小,高度自动化,操作方便。 4 .紫外led灯能够发出特定365nm的紫外光,通过凹透镜将发散点光源转换为平行光,照射凸透镜与凹透镜之间的荧光溶液,激发荧光剂发出波长为550nm的荧光,凸透镜将平行光源汇聚为点光源,照射在窄带滤光片上,过滤其它杂光仅通过550nm的荧光,荧光照射在光敏电阻上,荧光强度转换为光电流,荧光探测仪控制终端9通过微电流检测装置对微弱光电流进行放大,通过A/D转换装置将电信号转换为数字信号,通过上述光照系统能够将光信号转化为电信号,进而检测有机玻璃筒内部的荧光液浓度变化。5 .为了便于实验观察,盛样有机玻璃筒透明,但在实验过程中,用锡箔纸严密包裹圆筒外壁下部空腔部分,荧光检测子系统启动后,可以避免外界光线干扰。在实际工程中应用前景广阔。

本团队由三峡大学水利与环境学院硕士研究生导师卢晓春教授领衔的专家以及研究生组成,团队长期致力余高坝设计理论与高坝筑坝技术、水工程结构风险分析与寿命预测、边坡稳定性评价及加固、环境岩土工程等方向的科研工作,带领团队主持完成相关科研项目十余项,主要有国家重点研发计划项目:水动力型特大滑坡引发的涌浪灾害模型试验与数值仿真技术、三峡库区地质灾害教育部重点实验室项目:三峡水库运行条件下库岸边坡风险分析与控制研究、湖北省教育厅科学技术研究项目:夹泥皮的粗粒土与结构接触面力学特性及数学模型研究、中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司:土石方开挖施工技术信息设计平台等国家级、省级、校企项目。发表学术论文几十余篇,出版学术专著及教材5部。卢教授现为中国土木工程学会工程风险与保险分会青年工作委员会委员。

该发明提出的一种基于水基荧光剂稀释法的岩土体渗透系数测定装置及方法,相比较于传统结构方法,本发明操作方便、精度准,可靠性高,同时更加科学。本项技术研发过程中累计投入30余万元,直接产生经济效益500余万元。在当前基础上,未来将在本发明成果的基础上进一步完善。


本技术基于国家发明专利——一种基于水基荧光剂稀释法的岩土体渗透系数测定装置及方法,通过工程实践,证明了该方法相较于传统结构方法,更科学,在当前基础上,将持续对该方法进行完善。