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柔性壁渗透仪:渗透系数的测试新招

渗透系数又称水力传导系数,在各向同性介质中,它定义为单位水力梯度下的单位流量,表示流体通过孔隙骨架的难易程度。 渗透系数是评估介质致密性的重要参数,今天程诚小编就带..

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柔性壁渗透仪:渗透系数的测试新招

发布时间:2020-07-30 热度:

  渗透系数又称水力传导系数,在各向同性介质中,它定义为单位水力梯度下的单位流量,表示流体通过孔隙骨架的难易程度。
  渗透系数是评估介质致密性的重要参数,今天程诚小编就带大家了解一种新型的渗透系数的测试方法。
  

1、柔性壁渗透仪装置组成、特点及工作原理


  柔性壁渗透仪主要有水箱、控制面板和渗透仪腔等3部分组成。
  水箱是一个溶液储存器,其作用是为水力系统提供所需的渗透液体。渗透液体可以使用去离子水、蒸馏水或其他除气水,也可以根据实验要求使用腐蚀性的渗透液或其他化学溶液,只要该渗透液对仪器本身的性能不产生影响即可。
  与水箱相连的有水源、空气压缩机、真空泵和控制面板。当水箱里的渗透液体中存在空气时,用真空泵对液体进行排气处理。
  同时,通过空气压缩机对水箱中的渗透液体施加较小的压力,使液体分别进入控制面板上的3个玻璃量管中。
  当实验结束时,给水箱施加较小的压力,便可排除水箱中剩余的液体。水箱的最大工作压力为138kPa。
  控制面板是试样水力性能测试的控制界面。它与水箱、渗透仪、空气压缩机、真空泵等相连。
  在控制面板上安有压力数字显示器、压力表、真空表、压力调节器、系统的进排水控制阀、玻璃管及相应的操作控制阀等。
  通过控制面板上的控制阀,可以完成对水箱、玻璃管、渗透仪腔的渗透液体的注入、排除、除气等操作。
  控制面板上有3个玻璃管,分别对应着试样围压水头、试样进水压力水头和试样出水压力水头。
  玻璃管分内管和外管,在内管壁上标有流量刻度值,在试样测试过程中,可根据实验需要将内外2管各自单独或同时注入渗透液体。试验最后由控制试样的玻璃管中的水位变化得出渗透液体的流量变化。
  

2、柔性壁渗透仪装置的特点


  ①避免试样侧壁渗漏。一般检测渗透性能的仪器参照土工试验中的渗透仪,或者土样检测时的硬壁渗透仪,侧壁渗漏很难避免。柔性壁渗透仪通过围压与反压之间的压差作用使柔性薄膜挤压试样,从而有效避免了侧壁渗漏。
  ②反压力饱和。所谓反压力,就是认为地同时增加试样的空隙水压力和四周围压力,使试样中的空隙空气在压力下完全溶解于水。
  这种方法与饱和器静水压力饱和法、抽气饱和法相比,能使试样在较短的时间内快速饱和,而且饱和度很高。
  ③自动加压阀。自动加压阀的特征使得操作人员能在测试过程中很方便的控制和保持试样外围压力和试样渗透压力之间的恒定压力差,使试验操作简捷且精确。
  ④桥式阀。桥式阀的功能便于操作人员在试样两端同时施加相同的压力,从而便于从渗透仪两端同时浸润测试样本,使试样尽快达到浸润饱和状态。
  ⑤检查泄露和校核试样饱和的便利性。通过观测压力传感器读数的变化规律,可方便快捷地判断出试样是否已经浸润饱和以及是否发生泄漏。
  ⑥流量变化的精确测定。当试样开始进行渗透性能测试时,通过观察记录控制面板控制试样进水和出水的玻璃量管中水位的变化,可以得到进出水流量的精确变化值。
  

3、柔性壁渗透仪测试原理


  该方法依据美国标准ASTM D5887和ASTM D5084进行的。渗透液体为蒸馏水、去离子水或其他除气水,渗透仪围压为550kPa,反压力为525kPa,试样在反压力饱和48h后,通过提高试样底部压力至530kPa(试样出水口压力525kPa保持不变)。
  在15kPa的渗透压力下,渗透液体经过试样从下而上进行渗透性能测试。原理如下图:
 
柔性壁渗透仪
  

4、注意事项


  ①厚度的取值:在渗透试验测试中,样品厚度的取值是一个很重要的参数指标。厚度受压力载荷的影响,载荷不同,其厚度也会有差别。一般需要按照样品的特性,固定一个厚度。
  ②试样的饱和度对渗透试样的影响:一般检测渗透系数的样品都是一些带有空隙的材料,甚至是多孔材料,因此难免有空气存在其中。
  在对其进行渗透试验时,渗透系数往往会由于试验中气体而导致所测得值比实际值偏低,所以在对试样进行渗透试验前首先应经过48h浸润饱和。
  饱和度越小,孔隙残留气体越多,有效渗透面积越小。同时由于气体因孔隙水压力的变化而涨缩。
  因而饱和度的影响即成为一个不定的因素。为了保持试验精度,要求试样必须充分饱和,排尽样品中的气体。
  ③温度的影响:一般要求温度变化不超过±3℃,因此要求试验仪器必须放置在一间温度相对恒定的房间完成,或者在恒温水槽或绝热容器内,或者其他温度能保持在规定精度内的仪器内。
  因为在渗透阶段,透水量不仅是在渗透压力下产生,还会由温度变化导致的仪器体积发生变化而引起透水量的变化。
  为了精确测试出样品的渗透系数,必须保证试验过程中温度的变化范围达到最小。另外,温度必须定时测量并作记录,最低限度须测定渗透阶段开始和结束时的温度。
  程诚小编结语:柔性壁渗透仪可以简单快捷的用于渗透系数等指标的测定,目前已在膨润土等介质样品的渗透系数测试中得到了很好的验证,做科研的筒子们可以参考哦!

 
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