一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置及方法，屬于環(huán)境巖土工程領(lǐng)域，該裝置包括控制平臺(tái)、觀測(cè)裝置、降雨裝置、自然風(fēng)模擬裝置和模擬裝置；該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能在考慮不同風(fēng)速、風(fēng)向影響下模擬不同降雨條件對(duì)具有不同坡面傾角、不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的采礦廢石堆體坡面所形成的侵蝕特性及入滲雨水在廢石堆體內(nèi)部所形成的淋濾特性，有利于分析采礦廢石堆體在降雨條件下所產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，并可通過(guò)改變模擬容器采礦廢石堆體的材料來(lái)對(duì)采礦廢石堆體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實(shí)施效果進(jìn)行檢驗(yàn)和論證，并且檢測(cè)過(guò)程中，所有的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、記錄和處理都可通過(guò)控制平臺(tái)集中控制處理完成，保證了試驗(yàn)效果并極大提高了試驗(yàn)效率。
【專利說(shuō)明】一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境巖土工程領(lǐng)域，具體涉及一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化的迅速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求與日俱增。在對(duì)煤炭及金屬礦產(chǎn)的開發(fā)利用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬元素及其它有毒有害物質(zhì)的廢石、廢渣及尾礦等固體廢棄物。這些固體廢棄物隨開采活動(dòng)被運(yùn)至地表后，通常所采用的處置方式為露天集中堆存，形成體積龐大的采礦廢石堆體。在自然降水的長(zhǎng)期淋濾作用下，廢石中的有毒有害物質(zhì)會(huì)發(fā)生溶解、遷移、沉淀等地球化學(xué)作用，從而對(duì)附近的土壤-水環(huán)境產(chǎn)生污染。
[0003]目前，從實(shí)驗(yàn)角度對(duì)降雨淋濾作用的模擬主要采用土柱淋溶的方法，該方法主要是將原狀土或擾動(dòng)土裝入具有一定長(zhǎng)度的圓柱內(nèi)，在圓柱頂部按照實(shí)際的降水條件設(shè)置不同的水頭高度來(lái)驅(qū)使水分通過(guò)圓柱體內(nèi)的土壤，并通過(guò)在圓柱底部對(duì)淋溶液進(jìn)行收集來(lái)研究水分對(duì)土壤所形成的淋濾作用。對(duì)于降雨在坡面上所形成的侵蝕作用的模擬主要采用坡面降雨侵蝕實(shí)驗(yàn)的方法，該方法主要通過(guò)控制雨強(qiáng)和坡度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種坡度及雨強(qiáng)的降雨侵蝕實(shí)驗(yàn)。
[0004]目前常用的土柱淋溶實(shí)驗(yàn)裝置只能在垂直方向上模擬水分在介質(zhì)中的入滲對(duì)廢石所產(chǎn)生的淋濾作用，無(wú)法模擬不同降雨條件對(duì)坡面所形成的侵蝕作用；而常用的坡面降雨侵蝕試驗(yàn)系統(tǒng)只能模擬降水對(duì)坡面的侵蝕特性，無(wú)法對(duì)入滲至坡體內(nèi)部的水分所形成的淋濾作用進(jìn)行模擬分析。目前，針對(duì)降雨作用對(duì)采礦廢石堆體所產(chǎn)生的坡面侵蝕及坡體淋溶過(guò)程的本構(gòu)關(guān)系還未真正建立起來(lái)，從而未能實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨作用下采礦廢石堆體坡面產(chǎn)流、土壤侵蝕、坡體入滲及溶質(zhì)遷移的過(guò)程進(jìn)行有效的模擬和行為預(yù)測(cè)。
[0005]因此，研發(fā)能開展在不同降雨條件對(duì)具有不同坡面傾角、不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的采礦廢石堆體所產(chǎn)生的坡面侵蝕特性和淋濾特性的模擬系統(tǒng)，探討復(fù)雜工況下采礦廢石堆體所誘發(fā)的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理和獲取相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為礦山企業(yè)對(duì)采礦廢石堆體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)提供必要的技術(shù)參數(shù)是亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)在不同降雨強(qiáng)度、不同坡面傾角和不同坡體內(nèi)部廢石結(jié)構(gòu)特征情況下，模擬采礦廢石堆體降雨入滲的目的。
[0007]一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置，包括控制平臺(tái)、觀測(cè)裝置，還包括降雨裝置、自然風(fēng)模擬裝置和模擬裝置，降雨裝置連接自然風(fēng)模擬裝置，降雨裝置的下端設(shè)置有模擬裝置，模擬裝置的一側(cè)設(shè)置有觀測(cè)裝置，所述的控制平臺(tái)分別連接觀測(cè)裝置、降雨裝置、自然風(fēng)模擬裝置和模擬裝置；其中，[0008]所述的降雨裝置包括水箱、潛水泵、供水管網(wǎng)支架、水泵調(diào)壓裝置、噴嘴和降雨供水管網(wǎng)，其中，所述的潛水泵設(shè)置于水箱內(nèi)，潛水泵通過(guò)供水管連接設(shè)置于水箱上方的水泵調(diào)壓裝置進(jìn)水口，水泵調(diào)壓裝置的出水口連接設(shè)置于供水管網(wǎng)支架上的一個(gè)供水管，上述供水管連接設(shè)置于供水管網(wǎng)支架上端的降雨供水管網(wǎng)，所述的降雨供水管網(wǎng)上設(shè)置有噴嘴；
[0009]所述的自然風(fēng)模擬裝置包括風(fēng)扇支架、風(fēng)扇、風(fēng)速測(cè)定儀和風(fēng)向測(cè)定儀，其中，所述的風(fēng)扇通過(guò)風(fēng)扇支架環(huán)繞設(shè)置于供水管網(wǎng)支架的上端；所述的風(fēng)速測(cè)定儀和風(fēng)向測(cè)定儀分別通過(guò)連接管連接于供水管網(wǎng)支架中心；
[0010]所述的模擬裝置包括模擬容器、徑流液收集器、徑流液貯存器、模擬容器支腿、淋溶液收集器、淋溶液收集管、液壓控制裝置、液壓升降桿支腿、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板、雨量筒托板、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀、雨量筒、模擬容器支架和液壓升降裝置，其中，所述的模擬容器下端一側(cè)設(shè)置有兩個(gè)模擬容器支腿，另一側(cè)設(shè)置有模擬容器支架，所述的模擬容器支架通過(guò)套筒與下端的液壓升降裝置連接，液壓升降裝置下端設(shè)置有液壓升降桿支腿，并且所述的液壓升降桿支腿通過(guò)液壓管與液壓控制裝置相連；所述的模擬容器底面上均勻設(shè)置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通過(guò)淋溶液收集管連接淋溶液收集器；在所述的模擬容器上端的一側(cè)設(shè)置有用于固定雨量筒的雨量筒托板和用于固定滴動(dòng)能測(cè)定儀的雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板，另一側(cè)設(shè)置有徑流液收集器，所述的徑流液收集器通過(guò)徑流液收集管連接放置于模擬容器另一側(cè)的徑流液貯存器。
[0011]所述的模擬容器的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有傳感器導(dǎo)線孔，用于導(dǎo)出放置于模擬容器內(nèi)部的傳感器的導(dǎo)線。
[0012]所述的設(shè)置于供水管網(wǎng)支架上的一個(gè)供水管上設(shè)置有水壓表，所述的水壓表的輸出端與控制平臺(tái)一路輸入端相連接；淋溶液收集管上還設(shè)置有流量測(cè)定器，流量測(cè)定器的輸出端與控制平臺(tái)另一路輸入端相連接；徑流液收集管上還設(shè)置有泥沙含量測(cè)定裝置和流量測(cè)定器，泥沙含量測(cè)定裝置的輸出端、流量測(cè)定器的輸出端分別與控制平臺(tái)兩路輸入端相連接；另外，風(fēng)速測(cè)定儀的輸出端、風(fēng)向測(cè)定儀的輸出端、雨量筒的輸出端、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀的輸出端依次連接控制平臺(tái)多路輸入端；風(fēng)扇的輸入端、液壓控制裝置的輸入端分別連接控制平臺(tái)的多路輸出端。
[0013]所述的雨量筒托板通過(guò)鉸接的方式與模擬容器相連，使雨量筒始終保持水平狀態(tài)。
[0014]采用采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬的方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1、安裝裝置，并將模擬裝置放置于供水管網(wǎng)支架的正下方；
[0016]步驟2、根據(jù)所模擬的采礦廢石堆體的實(shí)際傾倒-堆積方式及自然安息角，確定模擬容器的傾斜角度；計(jì)算出不同粒徑大小的采礦廢石的粒徑偏析因子，根據(jù)上述粒徑偏析因子確定不同粒徑組廢石在模擬容器中的分布范圍，并用黑色記號(hào)筆在模擬容器的內(nèi)壁上畫出標(biāo)記線，劃分出每個(gè)粒徑組所要堆積的高度及堆積區(qū)域，并根據(jù)所畫出的標(biāo)記線確定出試樣的裝填順序；
[0017]步驟3、檢查并確定所有裝置連接位置處的連接完好，無(wú)漏水、漏油情況存在；檢查并確定所有監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電及數(shù)據(jù)傳輸性能完好，無(wú)短路、斷路及數(shù)據(jù)傳輸不通暢的情況存在；[0018]步驟4、啟動(dòng)液壓控制裝置，通過(guò)液壓升降裝置帶動(dòng)模擬容器焊接有模擬容器支架的一側(cè)向上抬起，直至達(dá)到水平狀態(tài)；
[0019]步驟5、在模擬容器底部鋪設(shè)一層尼龍篩網(wǎng)，用戶根據(jù)需求配置試驗(yàn)所用采礦廢石的粒徑配比，按順序?qū)⒉煌浇M的采礦廢石根據(jù)所畫標(biāo)記線裝入模擬容器中，并每裝填5?15cm高度的試樣，在該試樣層的中心位置處埋設(shè)一個(gè)土壤水分傳感器；
[0020]步驟6、通過(guò)液壓升降裝置帶動(dòng)模擬容器焊接有模擬容器支架的一側(cè)向上抬起，直至達(dá)到步驟2中所得傾斜角度；并調(diào)整雨量筒托板與水平方向的夾角，使雨量筒托板處于水平狀態(tài)；
[0021 ] 步驟7、采用三維攝像裝置對(duì)廢石表面的圖像進(jìn)行采集，并發(fā)送至控制平臺(tái)進(jìn)行處理及儲(chǔ)存；
[0022]步驟8、在水箱中加水并啟動(dòng)降雨裝置，通過(guò)水泵及水泵調(diào)壓裝置使水進(jìn)入供水管網(wǎng)并通過(guò)噴嘴向下方持續(xù)噴出，形成降雨；
[0023]步驟9、并采用土壤水分傳感器實(shí)時(shí)采集廢石試樣中的水分?jǐn)?shù)據(jù)，并傳遞至控制平臺(tái)；采用雨量筒采集降雨，并通過(guò)其內(nèi)部的計(jì)量翻斗將所記錄的降雨量以脈沖信號(hào)的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；采用雨滴動(dòng)能測(cè)定儀采集雨滴的動(dòng)能，并通過(guò)其內(nèi)部的雨滴傳感器將監(jiān)測(cè)信號(hào)以模擬量電壓的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；
[0024]步驟10、啟動(dòng)自然風(fēng)模擬裝置，采用風(fēng)向測(cè)定儀檢測(cè)風(fēng)向，采用風(fēng)速測(cè)定儀檢測(cè)風(fēng)速，并將上述結(jié)果以模擬量信號(hào)的形式發(fā)送至控制平臺(tái)，控制平臺(tái)根據(jù)試驗(yàn)所需風(fēng)速和風(fēng)向，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)扇的風(fēng)速，通過(guò)控制風(fēng)扇的開斷調(diào)整裝置的風(fēng)向；
[0025]步驟11、采用徑流液收集器收集廢石試樣表面的表面徑流，并通過(guò)徑流液收集管導(dǎo)入徑流液貯存器中，并采用泥沙含量測(cè)定裝置對(duì)徑流中所攜帶的泥沙含量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)，采用流量測(cè)定器對(duì)徑流量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；
[0026]步驟12、通過(guò)淋溶液收集孔收集滲入模擬容器底部的淋溶液，并通過(guò)淋溶液收集管導(dǎo)入淋溶液收集器中，并采用流量測(cè)定器對(duì)淋溶液的流量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)的結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；
[0027]步驟13、當(dāng)雨量筒監(jiān)測(cè)到的降雨量達(dá)到用戶設(shè)定降雨量數(shù)值時(shí)，控制平臺(tái)控制降雨裝置停止降雨，并采用三維攝像裝置對(duì)廢石試樣表面進(jìn)行一次圖像采樣；并判斷降雨次數(shù)是否達(dá)到用戶設(shè)定降雨次數(shù)，若是，控制平臺(tái)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而確定降雨后廢石堆體表面所形成的被侵蝕形態(tài)，確定雨水在廢石坡面的流動(dòng)過(guò)程中從坡面廢石中所攜帶走的物質(zhì)成分及含量，確定雨水在廢石坡體內(nèi)部的滲透過(guò)程中從坡體內(nèi)部廢石中所攜帶總的物質(zhì)成分及含量，確定不同降雨量及雨滴動(dòng)能大小與廢石坡面侵蝕形態(tài)、徑流液流量、徑流液中泥沙含量之間的關(guān)系，確定不同降雨量大小與廢石淋溶液流量、淋溶液的水質(zhì)成分之間的關(guān)系，否則，則返回步驟8。
[0028]步驟2所述的裝填，在裝填時(shí)保證模擬容器中的廢石試樣上表面與模擬容器的上表面齊平。
[0029]步驟5所述的尼龍篩網(wǎng)的網(wǎng)眼直徑不得大于淋溶液收集孔的半徑。
[0030]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):
[0031]本發(fā)明一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置及方法，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能在考慮不同風(fēng)速、風(fēng)向影響下模擬不同降雨條件對(duì)具有不同坡面傾角、不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征的采礦廢石堆體坡面所形成的侵蝕特性及入滲雨水在廢石堆體內(nèi)部所形成的淋濾特性，有利于分析采礦廢石堆體在降雨條件下所產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害，并可通過(guò)改變模擬容器采礦廢石堆體的材料來(lái)對(duì)采礦廢石堆體生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實(shí)施效果進(jìn)行檢驗(yàn)和論證，并且檢測(cè)過(guò)程中，所有的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、記錄和處理都可通過(guò)控制平臺(tái)集中控制處理完成，保證了試驗(yàn)效果并極大提高了試驗(yàn)效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的降雨裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0034]圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的自然風(fēng)模擬裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0035]圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的模擬裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0036]圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例的采用采礦廢石堆體降雨入滲模擬方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種實(shí)施例做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0038]一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示，包括控制平臺(tái)1、觀測(cè)裝置2，還包括降雨裝置3、自然風(fēng)模擬裝置4和模擬裝置5，降雨裝置3連接自然風(fēng)模擬裝置4，降雨裝置3的下端設(shè)置有模擬裝置5，模擬裝置5的一側(cè)設(shè)置有觀測(cè)裝置2，所述的控制平臺(tái)I分別連接觀測(cè)裝置2、降雨裝置3、自然風(fēng)模擬裝置4和模擬裝置5 ;其中，
[0039]如圖2所示，所述的降雨裝置3包括水箱3-1、潛水泵3-2、供水管網(wǎng)支架3-3、水泵調(diào)壓裝置3-4、噴嘴3-5和降雨供水管網(wǎng)3-6，其中，所述的潛水泵3-2設(shè)置于水箱3_1內(nèi)，潛水泵3-2通過(guò)供水管連接設(shè)置于水箱3-1上方的水泵調(diào)壓裝置3-4進(jìn)水口，水泵調(diào)壓裝置3-4的出水口連接設(shè)置于供水管網(wǎng)支架3-3上的一個(gè)供水管，上述供水管連接設(shè)置于供水管網(wǎng)支架3-3上端的降雨供水管網(wǎng)3-6，所述的降雨供水管網(wǎng)3-6上設(shè)置有噴嘴3-5 ;所述的設(shè)置于供水管網(wǎng)支架3-3上的一個(gè)供水管上設(shè)置有水壓表3-7，所述的水壓表3-7的輸出端與控制平臺(tái)I一路輸入端相連接。
[0040]如圖3所示，所述的自然風(fēng)模擬裝置4包括風(fēng)扇支架4-1、風(fēng)扇4-2、風(fēng)速測(cè)定儀
4-3和風(fēng)向測(cè)定儀4-4，其中，所述的風(fēng)扇4-2通過(guò)風(fēng)扇支架4-1環(huán)繞設(shè)置于供水管網(wǎng)支架
3-3的上端；所述的風(fēng)速測(cè)定儀4-3和風(fēng)向測(cè)定儀4-4分別通過(guò)連接管連接于供水管網(wǎng)支架3-3的中心；本發(fā)明實(shí)施例中，采用8個(gè)風(fēng)扇4-2，上述8個(gè)風(fēng)扇設(shè)置高度相同，采取正八邊形的布設(shè)方式，八邊形的每條邊上均布設(shè)一個(gè)風(fēng)扇4-2 ;風(fēng)速測(cè)定儀4-3與風(fēng)向測(cè)定儀
4-4設(shè)置在模擬容器5-1中心的上方。
[0041]如圖4所示，所述的模擬裝置5包括模擬容器5-1、徑流液收集器5-3、徑流液貯存器5-4、模擬容器支腿5-5、淋溶液收集器5-7 (圓柱形或者長(zhǎng)方體)、淋溶液收集管5-8、液壓控制裝置5-9、液壓升降桿支腿5-10、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板5-11、雨量筒托板5-12、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13、雨量筒5-14、模擬容器支架5-15和液壓升降裝置5_16，其中，所述的模擬容器5-1下端一側(cè)設(shè)置有兩個(gè)模擬容器支腿5-5，另一側(cè)設(shè)置有模擬容器支架5-15，所述的模擬容器支架5-15通過(guò)套筒與下端的液壓升降裝置5-16連接，液壓升降裝置5-16下端設(shè)置有液壓升降桿支腿5-10，并且所述的液壓升降桿支腿5-10通過(guò)液壓管與液壓控制裝置
5-9相連；所述的模擬容器5-1底面上均勻設(shè)置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通過(guò)收集管連接淋溶液收集器5-7 ;在所述的模擬容器5-1上端的一側(cè)設(shè)置有用于固定雨量筒5-14的雨量筒托板5-12和用于固定滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13的雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板5-11 (與模擬容器
5-1焊接連接)，另一側(cè)設(shè)置有徑流液收集器5-3(與模擬容器5-1焊接連接)，所述的徑流液收集器5-3通過(guò)徑流液收集管連接放置于模擬容器5-1 —側(cè)的徑流液貯存器5-4 (長(zhǎng)方體或圓柱體)，徑流液收集器5-3的下表面與模擬容器5-1的上表面在同一水平線上。所述的模擬容器5-1的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有傳感器導(dǎo)線孔，用于導(dǎo)出放置于模擬容器5-1內(nèi)部的傳感器的導(dǎo)線。所述的收集管上還設(shè)置有LWGY型流量測(cè)定器5-6，流量測(cè)定器5-6的輸出端與控制平臺(tái)I另一路輸入端相連接；所述的徑流液收集管上還設(shè)置有MS2000型泥沙含量測(cè)定裝置5-2，泥沙含量測(cè)定裝置5-2的輸出端與控制平臺(tái)I又一路輸入端相連接。
[0042]本發(fā)明實(shí)施例中，觀測(cè)裝置2由三維攝像裝置和支撐桿構(gòu)成。觀測(cè)裝置位于模擬裝置5-1的一側(cè)，三維攝像采用JVC-GS-TDl型3D立體攝像機(jī)，裝置安裝于支撐桿的上端。
[0043]本發(fā)明實(shí)施例中，雨量筒托板5-12通過(guò)鉸接的方式與模擬容器5-1相連，實(shí)現(xiàn)雨量筒5-14始終保持水平狀態(tài)。以鉸接形式與模擬容器5-1相連的雨量筒托板5-12可以變換其自身與水平方向之間的夾角，該夾角所變換的范圍為-90°?90°，當(dāng)模擬容器5-1在液壓升降桿支腿5-10的支撐作用下與水平方向形成一定角度時(shí)，可以調(diào)整雨量筒托板與水平方向保持一致，從而使得置于雨量筒托板5-12上的雨量筒5-14在對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的降雨量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)保持水平；
[0044]另外，風(fēng)速測(cè)定儀4-3的輸出端、風(fēng)向測(cè)定儀4-4的輸出端、雨量筒5_14的輸出端、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13的輸出端依次連接控制平臺(tái)I的多路輸入端；風(fēng)扇4-2的輸入端、液壓控制裝置5-9的輸入端分別連接控制平臺(tái)I的多路輸出端，本發(fā)明實(shí)施例中，控制平臺(tái)采用計(jì)算機(jī)，雨滴動(dòng)能測(cè)定儀型號(hào)為Parsivel-1I型、風(fēng)向測(cè)定儀型號(hào)為HYXC-2FX、風(fēng)速測(cè)定儀型號(hào)為HS-FS01、雨量筒為RM Young52202型。
[0045]控制平臺(tái)I通過(guò)連接在供水管網(wǎng)上的水泵調(diào)壓裝置對(duì)水壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，根據(jù)連接在模擬容器5-1上的雨量筒5-14及雨滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13在降雨過(guò)程中所反饋的測(cè)量信號(hào)隨時(shí)調(diào)整供水壓力的大小，從而使得降雨噴頭所形成的降雨參數(shù)達(dá)到不同的工況要求；
[0046]以焊接形式與模擬容器5-1相連的雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板5-11與模擬容器5-1的上表面保持在同一水平線上，當(dāng)模擬容器在液壓升降桿支腿5-10的支撐作用下與水平方向形成一定角度時(shí)，雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板5-11與水平方向之間的夾角與模擬容器5-1上表面與水平方向之間的夾角保持一致，從而使得置于雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板5-11上的雨滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13可以在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)降落到模擬容器中廢石坡面上的雨滴動(dòng)能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
[0047]所述的液壓升降桿支腿5-10可在液壓控制裝置5-9的控制下產(chǎn)生不同的高度變化，與模擬容器5-1底部另外一側(cè)鉸接的模擬容器支腿5-5聯(lián)合作用使模擬容器產(chǎn)生不同傾角，能有效模擬具有不同自然安息角的采礦廢石所形成的坡面角度；
[0048]設(shè)置于模擬容器5-1底部的淋溶液收集孔及與其相連的淋溶液收集管可對(duì)由坡面入滲至模擬容器5-1底部不同區(qū)域的淋溶液進(jìn)行收集，連接在淋溶液收集管上的流量測(cè)定器5-2可以對(duì)不同時(shí)間內(nèi)淋溶液收集管中的淋溶液流量進(jìn)行定量化測(cè)量，淋溶液最終進(jìn)入淋溶液收集器，方便隨時(shí)對(duì)淋溶液取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析；
[0049]所采用的正八邊形的風(fēng)扇布設(shè)方式，可根據(jù)所設(shè)置的風(fēng)速測(cè)定儀及風(fēng)向測(cè)定儀所反饋的監(jiān)測(cè)信號(hào)隨時(shí)對(duì)風(fēng)扇的角度和轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同風(fēng)向、不同風(fēng)速的風(fēng)進(jìn)行模擬；
[0050]采用采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬的方法，如圖5所示，包括以下步驟:
[0051]步驟1、安裝連接裝置，并將模擬裝置放置于供水管網(wǎng)支架的正下方；
[0052]降雨系統(tǒng)的連接與安裝過(guò)程:
[0053]步驟1-A1、將噴嘴3-5連接到降雨供水管網(wǎng)3-6上；
[0054]步驟1-A2、將降水供水管網(wǎng)3-6連接到供水管網(wǎng)支架3-3頂部的內(nèi)側(cè)；
[0055]步驟1-A3、將水壓表3-7與一根供水管的一端進(jìn)行連接，并將該供水管固定在供水管網(wǎng)支架3-3上，使連接有水壓表3-7的一端位于于供水管網(wǎng)支架3-3的頂部；
[0056]步驟1-A4、將步驟1-A3所述供水管連接有水壓表3-7的一端與降水供水管網(wǎng)3_6相連；
[0057]步驟1-A5、將步驟1-A3所述供水管的另外一端與水泵調(diào)壓裝置3-4連接，將水泵調(diào)壓裝置3-4與潛水泵3-2連接；
[0058]步驟1-A6、將潛水泵3-2放入水箱3-1中。
[0059]風(fēng)模擬系統(tǒng)的連接與安裝過(guò)程:
[0060]步驟1-B1、將風(fēng)速測(cè)定儀4-3、風(fēng)向測(cè)定儀4-4的數(shù)據(jù)傳輸線及供電電線穿過(guò)不銹鋼管，將風(fēng)速測(cè)定儀4-3、風(fēng)向測(cè)定儀4-4連接到不銹鋼管的一端，將不銹鋼管的另一端連接在供水管網(wǎng)支架3-3頂部的橫梁上；
[0061]步驟1-B2、將風(fēng)扇支架4-1連接到供水管網(wǎng)支架3-3上，將風(fēng)扇4_2連接到風(fēng)扇支架4-1上及供水管網(wǎng)支架3-3支腿上的風(fēng)扇卡槽上。
[0062]模擬容器的連接與安裝過(guò)程:
[0063]步驟1-C1、將模擬容器5-1放置在降雨供水管網(wǎng)3-6的下方；
[0064]步驟1-C2、將模擬容器支腿5-5通過(guò)鉸接的方式連接到模擬容器5-1的底部帶有鉸支座的一端；
[0065]步驟1-C3、將液壓升降裝置5-16與液壓升降桿支腿5-10進(jìn)行連接；
[0066]步驟1-C4、將模擬容器5-1帶有模擬容器支架5-15的一端抬起，將連接有液壓升降裝置5-16的液壓升降桿支腿5-10放置在模擬容器支架的下方，將液壓升降裝置5-16對(duì)準(zhǔn)模擬容器支架5-15底部的套筒內(nèi)，緩慢放低模擬容器5-1帶有模擬容器支架5-15的一端，使模擬容器5-1支架完全進(jìn)入模擬容器支架5-15底部的套筒并與模擬容器支架5-15相接觸；
[0067]步驟1-C5、將液壓管的一端與液壓控制裝置5-9連接，另外一端與液壓升降裝置
5-16連接。
[0068]模擬容器上觀測(cè)及監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝及連接過(guò)程:
[0069]步驟1-D1、將流量測(cè)定器5-2連接到淋溶液收集管5-8上，將淋溶液收集管5_8的一端與模擬容器5-1底部的淋溶液收集孔連接，另外一端與淋溶液收集器5-7的頂部進(jìn)水口相連接；
[0070]步驟1-D2、將另一個(gè)流量測(cè)定器和泥沙含量測(cè)定裝置5-2連接到徑流液收集管上，將徑流液收集管的一端與徑流液收集器5-3連接，另外一端與徑流液貯存器5-4的頂部進(jìn)水口連接；
[0071]步驟1-D3、調(diào)整雨量筒托板5_12的角度，將雨量筒5_14放入雨量筒托板5_12上的圓孔內(nèi)；
[0072]步驟1-D4、將雨滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13放置在雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板5_11上；
[0073]步驟1-D5、將支撐桿10放置到模擬容器20帶有徑流液收集器13的一側(cè)，將三維攝像裝置9安裝到支撐桿10上；
[0074]數(shù)據(jù)傳輸線及電源線的連接過(guò)程:
[0075]步驟1-E1、將水壓表3-7、流量測(cè)定器5-6、泥沙含量測(cè)定裝置5_2、風(fēng)速測(cè)定儀4-3、風(fēng)向測(cè)定儀4-4、雨量筒5-14、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13、三維攝像裝置的數(shù)據(jù)傳輸線連接到控制平臺(tái)I的計(jì)算機(jī)終端上；
[0076]步驟1-E2、將潛水泵3-2、水泵調(diào)壓裝置3-4、液壓控制裝置5_9、風(fēng)扇4_2、三維攝像裝置、泥沙含量測(cè)定裝置5-2、風(fēng)速測(cè)定儀4-3、風(fēng)向測(cè)定儀4-4、雨量筒5-14的電源線連接到控制平臺(tái)I上；
[0077]步驟2、根據(jù)所模擬的采礦廢石堆體的實(shí)際傾倒-堆積方式及自然安息角，確定模擬容器的傾斜角度；并結(jié)合所模擬的采礦廢石粒徑大小、自然安息角及堆積高度按照現(xiàn)有的計(jì)算公式計(jì)算出不同粒徑大小的采礦廢石的粒徑偏析因子，根據(jù)上述粒徑偏析因子確定不同粒徑組廢石在模擬容器中的分布范圍，并用黑色記號(hào)筆在模擬容器的內(nèi)壁四側(cè)上畫出標(biāo)記線，劃分出每個(gè)粒徑組所要堆積的高度及堆積區(qū)域，并根據(jù)所畫出的標(biāo)記線確定出試樣的裝填順序；
[0078]本發(fā)明實(shí)施例中，所模擬的采礦廢石堆體為磷礦廢石堆，傾倒及堆積方式為頂端傾倒-順坡堆積方式，即將磷礦廢石在某一邊坡的頂部進(jìn)行傾倒，使得傾倒出的磷礦廢石沿坡面自由滑滾而下并自然堆積；所用磷礦廢石按照粒徑大小劃分為粗粒組(粒徑大于5mm)和細(xì)粒組(粒徑小于5mm)兩組；在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)對(duì)磷礦廢石堆坡面傾角的測(cè)量結(jié)果表明所模擬的磷礦廢石堆體的自然安息角為45°，因此本發(fā)明實(shí)施例中將模擬容器5-1的傾斜角度設(shè)置為45° ;根據(jù)模擬容器5-1的高度、所用磷礦廢石的粒徑大小以及磷礦廢石的自然安息角，利用相關(guān)文獻(xiàn)資料中所記載的粒徑偏析因子計(jì)算公式，計(jì)算得出本發(fā)明實(shí)施例中所用磷礦廢石的粒徑偏析因子為0.5 ;根據(jù)計(jì)算得出的粒徑偏析因子，確定粗、細(xì)粒組在廢石堆體內(nèi)部的分布為互層分布，并用黑色記號(hào)筆在模擬容器的內(nèi)壁四側(cè)上畫出粗、細(xì)粒組的堆積高度及堆積區(qū)域。在裝填試樣時(shí)，按照事先畫好的不同粒組的堆積高度及堆積區(qū)域，從模擬容器底部開始將粗、細(xì)粒組的廢石依次裝入模擬容器，當(dāng)裝填某一粒組(例如粗粒組)的廢石到達(dá)該組的標(biāo)記線時(shí)，停止裝填該組廢石，按照標(biāo)記線所示組別更換所要裝填的廢石，直至按照事先所畫好的標(biāo)記線將各組廢石裝填完畢。
[0079]步驟3、檢查并確定所有裝置連接位置處的連接完好，無(wú)漏水、漏油情況存在；檢查并確定所有監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電及數(shù)據(jù)傳輸性能完好，無(wú)短路、斷路及數(shù)據(jù)傳輸不通暢的情況存在；
[0080]步驟4、啟動(dòng)液壓控制裝置，通過(guò)液壓升降裝置帶動(dòng)模擬容器焊接有模擬容器支架的一側(cè)向上抬起，直至達(dá)到水平狀態(tài)；
[0081]在控制平臺(tái)I上打開液壓控制裝置5-9的電源開關(guān)，液壓控制裝置5-9開始工作，將液壓油通過(guò)液壓管壓入液壓升降桿支腿5-10中的液壓缸內(nèi)，在液壓缸所產(chǎn)生的壓力作用下，液壓升降裝置5-16緩慢向上升起，帶動(dòng)模擬容器5-1焊接有模擬容器支架5-15的一側(cè)向上抬起，使模擬容器5-1的上表面達(dá)到水平；在控制平臺(tái)I上關(guān)閉液壓控制裝置5-9的供油開關(guān)，使液壓控制裝置5-9停止向液壓升降桿支腿5-10中的液壓缸內(nèi)壓入液壓油，在控制平臺(tái)I上打開液壓控制裝置5-9上的穩(wěn)壓系統(tǒng)開關(guān)，使液壓升降桿支腿5-10維持現(xiàn)有高度不變。
[0082]步驟5、在模擬容器底部鋪設(shè)一層尼龍篩網(wǎng)，根據(jù)用戶需求配置好試驗(yàn)所用采礦廢石的粒徑配比，按順序?qū)⒉煌浇M的采礦廢石根據(jù)所畫標(biāo)記線裝入模擬容器中，并每裝填I(lǐng)Ocm高度的試樣，在該試樣層的中心位置處埋設(shè)一個(gè)土壤水分傳感器；
[0083]本發(fā)明實(shí)施例中，將模擬容器5-1的底部底部鋪設(shè)一層尼龍篩網(wǎng)，尼龍篩網(wǎng)的網(wǎng)眼直徑不得大于淋溶液收集孔的半徑，以免在裝填廢石試樣或在試驗(yàn)中廢石顆粒堵塞淋溶液收集孔；按照試驗(yàn)要求和目的配置好試驗(yàn)所用采礦廢石的粒徑配比，按裝填順序，將不同粒徑組的采礦廢石按照所畫標(biāo)記線裝入模擬容器5-1中，在裝填廢石試樣的過(guò)程中，每裝填I(lǐng)Ocm的試樣，在該試樣層的幾何中心位置處埋設(shè)一個(gè)土壤水分傳感器(型號(hào)SMS-1-50)，將傳感器的導(dǎo)線由傳感器導(dǎo)線孔引出并連接到控制平臺(tái)I的計(jì)算機(jī)終端上，檢查并確保土壤水分傳感器與計(jì)算機(jī)終端之間的連接通暢后對(duì)傳感器導(dǎo)線孔進(jìn)行密封處理。
[0084]步驟6、通過(guò)液壓升降裝置帶動(dòng)模擬容器焊接有模擬容器支架的一側(cè)向上抬起，直至達(dá)到步驟2中所得傾斜角度；并調(diào)整調(diào)整雨量筒托板與水平方向的夾角，使雨量筒托板處于水平狀態(tài)；
[0085]本發(fā)明實(shí)施例中，試樣裝填完畢后，使模擬容器5-1的上表面與水平方向的夾角達(dá)到傾斜角度45° ;調(diào)整雨量筒托板5-12與水平方向的夾角，使雨量筒托板5-12處于水平。
[0086]步驟7、采用三維攝像裝置對(duì)廢石表面的圖像進(jìn)行采集，并發(fā)送至控制平臺(tái)進(jìn)行處理及儲(chǔ)存；
[0087]本發(fā)明實(shí)施例中，在控制平臺(tái)I上打開觀測(cè)裝置2的電源開關(guān)及數(shù)據(jù)傳輸開關(guān)，對(duì)模擬容器5-1中廢石表面的圖像進(jìn)行圖像采集，三維攝像裝置通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線將所采集到的圖像信息傳輸?shù)娇刂破脚_(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端，由計(jì)算機(jī)終端對(duì)所接收到的圖像信息進(jìn)行處理及儲(chǔ)存；
[0088]步驟8、在水箱中加水并啟動(dòng)降雨裝置，通過(guò)水泵及水泵調(diào)壓裝置使水進(jìn)入供水管網(wǎng)并通過(guò)噴嘴向下方持續(xù)噴出，形成降雨；
[0089]本發(fā)明實(shí)施例中，向水箱3-1中注入自來(lái)水，使水箱3-1中自來(lái)水的液面將潛水泵
3-2完全淹沒(méi)；在控制平臺(tái)I上打開流量測(cè)定器5-6、泥沙含量測(cè)定裝置5-2、雨量筒5-14、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13及埋入的土壤水分傳感器的電源開關(guān)及數(shù)據(jù)傳輸開關(guān)；在控制平臺(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端上打開土壤水分傳感器的數(shù)據(jù)采集軟件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的對(duì)土壤水分傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率(h/min/s)進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明實(shí)施例中，采集頻率設(shè)置為3h;在控制平臺(tái)I上打開潛水泵3-2的電源開關(guān)，潛水泵3-2開始工作，將水箱3-1中經(jīng)由供水管泵入降雨供水管網(wǎng)3-6中，水流進(jìn)入供水管網(wǎng)3-6并通過(guò)噴嘴3-5向下方持續(xù)噴出，形成降雨。[0090]步驟9、采用土壤水分傳感器實(shí)時(shí)采集廢石試樣中的水分?jǐn)?shù)據(jù)，并傳遞至控制平臺(tái)；采用雨量筒采集降雨，并通過(guò)其內(nèi)部的計(jì)量翻斗將所記錄的降雨量以脈沖信號(hào)的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；采用雨滴動(dòng)能測(cè)定儀采集雨滴的動(dòng)能，并通過(guò)其內(nèi)部的雨滴傳感器將監(jiān)測(cè)信號(hào)以模擬量電壓的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；
[0091]本發(fā)明實(shí)施例中，由噴嘴3-5所形成的降雨經(jīng)雨量筒5-14的承水口收集后，注入雨量筒5-14中的計(jì)量翻斗，計(jì)量翻斗將所記錄的降雨量以脈沖信號(hào)的形式通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線傳遞至控制平臺(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端，計(jì)算機(jī)終端將接收到的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存及顯示；由噴嘴3-5所形成的降雨落到廢石坡面所形成的雨滴動(dòng)能由雨滴動(dòng)能測(cè)定儀5-13中的雨滴傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，雨滴傳感器將監(jiān)測(cè)信號(hào)以模擬量AO電壓的形式通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線傳遞至控制平臺(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端，計(jì)算機(jī)終端將接收到的模擬量信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存及顯示。
[0092]步驟10、啟動(dòng)自然風(fēng)模擬裝置，采用風(fēng)向測(cè)定儀檢測(cè)風(fēng)向，采用風(fēng)速測(cè)定儀檢測(cè)風(fēng)速，并將上述結(jié)果以模擬量信號(hào)的形式發(fā)送至控制平臺(tái)，控制平臺(tái)根據(jù)試驗(yàn)所需風(fēng)速和風(fēng)向，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)扇的風(fēng)速，通過(guò)控制風(fēng)扇的開斷調(diào)整裝置的風(fēng)向；
[0093]本發(fā)明實(shí)施例中，維持噴嘴3-5所形成的降雨，在控制平臺(tái)I上打開風(fēng)向測(cè)定儀
4-4、風(fēng)速測(cè)定儀4-3的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示開關(guān)，打開風(fēng)扇4-2的電源開關(guān)和控制風(fēng)速開關(guān)，使風(fēng)扇4-2開始向模擬容器5-1上表面及降雨供水管網(wǎng)3-6之間的空間吹風(fēng)，所產(chǎn)生的風(fēng)向和風(fēng)速由風(fēng)向測(cè)定儀4-4、風(fēng)速測(cè)定儀4-3進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，風(fēng)向測(cè)定儀4-4、風(fēng)速測(cè)定儀4-3中的風(fēng)向及風(fēng)速傳感器將監(jiān)測(cè)結(jié)果以模擬量信號(hào)的形式通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線傳遞至控制平臺(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端，計(jì)算機(jī)終端將接收到的模擬量信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存及顯示；根據(jù)計(jì)算機(jī)所接收到的風(fēng)向測(cè)定儀4-4和風(fēng)速測(cè)定儀4-3所監(jiān)測(cè)的信號(hào)，結(jié)合試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的風(fēng)速、風(fēng)向方案，通過(guò)調(diào)整風(fēng)扇4-2在控制平臺(tái)I上的控制風(fēng)速開關(guān)及電源開關(guān)，來(lái)調(diào)整風(fēng)扇4-2的風(fēng)速以及所形成的風(fēng)向，使其達(dá)到試驗(yàn)所設(shè)定的方案要求。
[0094]步驟11、采用徑流液收集器收集廢石試樣表面的表面徑流，并通過(guò)徑流液收集管導(dǎo)入徑流液貯存器中，并采用泥沙含量測(cè)定裝置對(duì)徑流中所攜帶的泥沙含量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)，采用流量測(cè)定器對(duì)徑流量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；
[0095]本發(fā)明實(shí)施例中，噴嘴3-5所形成的降雨到達(dá)模擬容器5-1中的廢石堆體表面，一部分水分在坡體表面形成表面徑流，另外一部分水分滲入到模擬容器5-1中廢石堆體內(nèi)部。
[0096]其中，形成表面徑流的水分?jǐn)y帶著一部分細(xì)小廢石顆粒沿著廢石堆體表面由帶有模擬容器支架的一側(cè)向帶有模擬容器支腿5-15的一側(cè)流動(dòng)，并由徑流液收集器5-3進(jìn)行收集后流入徑流液收集管中，最終流入徑流液貯存器5-4中，在此過(guò)程中徑流所攜帶的泥沙含量由連接在徑流液收集管上的泥沙含量測(cè)定裝置5-2進(jìn)行監(jiān)測(cè)，徑流量由連接在徑流液收集管上的流量測(cè)定器5-17進(jìn)行監(jiān)測(cè)；位于泥沙含量測(cè)定裝置5-2中的泥沙含量傳感器以及位于流量測(cè)定器5-17中的流量傳感器將所測(cè)結(jié)果以模擬量信號(hào)的形式通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線輸送至控制平臺(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端中，由計(jì)算機(jī)終端對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存及顯示。
[0097]步驟12、通過(guò)淋溶液收集孔收集滲入模擬容器底部的淋溶液，并通過(guò)淋溶液收集管導(dǎo)入淋溶液收集器中，并采用流量測(cè)定器對(duì)淋溶液的流量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)的結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；
[0098]本發(fā)明實(shí)施例中，滲入到廢石堆體內(nèi)部的水分在重力作用下沿著廢石顆粒之間的孔隙向模擬容器5-1的底部流動(dòng)，廢石堆體內(nèi)部不同位置處的水分含量及其隨時(shí)間的變化由所埋設(shè)的土壤水分傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，土壤水分傳感器將按照所設(shè)置的時(shí)間間隔對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線將所采集的數(shù)據(jù)輸入控制平臺(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端上，由計(jì)算機(jī)終端對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存及顯示。當(dāng)入滲水分流到模擬容器5-1的底部時(shí)，會(huì)從位于模擬容器5-1底部不同位置處的淋溶液收集孔流出，進(jìn)入與淋溶液收集孔相連接的淋溶液收集管5-8，最終流入與各個(gè)淋溶液收集管相連接的淋溶液收集器5-7進(jìn)行密封儲(chǔ)存。在此過(guò)程中，進(jìn)入淋溶液收集管5-8的淋溶液的流量由連接在淋溶液收集管5-8上的流量測(cè)定器5-6進(jìn)行測(cè)定，流量測(cè)定器5-6上的流量傳感器將所測(cè)結(jié)果以模擬量信號(hào)的形式通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線輸送至控制平臺(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端中，由計(jì)算機(jī)終端對(duì)所接收到的信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存及顯示。
[0099]步驟13、當(dāng)雨量筒監(jiān)測(cè)到的降雨量達(dá)到用戶設(shè)定降雨量數(shù)值時(shí)，控制平臺(tái)控制降雨裝置停止降雨，并采用三維攝像裝置對(duì)廢石試樣表面進(jìn)行一次圖像采樣；并判斷降雨次數(shù)是否達(dá)到用戶設(shè)定降雨次數(shù)，若是，控制平臺(tái)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而確定降雨后廢石堆體表面所形成的被侵蝕形態(tài)，確定雨水在廢石坡面的流動(dòng)過(guò)程中從坡面廢石中所攜帶走的物質(zhì)成分及含量，確定雨水在廢石坡體內(nèi)部的滲透過(guò)程中從坡體內(nèi)部廢石中所攜帶總的物質(zhì)成分及含量，確定不同降雨量及雨滴動(dòng)能大小與廢石坡面侵蝕形態(tài)、徑流液流量、徑流液中泥沙含量之間的關(guān)系，確定不同降雨量大小與廢石淋溶液流量、淋溶液的水質(zhì)成分之間的關(guān)系，否則，則返回步驟8。
[0100]本發(fā)明實(shí)施例中，在控制平臺(tái)I上的計(jì)算機(jī)終端上利用Arcgis軟件對(duì)前后所采集的兩個(gè)圖像信息進(jìn)行處理及分析，提取出降雨之后廢石堆體表面所形成的被侵蝕形態(tài)，例如坡面片蝕、細(xì)溝侵蝕、切溝侵蝕等坡面侵蝕形態(tài)，結(jié)合當(dāng)次降雨所測(cè)得的降雨量、雨滴動(dòng)能以及坡面廢石粒徑、坡面傾角等數(shù)據(jù)信息，分析廢石堆體坡面的侵蝕形態(tài)與上述數(shù)據(jù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；從徑流液貯存器5-3中取出所儲(chǔ)存的徑流液，依據(jù)《水質(zhì)總磷的測(cè)定鑰酸銨分光光度法》(GB11893-89)對(duì)徑流液中的總磷含量進(jìn)行分析檢測(cè)，分析雨水在廢石坡面的流動(dòng)過(guò)程中從坡面廢石中所攜帶走的物質(zhì)成分及含量；從淋溶液收集器5-7中取出所儲(chǔ)存的淋溶液，依據(jù)《水質(zhì)總磷的測(cè)定鑰酸銨分光光度法》(GB11893-89)對(duì)淋溶液中的總磷含量進(jìn)行分析檢測(cè)，分析雨水在廢石坡體內(nèi)部的滲透過(guò)程中從坡體內(nèi)部廢石中所攜帶總的物質(zhì)成分及含量；在控制平臺(tái)I的計(jì)算機(jī)終端上記錄并整理風(fēng)向測(cè)定儀4-4和風(fēng)速測(cè)定儀
4-3的測(cè)試結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，分析不同風(fēng)速及風(fēng)向條件對(duì)降落在廢石堆坡面上的雨滴動(dòng)能的影響，進(jìn)而分析不同風(fēng)速及風(fēng)向條件對(duì)坡面侵蝕形態(tài)的影響；在控制平臺(tái)I的計(jì)算機(jī)終端上整理并分析流量測(cè)定器5-17、泥沙含量測(cè)定裝置5-2以及連接在淋溶液收集管
5-8上的流量測(cè)定器5-6所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，分析在不同降雨量及雨滴動(dòng)能大小條件下廢石堆坡面所形成的徑流液流量的大小以及在徑流液中所含泥沙含量的多少；分析在不同降雨量大小條件下廢石堆底部所形成的淋溶液流量的大小，進(jìn)而通過(guò)分析淋溶液中總磷含量的多少來(lái)研究不同淋溶液流量對(duì)廢石所形成的淋濾程度；整理數(shù)據(jù)分析結(jié)果，形成試驗(yàn)報(bào)告。
【權(quán)利要求】
1.一種采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置，包括控制平臺(tái)(I)、觀測(cè)裝置(2)，其特征在于:還包括降雨裝置(3)、自然風(fēng)模擬裝置(4)和模擬裝置(5)，降雨裝置(3)連接自然風(fēng)模擬裝置(4)，降雨裝置(3)的下端設(shè)置有模擬裝置(5)，模擬裝置(5)的一側(cè)設(shè)置有觀測(cè)裝置(2)，所述的控制平臺(tái)(I)分別連接觀測(cè)裝置(2)、降雨裝置(3)、自然風(fēng)模擬裝置(4)和模擬裝置(5);其中， 所述的降雨裝置(3)包括水箱(3-1)、潛水泵(3-2)、供水管網(wǎng)支架(3-3)、水泵調(diào)壓裝置(3-4)、噴嘴(3-5)和降雨供水管網(wǎng)(3-6)，其中，所述的潛水泵(3-2)設(shè)置于水箱(3-1)內(nèi)，潛水泵(3-2)通過(guò)供水管連接設(shè)置于水箱(1-1)上方的水泵調(diào)壓裝置(3-4)進(jìn)水口，水泵調(diào)壓裝置(3-4)的出水口連接設(shè)置于供水管網(wǎng)支架(3-3)上的一個(gè)供水管，上述供水管連接設(shè)置于供水管網(wǎng)支架(3-3)上端的降雨供水管網(wǎng)(3-6)，所述的降雨供水管網(wǎng)(3-6)上設(shè)置有噴嘴(3-5)； 所述的自然風(fēng)模擬裝置(4)包括風(fēng)扇支架(4-1)、風(fēng)扇(4-2)、風(fēng)速測(cè)定儀(4-3)和風(fēng)向測(cè)定儀(4-4)，其中，所述的風(fēng)扇(4-2)通過(guò)風(fēng)扇支架(4-1)環(huán)繞設(shè)置于供水管網(wǎng)支架(3-3)的上端；所述的風(fēng)速測(cè)定儀(4-3)和風(fēng)向測(cè)定儀(4-4)分別通過(guò)連接管連接于供水管網(wǎng)支架(3-3)中心，并位于模擬裝置(5)的上方； 所述的模擬裝置(5) 包括模擬容器(5-1)、徑流液收集器(5-3)、徑流液貯存器(5-4)、模擬容器支腿(5-5)、淋溶液收集器(5-7)、淋溶液收集管(5-8)、液壓控制裝置(5-9)、液壓升降桿支腿(5-10)、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板(5-11)、雨量筒托板(5-12)、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀(5-13)、雨量筒(5-14)、模擬容器支架(5-15)和液壓升降裝置(5_16)，其中，所述的模擬容器(5-1)下端一側(cè)設(shè)置有兩個(gè)模擬容器支腿(5-5)，另一側(cè)設(shè)置有模擬容器支架(5-15)，所述的模擬容器支架(5-15)通過(guò)套筒與下端的液壓升降裝置(5-16)連接，液壓升降裝置(5-16)下端設(shè)置有液壓升降桿支腿(5-10)，并且所述的液壓升降桿支腿(5-10)通過(guò)液壓管與液壓控制裝置(5-9)相連；所述的模擬容器(5-1)底面上均勻設(shè)置有淋溶液收集孔，淋溶液收集孔通過(guò)淋溶液收集管(5-8)連接淋溶液收集器(5-7);在所述的模擬容器(5-1)上端的一側(cè)設(shè)置有用于固定雨量筒(5-14)的雨量筒托板(5-12)和用于固定滴動(dòng)能測(cè)定儀(5-13)的雨滴動(dòng)能測(cè)定儀托板(5-11)，另一側(cè)設(shè)置有徑流液收集器(5-3)，所述的徑流液收集器(5-3)通過(guò)徑流液收集管連接放置于模擬容器(5-1)另一側(cè)的徑流液貯存器(5-4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的模擬容器(5-1)的一個(gè)側(cè)面上設(shè)置有傳感器導(dǎo)線孔，用于導(dǎo)出放置于模擬容器(5-1)內(nèi)部的傳感器的導(dǎo)線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的設(shè)置于供水管網(wǎng)支架(3-3)上的一個(gè)供水管上設(shè)置有水壓表(3-7)，所述的水壓表(3-7)的輸出端與控制平臺(tái)(I) 一路輸入端相連接；淋溶液收集管(5-8)上還設(shè)置有流量測(cè)定器(5-6)，流量測(cè)定器(5-6)的輸出端與控制平臺(tái)(I)另一路輸入端相連接；徑流液收集管上還設(shè)置有泥沙含量測(cè)定裝置(5-2)和流量測(cè)定器(5-17)，泥沙含量測(cè)定裝置(5-2)的輸出端、流量測(cè)定器(5-17)的輸出端分別與控制平臺(tái)(I)兩路輸入端相連接；另外，風(fēng)速測(cè)定儀(4-3)的輸出端、風(fēng)向測(cè)定儀(4-4)的輸出端、雨量筒(5-14)的輸出端、雨滴動(dòng)能測(cè)定儀(5-13)的輸出端依次連接控制平臺(tái)(I)多路輸入端；風(fēng)扇(4-2)的輸入端、液壓控制裝置(5-9)的輸入端分別連接控制平臺(tái)(I)的多路輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的雨量筒托板(5-12)通過(guò)鉸接的方式與模擬容器(5-1)相連，使雨量筒(5-14)始終保持水平狀態(tài)。
5.采用權(quán)利要求1所述的采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、安裝裝置，并將模擬裝置放置于供水管網(wǎng)支架的正下方； 步驟2、根據(jù)所模擬的采礦廢石堆體的實(shí)際傾倒-堆積方式及自然安息角，確定模擬容器的傾斜角度；計(jì)算出不同粒徑大小的采礦廢石的粒徑偏析因子，根據(jù)上述粒徑偏析因子確定不同粒徑組廢石在模擬容器中的分布范圍，并用黑色記號(hào)筆在模擬容器的內(nèi)壁上畫出標(biāo)記線，劃分出每個(gè)粒徑組所要堆積的高度及堆積區(qū)域，并根據(jù)所畫出的標(biāo)記線確定出試樣的裝填順序； 步驟3、檢查并確定所有裝置連接位置處的連接完好，無(wú)漏水、漏油情況存在；檢查并確定所有監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電及數(shù)據(jù)傳輸性能完好，無(wú)短路、斷路及數(shù)據(jù)傳輸不通暢的情況存在； 步驟4、啟動(dòng)液壓控制裝置，通過(guò)液壓升降裝置帶動(dòng)模擬容器焊接有模擬容器支架的一側(cè)向上抬起，直至達(dá)到水平狀態(tài)； 步驟5、在模擬容器底部鋪設(shè)一層尼龍篩網(wǎng)，用戶根據(jù)需求配置試驗(yàn)所用采礦廢石的粒徑配比，按順序?qū)⒉煌?組的采礦廢石根據(jù)所畫標(biāo)記線裝入模擬容器中，并每裝填5~15cm高度的試樣，在該試樣層的中心位置處埋設(shè)一個(gè)土壤水分傳感器； 步驟6、通過(guò)液壓升降裝置帶動(dòng)模擬容器焊接有模擬容器支架的一側(cè)向上抬起，直至達(dá)到步驟2中所得傾斜角度；并調(diào)整雨量筒托板與水平方向的夾角，使雨量筒托板處于水平狀態(tài)； 步驟7、采用三維攝像裝置對(duì)廢石表面的圖像進(jìn)行采集，并發(fā)送至控制平臺(tái)進(jìn)行處理及儲(chǔ)存； 步驟8、在水箱中加水并啟動(dòng)降雨裝置，通過(guò)水泵及水泵調(diào)壓裝置使水進(jìn)入供水管網(wǎng)并通過(guò)噴嘴向下方持續(xù)噴出，形成降雨； 步驟9、采用土壤水分傳感器實(shí)時(shí)采集廢石試樣中的水分?jǐn)?shù)據(jù)，并傳遞至控制平臺(tái)；采用雨量筒采集降雨，并通過(guò)其內(nèi)部的計(jì)量翻斗將所記錄的降雨量以脈沖信號(hào)的形式發(fā)送至控制平臺(tái)；采用雨滴動(dòng)能測(cè)定儀采集雨滴的動(dòng)能，并通過(guò)其內(nèi)部的雨滴傳感器將監(jiān)測(cè)信號(hào)以模擬量電壓的形式發(fā)送至控制平臺(tái)； 步驟10、啟動(dòng)自然風(fēng)模擬裝置，采用風(fēng)向測(cè)定儀檢測(cè)風(fēng)向，采用風(fēng)速測(cè)定儀檢測(cè)風(fēng)速，并將上述結(jié)果以模擬量信號(hào)的形式發(fā)送至控制平臺(tái)，控制平臺(tái)根據(jù)試驗(yàn)所需風(fēng)速和風(fēng)向，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)扇的風(fēng)速，通過(guò)控制風(fēng)扇的開斷調(diào)整裝置的風(fēng)向； 步驟11、采用徑流液收集器收集廢石試樣表面的表面徑流，并通過(guò)徑流液收集管導(dǎo)入徑流液貯存器中，并采用泥沙含量測(cè)定裝置對(duì)徑流中所攜帶的泥沙含量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)，采用流量測(cè)定器對(duì)徑流量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)； 步驟12、通過(guò)淋溶液收集孔收集滲入模擬容器底部的淋溶液，并通過(guò)淋溶液收集管導(dǎo)入淋溶液收集器中，并采用流量測(cè)定器對(duì)淋溶液的流量進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)的結(jié)果以模擬量的形式發(fā)送至控制平臺(tái)； 步驟13、當(dāng)雨量筒監(jiān)測(cè)到的降雨量達(dá)到用戶設(shè)定降雨量數(shù)值時(shí)，控制平臺(tái)控制降雨裝置停止降雨，并采用三維攝像裝置對(duì)廢石試樣表面進(jìn)行一次圖像采樣；并判斷降雨次數(shù)是否達(dá)到用戶設(shè)定降雨次數(shù)，若是，控制平臺(tái)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而確定降雨后廢石堆體表面所形成的被侵蝕形態(tài)，確定雨水在廢石坡面的流動(dòng)過(guò)程中從坡面廢石中所攜帶走的物質(zhì)成分及含量，確定雨水在廢石坡體內(nèi)部的滲透過(guò)程中從坡體內(nèi)部廢石中所攜帶總的物質(zhì)成分及含量，確定不同降雨量及雨滴動(dòng)能大小與廢石坡面侵蝕形態(tài)、徑流液流量、徑流液中泥沙含量之間的關(guān)系，確定不同降雨量大小與廢石淋溶液流量、淋溶液的水質(zhì)成分之間的關(guān)系，否則，則返回步驟8。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬的方法，其特征在于，步驟2所述的裝填，保證裝填時(shí)模擬容器中的廢石試樣上表面與模擬容器的上表面齊平。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用采礦廢石堆體降雨入滲實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行模擬的方法，其特征在于，步驟5所述的 尼龍 篩網(wǎng) 的網(wǎng)眼直徑不得大于淋溶液收集孔的半徑。
【文檔編號(hào)】G01N17/00GK103543095SQ201310483203
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】姜利國(guó), 尹成薇, 梁冰, 董擎, 鄭澤, 趙穎, 陳億軍, 薛強(qiáng), 譚曉引 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué), 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所