一种用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置及模拟方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置及模拟方法，实现了室内浆液喷洒及降雨模拟一体的模拟实验，通过土样箱、模拟装置以及控制装置，实现对浆液喷洒、降雨喷洒、土样、光照强度、温度、湿度等参数的监测与控制，辅助模拟装置提供植物生长所需环境，模拟浆液喷施后植被修复，最终达到模拟室外生产环境的目的，为浆液治沙室外研究提供有力的技术支撑；其中模拟方法用于研究喷洒治沙浆液对土体的胶结情况、降雨对喷洒治沙浆液后的胶结土体的侵蚀特性，以及在不同环境下植物的生长情况，进而获取浆液胶结土体后植被恢复、抗降雨侵蚀能力，可根据不同地层的土质结构特征，选择对应加固浆液的性能参数，确定土层与浆液之间的定量关系。间的定量关系。间的定量关系。

【技术实现步骤摘要】
一种用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置及模拟方法


[0001]本专利技术涉及室内环境模拟实验领域，具体涉及一种用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置及模拟方法。

技术介绍

[0002]我国土地沙漠化的形势严峻。根据全国两次水土流失遥感调查成果对比分析，全国风力侵蚀面积由187.61万平方千米增加到190.67万平方千米，净增3.06万平方千米；同时，中度以上的侵蚀面积由94万平方千米增加到112万平方千米，强度以上的侵蚀面积由66万平方千米增加到87万平方千米，这说明沙漠化在扩展，侵蚀程度在加重，我国水土流失严重、生态恶化的趋势尚未得到有效遏制。
[0003]喷洒治沙浆液是遏制土地沙漠化方式之一，在实施大面积喷洒治沙浆液前，需要对土地喷洒治沙浆液进行试验，从而预估和判断治沙浆液带来的成效，因此研究喷洒治沙浆液对土体的胶结情况、研究降雨对喷洒浆液后胶结土体的侵蚀情况以及研究在不同环境下，植物的生长情况是不可避免的问题，目前一般采用实地考察、实地实验的方式，但实地实验耗时耗力，且不确定因素太多，导致实验结果的参考价值很低，因此目前急需一种可模拟降雨环境的室内沙土喷施治沙浆液的模拟装置及模拟方法，并通过检测或控制浆液泵压、浆液喷洒频率、降雨强度参数、含沙量、赋存地下水等主要实验参数，对浆液特性及固沙效果情况进行定性、定量的分析，从而选择合适的治理土地沙漠化的方式。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种可模拟外部环境的用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置及模拟方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]提供一种用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置，其包括土样箱和固定设置在主体框架上的模拟装置、辅助模拟装置和控制装置；模拟装置包括水箱、伺服电机、蠕动泵和喷淋管，伺服电机与蠕动泵传动连接，水箱上设置有出水管，出水管与蠕动泵的进水口连通，喷淋管的一端与蠕动泵的出水口连通，且另一端设置有喷淋头，喷淋管上设置有电磁阀；辅助模拟装置包括排风换气扇、全光谱植物生长灯、变频空调和亚克力板，排风换气扇和变频空调均设置在主体框架的上端，全光谱植物生长灯设置在喷淋头的上方，亚克力板固定连接在主体框架上；控制装置包括温湿度传感器、二氧化碳浓度检测器、光照强度传感器、电子涡轮流量计、配电箱和触控屏，温湿度传感器、二氧化碳浓度检测器、光照强度传感器均设置在全光谱植物生长灯的一侧，电子涡轮流量计设置在出水管上，配电箱内设置有PLC控制器，伺服电机、电磁阀、变频空调、温湿度传感器、二氧化碳浓度检测器、光照强度传感器、电子涡轮流量计和触控屏均与PLC控制器电性连接。
[0007]进一步地，土样箱包括架体，架体上设置有土样托盘，土样托盘设置在喷淋头的下方，土样托盘的一侧通过电缸与架体连接，且电缸的两端分别与土样托盘和架体铰接，土样
托盘的另一侧设置有雨量箱，雨量箱的上端设置有无纺过滤布，电缸与PLC控制器电性连接。
[0008]进一步地，架体和雨量箱的底部均设置有若干便于挪动的万向轮。
[0009]进一步地，主体框架上固定设置有竖直的直线导轨，直线导轨上活动设置有滑块，喷淋头固定设置在滑块上，滑块传动连接有同步带，同步带的传动轮上设置有编码器，编码器与PLC控制器电连接。
[0010]进一步地，水箱包括两个分别装有清水和浆液的箱体，两个箱体内的水管与出水管交汇导通，且交汇处设置有换向阀，两个箱体的底部均设置有排水管道，排水管道上设置有排水阀。
[0011]进一步地，触控屏上显示有浆液喷洒模块和降雨模拟模块，浆液喷洒模块包括浆液喷施参数设定模块、土样参数设定模块和土体胶结厚度参数模块，降雨模拟模块包括降雨参数设定模块、土样参数设定模块和辅助参数模块。
[0012]提供一种用于沙土喷施治沙浆液的模拟方法，其包括以下步骤：
[0013]S1.将触控屏设定成浆液喷洒模式，换向阀将装有浆液的箱体与出水管连通；
[0014]S2.在土样箱中配置好土样，并设置两组相同土体高度的土样箱；
[0015]S3.通过触控屏输入土样的类型，土样的类型包括粉砂、细砂、中砂或粗砂，设置浆液喷洒高度H1的范围为1.5
‑
2.0m、浆液泵量Q1的范围为0
‑
13L/min、浆液泵压P1的范围为0
‑
0.2MPa、浆液喷洒频率K1的范围为0
‑
1600次/min和土样箱中土样的倾斜角度为0
‑
45
°
；
[0016]S4.两组土样箱同时开始浆液喷洒实验，一组喷施浆液，另一组不喷施浆液；
[0017]S5.控制喷淋头的浆液泵量Q1为1L/min的条件下，一定时间T1后，分析喷施浆液的土样箱内的土体胶结厚度h，其满足关系式：h＝A
×
K1×
H1×
P1；其中A为与胶结土体的类型、浆液漏斗黏度、浆液的流变性指标有关的常数；
[0018]S6.在一定时间T2后，浆液胶结土样箱内的土样后，利用触控屏设置降雨模拟模式，切换换向阀将装有清水的箱体与出水管连通；
[0019]S7.在触控屏上设置降雨量g、雨压P2的范围为0
‑
0.2MPa、降雨频率K2的范围为0
‑
1600次/min、降雨高度H2的范围为1.5
‑
2.0m，将干燥的无纺过滤布称重器重量为g1；
[0020]S8.两组土样箱同时开始降雨模拟实验，在设定降雨量g结束后，观测两组土样箱的雨量箱中的水位，得到各自过滤后降雨重量g4；
[0021]S9.分别将两组土样箱内的无纺过滤布称重g2，晒干后称重g3，减去干燥的无纺过滤布重量g1，分别得到冲刷携带泥沙的重量为g3‑
g1，无纺过滤布上液体的重量g2‑
g3，从而得到土体中雨水赋存的重量g
‑
(g2‑
g3)
‑
g4；
[0022]S10.在两组经过降雨模拟实验侵蚀过后的土样箱中的土样上均种植相同的草本植物种子；
[0023]S11.控制两组土样箱中的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度的试验参数；
[0024]S12.观察两组土样箱中植被的恢复情况；
[0025]S13.试验结束后，通过水箱底部的排水管道将浆液和清水排出，并对箱体进行冲刷，便于下次使用。
[0026]提供一种治沙浆液的制备方法，其中治沙浆液的黏度设置为15
‑
30P之间，治沙浆液是由羟乙基纤维素羧甲基纤维素钠复合水溶液、聚丙烯酰胺聚丙烯酸钠复合水溶液和氯
化钾溶液在室温条件下按比例混合的0.45
‑
1.25％有机高分子聚合物溶液，其制备方法包括以下步骤：
[0027]S1.预先配制1
‑
2.5％浓度羟乙基纤维素羧甲基纤维素钠复合水溶液；
[0028]S2.再预溶0.2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置，其特征在于，包括土样箱(12)和固定设置在主体框架(1)上的模拟装置、辅助模拟装置和控制装置；所述模拟装置包括水箱(22)、伺服电机(20)、蠕动泵(17)和喷淋管(7)，所述伺服电机(20)与蠕动泵(17)传动连接，所述水箱(22)上设置有出水管(31)，所述出水管(31)与蠕动泵(17)的进水口连通，所述喷淋管(7)的一端与蠕动泵(17)的出水口连通，且另一端设置有喷淋头(10)，所述喷淋管(7)上设置有电磁阀(8)；所述辅助模拟装置包括排风换气扇(2)、全光谱植物生长灯(3)、变频空调(13)和亚克力板(9)，所述排风换气扇(2)和变频空调(13)均设置在主体框架(1)的上端，所述全光谱植物生长灯(33)设置在喷淋头(10)的上方，所述亚克力板(9)固定连接在主体框架(1)上；所述控制装置包括温湿度传感器(4)、二氧化碳浓度检测器(5)、光照强度传感器(6)、电子涡轮流量计(21)、配电箱(11)和触控屏(18)，所述温湿度传感器(4)、二氧化碳浓度检测器(5)、光照强度传感器(6)均设置在全光谱植物生长灯(3)的一侧，所述电子涡轮流量计(21)设置在出水管(31)上，所述配电箱(11)内设置有PLC控制器，所述伺服电机(20)、电磁阀(8)、变频空调(13)、温湿度传感器(4)、二氧化碳浓度检测器(5)、光照强度传感器(6)、电子涡轮流量计(21)和触控屏(18)均与PLC控制器电性连接。2.根据权利要求1所述的用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置，其特征在于，所述土样箱(12)包括架体(30)，所述架体(30)上设置有土样托盘(24)，所述土样托盘(24)设置在喷淋头(10)的下方，所述土样托盘(24)的一侧通过电缸(29)与架体(30)连接，且所述电缸(29)的两端分别与土样托盘(24)和架体(30)铰接，所述土样托盘(24)的另一侧设置有雨量箱(26)，所述雨量箱(26)的上端设置有无纺过滤布(25)，所述电缸(29)与PLC控制器电性连接。3.根据权利要求2所述的用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置，其特征在于，所述架体(30)和雨量箱(26)的底部均设置有若干便于挪动的万向轮(27)。4.根据权利要求1所述的用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置，其特征在于，所述主体框架(1)上固定设置有竖直的直线导轨(16)，所述直线导轨(16)上活动设置有滑块(15)，所述喷淋头(10)固定设置在滑块(15)上，所述滑块(15)传动连接有同步带(14)，所述同步带(14)的传动轮上设置有编码器(19)，所述编码器(19)与PLC控制器电连接。5.根据权利要求1所述的用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置，其特征在于，所述水箱(22)包括两个分别装有清水和浆液的箱体(33)，两个所述箱体(33)内的水管与出水管(31)交汇导通，且交汇处设置有换向阀(32)，两个所述箱体(33)的底部均设置有排水管道(34)，所述排水管道(34)上设置有排水阀。6.根据权利要求1所述的用于沙土喷施治沙浆液的模拟装置，其特征在于，所述触控屏(18)上显示有浆液喷洒模块和降雨模拟模块，所述浆液喷洒模块包括浆液喷施参数设定模块、土样参数设定模块和土体胶结厚度参数模块，所述降雨模拟模块包括降雨参数设定模块、土样参数设定模块和辅助参数模块。7.根据权利要求1所述的用于沙土喷施治沙浆液的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将触控屏(18)设定成浆液喷洒模式，换向阀(32)将...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晴雯，裴向军，王岩，崔圣华，张晓超，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：