多状态原状土柱降雨入渗模块化模拟装置，模拟装置包括底部构件、连接在底部构件上的一个或多个串联的土柱实验标准构件以及土柱实验标准构件顶部的多种强度降雨入渗装置；模拟系统装土构件为多个标准构件且由计算机自动化控制，并且基于该系统实现降雨入渗系数和非饱和渗透系数的测定，并给出了测试步骤及计算方法，测定时采用大直径的原状土柱进行室内实验，运用多种强度降雨入渗装置模拟三种强度降雨入渗边界条件，即低强度降雨全入渗边界条件、中强度降雨有径流入渗边界条件和高强度降雨稳定入渗边界条件；具有实用性强，使用效果好，便于推广使用的特点。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于非饱和土
，特别涉及一种多状态原状土柱降雨入渗模块化模拟装置。
技术介绍
降水主要是指降雨和降雪，水分以各种形式从大气到达地面，其它形式的降水还包括露、霜、雹等。降水是水文循环的重要环节，也是人类用水的基本来源。降水资料是分析合理洪枯水情、流域旱情的基础，也是水资源的开发利用如防洪、发电、灌溉等的规划设计与管理运用的基础。降水入渗补给地下水的过程是大气水到土壤水到地下水“三水”相互转换关系中最基本的环节之一，降水入渗对地下水的补给量即为降水补给量，它是地下水的主要补给方式，同时，也是区域水均衡计算中的一个重要均衡要素。土柱实验被广泛应用于农业、林业、地质、土木和环境等研究领域。应用土柱实验可以在实验室内模拟土壤水分和污染物迁移规律。土柱通常分为原状土柱和扰动土柱两种。原状土柱能够用来测试土体本身的结构及其物理性质；当前土柱实验一般采用扰动土柱，扰动土柱是经过筛分形成，或者按照一定比例混合填装所形成的，其不能用来测试土体本身的结构特性。不管采用哪种土柱进行试验，都存在以下问题：①土柱实验装土构件单节长度大，便捷性差，以至于土柱安装困难，对仪器的清洗造成不便；②监测设备安装繁琐，需要对土柱进行钻孔，破坏其结构性；③监测设备一般为人工观测，使得实验精度低、人为性强。非饱和渗透系数与含水量或基质势的关系是描述非饱和土壤中水分运移和溶质输送的重要函数关系之一，是分析降水条件下土坡稳定性、固体废物填埋场、地下污水的迁移和填土工程等问题的重要参数。由于在非饱和土中有基质吸力的存在，不能用常规的饱和渗透实验方法确定其渗透系数，使得非饱和土渗透系数的确定具有较大的难度。非饱和渗透系数的测定既可在实验室，也可在现场进行。室内实验的优点是可在设定的水力边界条件下测试原状试样和重塑试样的非饱和渗透性能，同时与原位实测相比，室内实验周期短、经济且更成熟。但通常由于非饱和土的成分、结构以及赋存环境的差异，导致了室内实验所用小试件难以代表真正土体的实际情况。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种多状态原状土柱降雨入渗模块化模拟装置，基于大直径的原状土柱进行室内实验，采用多种强度降雨入渗模拟装置，实验装置装土构件为多个标准构件且由计算机自动化控制，并且基于该系统实现非饱和渗透系数的测定，具有实用性强，使用效果好，便于推广使用的特点。为了达到上述目的，本技术的技术方案为：多状态原状土柱降雨入渗模块化模拟装置，包括底部构件(1)、连接在底部构件(1)上的一个或多个串联的土柱实验标准构件(4)以及土柱实验标准构件(4)顶部的多种强度降雨入渗模拟装置(C)；所述的底部构件(1)包括位于最下方的底座(1-1)，底座(1-1)上的集水点通过塑料软管(2)接入出渗量量杯(3)，塑料软管(2)上设置有第三流量传感器(3-1)，第三流量传感器(3-1)接入计算机(7)；底座(1-1)的上方设置有承力柱(1-2)，承力柱(1-2)的上部设置有高进气值陶土板(1-3)，高进气值陶土板(1-3)的四周边沿均与底部构件(1)管件(1-7)的内壁水平紧贴，高进气值陶土板(1-3)的顶部设置有滤纸(1-4)，滤纸(1-4)的上表面与原状土样(12)接触；管件(1-7)的顶端设置有外螺纹连接段(1-6)，外螺纹连接段(1-6)通过法兰(6)与土柱实验标准构件(4)连接；所述土柱实验标准构件(4)由两个相同的半圆柱体经卡箍(4-30)通过土柱实验标准构件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)处连接成一个圆柱体，土柱实验标准构件(4)的管壁(4-1)上设置有圆形小孔(4-4)，圆形小孔(4-4)与橡胶塞(5-7)配合使用；多个土柱实验标准构件(4)通过法兰(6)将上下端的螺纹连接段(4-2)进行连接；插入件(5)通过橡胶塞(5-7)插入原状土样(12)内，插入件(5)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)，土壤热传导吸力探头(4-7)经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内；土壤热传导吸力探头(4-7)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)；土柱实验标准构件(4)上固定有多个测压管(4-9)，多个测压管(4-9)的每个入水口经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内，所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置，土壤热传导吸力探头(4-7)在土柱上按照同一列布置，测压管(4-9)在土柱上按照同一列布置。所述的承力柱(1-2)包括承力柱支座(1-22)以及固定在其上的承力柱主体(1-21)，所述承力柱支座(1-22)与底座(1-1)为一体成型，承力柱支座(1-22)在土柱竖向投影按照“一个圆心+以底座(1-1)半径1/2为半径的圆周向五等份”方式布置；承力柱主体(1-21)长度不同使得底座(1-1)呈现坡度。所述的底部构件(1)、土柱实验标准构件(4)及圆柱构件(10)均由耐高温玻璃钢制成。所述的插入件(5)的最前端设置有插入针头(5-6)，插入件(5)内部管道的转角处设置有橡胶垫片(5-1)，内部管道中设置有弹出件(5-2)，弹出件(5-2)包括温湿度传感器探头(4-5)，弹出件(5-2)后端与导线(9)进行连接，弹出件(5-2)的尾部套设有轻质弹簧(5-4)，轻质弹簧(5-4)的末端设置有探针控制器(5-5)，插入件(5)的外侧中段设置有挡板(5-3)。所述圆形小孔(4-4)形状大小与橡胶塞(5-7)相一致且结合紧密，排布方式为：纵向上相隔排列且遵循上密下疏原则，横向上绕土柱实验标准构件(4)外圆周长8等分排布。所述的卡箍(4-30)由两半圆环钢圈(4-34)组成并通过一端的铆钉(4-35)铆接，卡箍(4-30)的另一端接头(4-33)通过螺丝杆(4-31)和螺母(4-32)来调节卡箍(4-30)的松紧程度，使标准圆柱构件紧密结合。所述的法兰(6)内侧设有法兰螺纹(6-1)，法兰(6)的两端设置有转动把手(6-2)。所述的计算机(7)的信号端与微控制器(7-0)的信号端相连，微控制器(7-0)设置有温湿度探测输出端(7-2)、基质吸力探测输出端(7-3)；温湿度探测输出端(7-2)经导线(9)连接温湿度传感器探头(4-5)，基质吸力探测输出端(7-3)经导线(9)连接土壤热传导吸力探头(4-7)。所述的多种强度降雨入渗模拟装置(C)包括低强度降雨全入渗模拟装置(16)、中强度降雨有径流入渗模拟装置(17)和高强度降雨稳定入渗模拟装置(14)；所述的低强度降雨全入渗模拟装置(16)包括外侧刻有刻度的输水水桶(16-1)，输水水桶(16-1)的下方通过输水管(16-12)与降雨喷头(16-9)连通，降雨喷头(16-9)设置于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)顶部，圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2-5厘米处设置有抗水压冲击板(A)，抗水压冲击板(A)上设置有筛孔；U型水头控制管(10-2)内的水面上设置有轻质塑料片(16-8)，所述轻质塑料片(16-8)形式为薄圆片，所述轻质塑料片(16-8)上方的圆形凹槽内设置有永久磁铁(16-7)，永久磁铁(16-7)的正上方设置有拉线(16-3)吊挂的电线圈(16-6)，电线圈(16-6)外接有导线(9)，拉线(16-3)的上本文档来自技高网...
【技术保护点】
多状态原状土柱降雨入渗模块化模拟装置，其特征在于，包括底部构件(1)、连接在底部构件(1)上的一个或多个串联的土柱实验标准构件(4)以及土柱实验标准构件(4)顶部的多种强度降雨入渗模拟装置(C)；所述的底部构件(1)包括位于最下方的底座(1‑1)，底座(1‑1)上的集水点通过塑料软管(2)接入出渗量量杯(3)，塑料软管(2)上设置有第三流量传感器(3‑1)，第三流量传感器(3‑1)接入计算机(7)；底座(1‑1)的上方设置有承力柱(1‑2)，承力柱(1‑2)的上部设置有高进气值陶土板(1‑3)，高进气值陶土板(1‑3)的四周边沿均与底部构件(1)管件(1‑7)的内壁水平紧贴，高进气值陶土板(1‑3)的顶部设置有滤纸(1‑4)，滤纸(1‑4)的上表面与原状土样(12)接触；管件(1‑7)的顶端设置有外螺纹连接段(1‑6)，外螺纹连接段(1‑6)通过法兰(6)与土柱实验标准构件(4)连接；所述土柱实验标准构件(4)由两个相同的半圆柱体经卡箍(4‑30)通过土柱实验标准构件(4)管壁(4‑1)的卡箍凹槽(4‑3)处连接成一个圆柱体，土柱实验标准构件(4)的管壁(4‑1)上设置有圆形小孔(4‑4)，圆形小孔(4‑4)与橡胶塞(5‑7)配合使用；多个土柱实验标准构件(4)通过法兰(6)将上下端的螺纹连接段(4‑2)进行连接；插入件(5)通过橡胶塞(5‑7)插入原状土样(12)内，插入件(5)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)，土壤热传导吸力探头(4‑7)经圆形小孔(4‑4)插入原状土样(12)内；土壤热传导吸力探头(4‑7)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)；土柱实验标准构件(4)上固定有多个测压管(4‑9)，多个测压管(4‑9)的每个入水口经圆形小孔(4‑4)插入原状土样(12)内，所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置，土壤热传导吸力探头(4‑7)在土柱上按照同一列布置，测压管(4‑9)在土柱上按照同一列布置；所述的多种强度降雨入渗模拟装置(C)包括低强度降雨全入渗模拟装置(16)、中强度降雨有径流入渗模拟装置(17)和高强度降雨稳定入渗模拟装置(14)；所述的低强度降雨全入渗模拟装置(16)包括外侧刻有刻度的输水水桶(16‑1)，输水水桶(16‑1)的下方通过输水管(16‑12)与降雨喷头(16‑9)连通，降雨喷头(16‑9)设置于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)顶部，圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2‑5厘米处设置有抗水压冲击板(A)，抗水压冲击板(A)上设置有筛孔；U型水头控制管(10‑2)内的水面上设置有轻质塑料片(16‑8)，所述轻质塑料片(16‑8)形式为薄圆片，所述轻质塑料片(16‑8)上方的圆形凹槽内设置有永久磁铁(16‑7)，永久磁铁(16‑7)的正上方设置有拉线(16‑3)吊挂的电线圈(16‑6)，电线圈(16‑6)外接有导线(9)，拉线(16‑3)的上端缠于转轮(16‑2)上，转轮(16‑2)上设置有把手(16‑4)，转轮(16‑2)上端用拉线(16‑3)通过着力构件(16‑11)的小孔与止水阀(16‑5)下部相连接，止水阀(16‑5)下端设置有轻质弹簧(16‑10)，所述圆柱构件(10)与U型水头控制管(10‑2)相连接，轻质塑料片(16‑8)、永久磁铁(16‑7)和电线圈(16‑6)都在U型水头控制管(10‑2)的滑槽(16‑13)内运动；所述滑槽(16‑13)嵌于U型水头控制管(10‑2)内壁，所述电线圈(16‑6)按照边沿处三等分设置有滑轨(16‑14)，所述滑轨(16‑14)可在滑槽(16‑13) 内自由上下运动；所述的低强度降雨全入渗模拟装置(16)控制原状土样(12)表面水位高度低于1mm；所述的中强度降雨有径流入渗模拟装置(17)包括设置在圆柱构件(10)内的降雨容器(17‑9)和设置在降雨容器(17‑9)底部的圆形降雨孔(17‑10)，圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2‑5厘米处设置有抗水压冲击板(A)，抗水压冲击板(A)上设置有筛孔；所述降雨容器(17‑9)的顶部设置有降雨容器内的压力控制管(17‑8)和与外部水源连接的进水管(17‑7)；所述进水管(17‑7)上设置有进水电磁阀(17‑2)、进水水泵(17‑1)和用于对降雨量进行实时监测的第一流量传感器(17‑3)；所述降雨容器内压力控制管(17‑8)上设置有压力控制电磁阀(17‑5)和压力传感器(17‑6)，所述降雨容器内的压力控制管(17‑8)的尾部连接有空气压缩机(17‑4)；所述降雨容器(17‑9)的顶部内壁上设置有用于对降雨容器(17‑9)的水位进行实时监测的水位传感器(17‑11)；所述圆柱构件(10)内的原状土样(12)上表面外侧开有出水口(10‑1)，出水口(10‑1...
【技术特征摘要】
1.多状态原状土柱降雨入渗模块化模拟装置，其特征在于，包括底部构件(1)、连接在底部构件(1)上的一个或多个串联的土柱实验标准构件(4)以及土柱实验标准构件(4)顶部的多种强度降雨入渗模拟装置(C)；所述的底部构件(1)包括位于最下方的底座(1-1)，底座(1-1)上的集水点通过塑料软管(2)接入出渗量量杯(3)，塑料软管(2)上设置有第三流量传感器(3-1)，第三流量传感器(3-1)接入计算机(7)；底座(1-1)的上方设置有承力柱(1-2)，承力柱(1-2)的上部设置有高进气值陶土板(1-3)，高进气值陶土板(1-3)的四周边沿均与底部构件(1)管件(1-7)的内壁水平紧贴，高进气值陶土板(1-3)的顶部设置有滤纸(1-4)，滤纸(1-4)的上表面与原状土样(12)接触；管件(1-7)的顶端设置有外螺纹连接段(1-6)，外螺纹连接段(1-6)通过法兰(6)与土柱实验标准构件(4)连接；所述土柱实验标准构件(4)由两个相同的半圆柱体经卡箍(4-30)通过土柱实验标准构件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)处连接成一个圆柱体，土柱实验标准构件(4)的管壁(4-1)上设置有圆形小孔(4-4)，圆形小孔(4-4)与橡胶塞(5-7)配合使用；多个土柱实验标准构件(4)通过法兰(6)将上下端的螺纹连接段(4-2)进行连接；插入件(5)通过橡胶塞(5-7)插入原状土样(12)内，插入件(5)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)，土壤热传导吸力探头(4-7)经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内；土壤热传导吸力探头(4-7)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)；土柱实验标准构件(4)上固定有多个测压管(4-9)，多个测压管(4-9)的每个入水口经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内，所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置，土壤热传导吸力探头(4-7)在土柱上按照同一列布置，测压管(4-9)在土柱上按照同一列布置；所述的多种强度降雨入渗模拟装置(C)包括低强度降雨全入渗模拟装置(16)、中强度降雨有径流入渗模拟装置(17)和高强度降雨稳定入渗模拟装置(14)；所述的低强度降雨全入渗模拟装置(16)包括外侧刻有刻度的输水水桶(16-1)，输水水桶(16-1)的下方通过输水管(16-12)与降雨喷头(16-9)连通，降雨喷头(16-9)设置于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)顶部，圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2-5厘米处设置有抗水压冲击板(A)，抗水压冲击板(A)上设置有筛孔；U型水头控制管(10-2)内的水面上设置有轻质塑料片(16-8)，所述轻质塑料片(16-8)形式为薄圆片，所述轻质塑料片(16-8)上方的圆形凹槽内设置有永久磁铁(16-7)，永久磁铁(16-7)的正上方设置有拉线(16-3)吊挂的电线圈(16-6)，电线圈(16-6)外接有导线(9)，拉线(16-3)的上端缠于转轮(16-2)上，转轮(16-2)上设置有把手(16-4)，转轮(16-2)上端用拉线(16-3)通过着力构件(16-11)的小孔与止水阀(16-5)下部相连接，止水阀(16-5)下端设置有轻质弹簧(16-10)，所述圆柱构件(10)与U型水头控制管(10-2)相连接，轻质塑料片(16-8)、永久磁铁(16-7)和电线圈(16-6)都在U型水头控制管(10-2)的滑槽(16-13)内运动；所述滑槽(16-13)嵌于U型水头控制管(10-2)内壁，所述电线圈(16-6)按照边沿处三等分设置有滑轨(16-14)，所述滑轨(16-14)可在滑槽(16-13)内自由上下运动；所述的低强度降雨全入渗模拟装置(16)控制原状土样(12)表面水位高度低于1mm；所述的中强度降雨有径流入渗模拟装置(17)包括设置在圆柱构件(10)内的降雨容器(17-9)和设置在降雨容器(17-9)底部的圆形降雨孔(17-10)，圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2-5厘米处设置有抗水压冲击板(A)，抗水压冲击板(A)上设置有筛孔；所述降雨容器(17-9)的顶部设置有降雨容器内的压力控制管(17-8)和与外部水源连接的进水管(17-7)；所述进水管(17-7)上设置有进水电磁阀(17-2)、进水水泵(17-1)和用于对降雨量进行实时监测的第一流量传感器(17-3)；所述降雨容器内压力控制管(17-8)上设置有压力控制电磁阀(17...
【专利技术属性】
技术研发人员：王双明，王生全，毛正君，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。