(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210952449.2 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 河南省地质调查院 地址 450000 河南省郑州市高新 技术产业 开发区科 学大道81号 申请人 河南省地质科 学研究所 (72)发明人 郭林　刘沙沙　郭晓静　李瑞杨　 王唯锦　李志娟　匡恒　 (74)专利代理 机构 郑州睿信知识产权代理有限 公司 41119 专利代理师 王露娟 (51)Int.Cl. G01N 15/08(2006.01) G01N 1/28(2006.01) (54)发明名称 一种变水头渗透系数测定方法及装置 (57)摘要 本发明涉及渗透系数测定技术领域， 具体涉 及一种变水头渗透系数测定方法及装置， 测定方 法包括以下步骤： 用取样管取得原状样品； 将取 样管浸入水中以饱和试样； 将取样管伸入储水容 器中定位好位置， 向储水容器中加水至取样管底 部没入水面以下； 向取样管内注水至液面达到一 定高度， 检测液面到水面的初始距离， 通过水位 传感器检测取样管和/或储水容器内的水位变 化， 根据水位传感器的检测数据， 得到不同时刻 下液面到 水面的距离； 根据试验 数据求出渗透系 数。 本发明装置简单， 操作方便， 测定原状土样， 测试误差小， 试验过程中不需要人工记录时刻和 液面高度， 降低对操作人员的要求， 测量精度更 高。 同时， 适用条件不受限制， 野外或实验室都可 完成测试任务。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115308110 A 2022.11.08 CN 115308110 A 1.一种变水头渗透系数测定方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一， 将取样管(3)压入野外待测取样点中， 取得目标样品， 记录取样管(3)插入取样 点的深度L， 然后将取样管(3)底部 盖好待测定； 步骤二， 将取样管(3)浸 入水中， 对试样充水， 使其自由渗透成饱和试样； 步骤三， 将取样管(3)下端用筛网(6)盖好， 然后将取样管(3)伸入储水容器(1)中并定 位好取样管(3)的位置， 向储 水容器(1)中加水至取样管(3)底部 没入水面以下， 没入深度为 S且S不超过L； 步骤四， 向取样管(3)内注水至液面达到一定高度， 检测所述液面到所述水面的初始距 离H0， 通过设置在取样管(3)和/或储水容器(1)内的水位传感器， 检测取样管(3)和/或储水 容器(1)内的水位变化情况； 步骤五， 开始试验， 试验过程中所述液面不断下降， 同时所述水面不断上升， 根据水位 传感器的检测数据， 得到不同时刻下 所述液面到所述水面的距离 H的变化情况； 步骤六， 试验结束后， 根据试验数据求出渗透系数。 2.根据权利要求1所述的变水头渗透系数测定方法， 其特征在于， 所述的水位传感器设 置在取样管(3)内， 用于检测 试验过程中取样管(3)内液面下降的距离ΔH1， 以得出取样管 (3)内的下降水量， 根据取样管(3)内的下降水量等于储 水容器(1)内的上升水量， 得出储 水 容器(1)内水面上升的距离 ΔH2， 最后得到 H＝H0‑(ΔH1+ΔH2)。 3.根据权利要求2所述的变水头渗透系数测定方法， 其特征在于， 取样管(3)和储水容 器(1)均为圆柱形， 定义取样管(3)内腔的半径为r， 储水容器(1)内腔的半径为R， 则 取样管 (3)内的下降水量 为 πr2ΔH1， 储水容器(1)内的上升水量 为 π(R2‑r2)ΔH2。 4.根据权利要求3所述的变水头渗透系数测定方法， 其特征在于， 试验结束后， 由达西 定律 和水均衡原理dV＝ ‑AdH可知： 单位时间内通过断面的体积为 可得： 经积分后可得： 换算 后得出： 根据H＝H0‑(ΔH1+ΔH2)， 以及 πr2ΔH1＝π(R2‑r2)ΔH2， 代入上式 可得： 当R＞10r时， 公式可简化为 其中： t为时间， 以t为横坐标， lg(H0‑ΔH1)为纵坐标， 绘制t ‑lg(H0‑ΔH1)直线关系图， 得出 t‑lg(H0‑ΔH1)直线关系式， 该直线的斜 率为‑K/2.3L， 可求得渗透系数 K。 5.根据权利要求2～4中任意一项所述的变水头渗透系数测定方法， 其特征在于， 所述 的水位传感器设置在取样管(3)内液面以下， 利用水位传感器在整个取样管(3)内的深度减 去水位传感器没入液面以下的距离， 得到取样管(3)的液面以上的长度I， 然后由取样管(3) 的总长度L减去所述长度I， 得到所述液面到取样管(3)底端的距离， 然后再减去取样管(3) 的没入深度S， 得 出所述液面到所述水面的初始 距离H0。 6.根据权利要求5所述的变水头渗透系数测定方法， 其特征在于， 将水位传感器通过特 定长度的绳子或者带有刻度的尺 杆放入所述液面以下， 以直接得出水位传感器在整个取样 管(3)内的深度。 7.根据权利要求1～4中任意一项所述的变水头渗透系数测定方法， 其特征在于， 采用 不锈钢管作为取样管(3)。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115308110 A 28.根据权利要求1～4中任意一项所述的变水头渗透系数测定方法， 其特征在于， 步骤 三中， 首先在 储水容器(1)内放入一个具有一定高度的支撑架(4)， 支撑架(4)的顶 面上设置 有过水孔， 然后将取样管(3)伸入储水容器(1)中并放置在支撑架(4)上， 将容器盖(2)连接 在储水容器(1)顶部， 并使取样管(3)穿过容器盖(2)上开设好的穿孔(2 ‑1)， 通过支撑架(4) 和穿孔(2‑1)对取样管(3)的位置进行定位。 9.一种用于实施权利要求1所述的变水头渗透系数测定方法的测定装置， 其特征在于， 包括用于获取样 品的取样管(3)和用于开展试验的储水容器(1)， 储水容器(1)内设置有用 于支撑取样管(3)的支撑架(4)， 支撑架(4)的顶 面上设置有 过水孔； 测定装置还包括用于连 接在储水容器(1)顶部的容器盖(2)， 容器盖(2)上设置有供取样管(3)穿过的穿孔(2 ‑1)； 测 定装置还 包括用于设置在取样管(3)和/或储水容器(1)内的水位传感器。 10.根据权利要求9所述的测定装置， 其特 征在于， 取样管(3)为 不锈钢管。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115308110 A 3