一種測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，包括：第一容器，其內(nèi)部裝有待測的土樣；第二容器，其內(nèi)部裝有水，第二容器與第一容器之間設(shè)置有第一管道和第二管道，在第一管道上設(shè)置有一水泵使第二容器內(nèi)的水流入到第一容器內(nèi)，第一容器連接第二管道的接口位置高于連接第一管道的接口位置，使第一容器內(nèi)的水回流到第二容器內(nèi)使待測土樣上方的水處于一固定深度，在第二容器內(nèi)部設(shè)置有一水位傳感器；多個電測式張力計，其設(shè)置在第一容器內(nèi)部且沿第一容器的縱軸向等距離間隔地布置在所述待測的土樣中；數(shù)據(jù)采集儀，水位傳感器和電測式張力計均與數(shù)據(jù)采集儀電連接。本裝置提供了一種自動測量入滲率以及入滲深度與時間關(guān)系的裝置。
【專利說明】一種測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于土木工程和土壤學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種測定非飽和土入滲規(guī)
律的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]工程建設(shè)中以及土壤學(xué)中遇到的土體絕大部分是非飽和土，了解非飽和土入滲規(guī)律對于工程建設(shè)評價和土壤灌溉評價具有重要的意義。降雨條件下，均勻土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性取決于雨水沿坡表入滲的深度和時間的關(guān)系，因此對入滲規(guī)律的測量成為評價邊坡穩(wěn)定性的重要因素。對于土壤學(xué)而言，入滲率和入滲深度與時間的關(guān)系是評價灌溉效果的一個重要的指標(biāo)，可以給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)性信息。以往對入滲規(guī)律的測量多采用雙環(huán)入滲儀的方法，該方法主要在野外工作中使用，對試驗環(huán)境要求高，精度較低，自動控制率不高。而且上述方法僅能測量土壤入滲率與時間的關(guān)系，無法測量土壤入滲深度與時間的關(guān)系，使得該方法測量結(jié)果單一，適用性較差，難以滿足試驗要求。因此尋求一種可以自動測量、實現(xiàn)測量結(jié)果多樣性的試驗裝置十分必要。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是提供一種可以在不同水頭作用下，同步自動測量入滲率以及入滲深度與時間關(guān)系的試驗裝置，解決了采用雙環(huán)入滲儀測量中的不足，實現(xiàn)了測量條件和測試結(jié)果的多樣性。
[0004]本實用新型提供的技術(shù)方案為:
[0005]一種測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，包括:
[0006]第一容器，其內(nèi)部裝有待測的土樣；
[0007]第二容器，其內(nèi)部裝有水，所述第二容器與所述第一容器之間設(shè)置有第一管道且在第一管道上設(shè)置有一水栗使所述第二容器內(nèi)的水流入到所述第一容器內(nèi)；
[0008]多個電測式張力計，其設(shè)置在所述第一容器內(nèi)部且沿第一容器的縱軸向等距離間隔地布置在所述待測的土樣中；
[0009]數(shù)據(jù)采集儀，所述多個電測式張力計均與所述數(shù)據(jù)采集儀電連接，所述數(shù)據(jù)采集儀用以記錄所述多個電測式張力計的數(shù)值變化與時間的關(guān)系。
[0010]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，所述第二容器與所述第一容器之間還設(shè)置有第二管道，所述第一容器連接第二管道的接口位置高于所述第一容器連接第一管道的接口位置，以使第一容器內(nèi)的水回流到第二容器內(nèi)使待測土樣上方的水處于一固定深度，在所述第二容器內(nèi)部設(shè)置有一檢測第二容器內(nèi)部水位變化的水位傳感器，所述水位傳感器與所述數(shù)據(jù)采集儀電連接
[0011]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，所述第一容器壁上沿其縱軸向等距離間隔地設(shè)置有多個孔，與布置在第一容器內(nèi)部的每個電測式張力計相連的每根數(shù)據(jù)采集線均穿過一個所述孔與所述數(shù)據(jù)采集儀相連接。[0012]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，所述每個孔內(nèi)均設(shè)置有一圓環(huán)形隔水橡膠帽，所述每根數(shù)據(jù)采集線均穿過所述隔水橡膠帽與所述數(shù)據(jù)采集儀連接。
[0013]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，沿所述第一容器的縱軸向在所述第一容器的上部容器壁上等距離間隔地設(shè)置有多個連接管道的接口，所述接口可以用一塞子塞緊，所述第一管道與第二管道均通過一連接膠管與所述接口相連通，可以根據(jù)需求調(diào)整第一管道與第二管道的垂直距離。
[0014]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，在所述第一容器外表面上設(shè)置有一刻度尺，用來測量待測土樣上方的水位高度。
[0015]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，所述第一容器為圓柱形高強度玻璃鋼桶，在所述第一容器正下方設(shè)置有一桶座，所述第一容器和所述桶座以可拆卸的方
式固定在一起。
[0016]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，所述桶座呈圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)且在內(nèi)環(huán)處固定有一圓形高強度鋼絲網(wǎng)，在所述桶座上表面上靠近內(nèi)環(huán)邊緣處設(shè)置一圈凸起，所述凸起的內(nèi)直徑與所述第一容器的外直徑相適應(yīng)。
[0017]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，在所述第一容器中待測土樣的上方和下方均設(shè)置有透水石，在所述透水石和所述待測土樣之間設(shè)置有濾紙。
[0018]優(yōu)選的是，所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，所述桶座材料為玻璃鋼材質(zhì)，所述第一管道和第二管道材質(zhì)均為硬塑料，所述數(shù)據(jù)采集線為低阻抗數(shù)據(jù)采集線，所述電測式張力計為微型電測式張力計。
[0019]本實用新型所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于，一是設(shè)置了微型電測式張力計、水位傳感器和數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀記錄微型電測式張力計的數(shù)值變化與時間的關(guān)系，如果微型電測式張力計的數(shù)值為零，表明其周圍土體處于飽和狀態(tài)，分別記錄不同深度的張力計到達飽和狀態(tài)的時間點即可得出入滲深度與時間的關(guān)系曲線；數(shù)據(jù)采集儀根據(jù)水位傳感器的數(shù)據(jù)記錄第二容器中水位的下降高度與時間的變化關(guān)系即可得出某一時刻土樣的入滲率。所以采用本裝置能夠同步自動測量入滲率以及入滲深度與時間的關(guān)系。二是設(shè)置了第一管道和第二管道，即一個是進水管道，一個回流管道，這樣第一容器、第二容器、進水管道和回流管道組成一個閉合回路，使得土樣的入滲水量等于第二容器中消耗的水量，由于土樣上方的水處于一固定深度即水頭高度為一常量，所以采用本裝置可以測量常水頭情況下，入滲率以及入滲深度與時間的關(guān)系。如果把第一容器的上部容器壁上等距離間隔地設(shè)置有多個連接管道的接口，除了與進水管道相連的接口外，其它接口都用橡膠塞塞緊，這樣就可以測量變水頭情況下的入滲率以及入滲深度與時間的關(guān)系。所以本裝置的優(yōu)點是，裝置制造簡單，測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)了自動采集，操作簡便，可以在不同水頭作用下，同步自動測量入滲率以及入滲深度與時間的關(guān)系，實現(xiàn)了測量條件和結(jié)果的多樣性。本裝置適用于土木工程及土壤學(xué)中遇到的不同土質(zhì)、不同含水率的土在不同水頭作用下的入滲率以及入滲深度與時間關(guān)系的測量。而且本裝置作為實驗教學(xué)使用也有助于幫助學(xué)生更好地理解非飽和土的入滲規(guī)律，通過改變土質(zhì)，土的含水率和入滲水頭，可以使學(xué)生對不同條件下的入滲規(guī)律有直觀的認(rèn)識，同時也提高了學(xué)生的動手操作能力和獨立思考能力。【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0022]如圖1所示，本實用新型提供了一種測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，包括:
[0023]第一容器1，其內(nèi)部裝有待測的土樣5，所述第一容器I具體地可以為一圓柱形高強度玻璃鋼桶，在所述第一容器I正下方設(shè)置有一桶座9，桶座9是由玻璃鋼材料制成的，所述第一容器I和所述桶座9以可拆卸的方式固定在一起，所述桶座9呈圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)且在內(nèi)環(huán)處固定有一圓形高強度鋼絲網(wǎng)，在所述桶座9上表面上靠近內(nèi)環(huán)邊緣處設(shè)置一圈凸起，所述凸起的內(nèi)直徑與所述第一容器I的外直徑相適應(yīng)，第一容器I由上插入到所述一圈凸起的內(nèi)部，使第一容器I固定在所述桶座9上；在所述第一容器I中待測土樣的上方設(shè)置有上部透水石2，待測土樣的下方設(shè)置有下部透水石7，在所述透水石和所述待測土樣之間設(shè)置有濾紙3，所述高強度鋼絲網(wǎng)起到約束下部透水石的作用，防止在土樣壓力下，下部透水石7發(fā)生破壞。在所述第一容器I外表面上用粘膠劑粘貼有刻度尺6，主要用以測量土樣上方的水深度，即初始水頭高度。
[0024]第二容器13，其內(nèi)部裝有水，所述第二容器與所述第一容器之間設(shè)置有第一管道11和第二管道10，在所述第一管道11上設(shè)置有一微型水栗14使所述第二容器13內(nèi)的水流入到所述第一容器I內(nèi)，所述第一容器I連接第二管道10的接口位置高于所述第一容器I連接第一管道11的接口位置，使第一容器I內(nèi)的水回流到第二容器13內(nèi)，這樣第一容器
1、第二容器13、第一管道11和第二管道10組成一個閉合回路，使得待測土樣的入滲水量等于第二容器13中消耗的水量，保證了待測土樣上方的水處于一固定深度；沿所述第一容器I的縱軸向在所述第一容器I的上部容器壁上等距離間隔地設(shè)置有多個連接管道的接口，所述接口在不使用時可以用橡膠塞18塞緊，所述第一管道11與第二管道10均通過一連接膠管與所述接口相連通，可以根據(jù)需求調(diào)整第一管道11與第二管道10的垂直距離。在所述第二容器13內(nèi)部設(shè)置有一檢測第二容器13內(nèi)部水位變化的水位傳感器12，所述水位傳感器12通過膠黏劑固定在第二容器13內(nèi)壁上，所述水位傳感器12的長度應(yīng)大于第二容器13高度的3/4，以實現(xiàn)水位的大量程測量；所述水位傳感器12通過低阻抗數(shù)據(jù)采集線15與數(shù)據(jù)采集儀17相連，第一管道11和第二管道10在第二容器13中的進水口和排水口應(yīng)深入到第二容器13水面高度以下3/4處，以保證試驗過程中第二容器13中水面的平穩(wěn)。
[0025]多個微型電測式張力計4，其設(shè)置在所述第一容器I內(nèi)部且沿第一容器I的縱軸向等距離間隔地布置在所述待測的土樣5中，在所述第一容器壁上沿其縱軸向等距離間隔地設(shè)置有多個孔，所述每個孔內(nèi)均設(shè)置有一帶彈性的圓環(huán)形隔水橡膠帽16，與布置在第一容器內(nèi)部的每個電測式張力計4相連的每根低阻抗數(shù)據(jù)采集線均穿過隔水橡膠帽16與數(shù)據(jù)采集儀17相連接，由于圓環(huán)形隔水橡膠帽的直徑略小于低阻抗數(shù)據(jù)采集線的直徑，所以低阻抗數(shù)據(jù)采集線15可以在隔水橡膠帽16中自由拉動而不會滲水。
[0026]測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置的具體試驗過程如下:
[0027](I)待測土樣的安裝[0028]將桶座9放置于平整的底面，將低阻抗數(shù)據(jù)采集線15沿著圓環(huán)形隔水橡膠帽16向第一容器I外拉出，使微型電測式張力計4靠近第一容器I的內(nèi)壁，以防安裝土樣時癒碰損壞。在第一容器I內(nèi)壁均勻涂抹凡士林，此時應(yīng)注意避免將凡士林涂抹到微型電測試張力計4上。
[0029]將下部透水石7置于第一容器I底部，并在下部透水石7的上表面上設(shè)置一層濾紙3，將第一容器I輕輕插入到桶座9中，并緩緩旋轉(zhuǎn)第一容器I，保證第一容器I的桶體與桶座9接觸緊密。
[0030]將土樣均勻鋪設(shè)于下部透水石7上，每鋪設(shè)5厘米須用橡膠錘將土樣依據(jù)一定的擊實功進行擊實操作。當(dāng)土樣鋪設(shè)高度與第一容器I中最下面的一個微型電測式張力計4平齊的時候，向第一容器I內(nèi)拉伸低阻抗數(shù)據(jù)采集線15，將最下面的一個微型電測式張力計4放置在土樣中部。然后繼續(xù)依次向上安裝土樣5和向第一容器內(nèi)拉伸微型電測式張力計4，直到土樣高度達到設(shè)計高度為止。在安裝好的土樣上部順序放置濾紙3和上部透水石2。
[0031](2)常水頭試驗
[0032]第一管道11與第一管道接口 22通過第一管道連接膠管23連接。利用刻度尺6確定試驗水頭高度即為土樣5頂面與第二管道接口 19的垂直高度。將第二管道接口 19處的橡膠塞18拔去，第二管道10與第二管道接口 19通過第二管道連接膠管20連接。
[0033]將微型電測式張力計4和水位傳感器12與數(shù)據(jù)采集儀17連接，連接方式為全橋連接。打開第二管道閥門21和第一管道閥門24，開啟微型水栗14，待第二管道10中的流量穩(wěn)定以后打開數(shù)據(jù)采集儀17。數(shù)據(jù)采集儀17將自動記第二容器13中水位的下降高度與時間的變化關(guān)系。水位下降高度Uh)與儲水桶的截面積(S)的乘積即為某一時間段的入滲量(I)，即AhXs = I。此入滲量對時間(t)的導(dǎo)數(shù)(dl/dt)即為某一時刻土樣5的入滲率⑴，即dl/dt = i。
[0034]同時數(shù)據(jù)采集儀17也將記錄微型電測式張力計4的數(shù)值變化與時間的關(guān)系，如果微型電測式張力計4數(shù)值為零，表明其周圍土體處于飽和狀態(tài)。分別記錄不同深度微型電測式張力計4達到飽和狀態(tài)的時間點，即不同深度處土體達到飽和狀態(tài)的時刻，通過數(shù)據(jù)擬合，便可以獲得常水頭作用下入滲深度(z)與時間(t)的關(guān)系曲線。
[0035](3)變水頭試驗
[0036]將第一管道11與第一管道接口 22通過第一管道連接膠管23連接，同時保證其它接口處橡膠塞塞緊。打開閥門24，并將微型水栗14流量調(diào)至最大。待土樣5上部水面上升到預(yù)定高度時順序關(guān)閉微型水栗14、第一管道閥門24，打開數(shù)據(jù)采集儀17。依據(jù)常水頭試驗中的試驗步驟，通過數(shù)據(jù)擬合，獲得在變水頭作用下入滲量(I)、入滲率(i)和入滲深度(z)與時間(t)的關(guān)系曲線。
[0037]盡管本實用新型的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本實用新型的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實用新型并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【權(quán)利要求】
1.一種測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，包括: 第一容器，其內(nèi)部裝有待測的土樣； 第二容器，其內(nèi)部裝有水，所述第二容器與所述第一容器之間設(shè)置有第一管道且在第一管道上設(shè)置有一水栗使所述第二容器內(nèi)的水流入到所述第一容器內(nèi)； 多個電測式張力計，其設(shè)置在所述第一容器內(nèi)部且沿第一容器的縱軸向等距離間隔地布置在所述待測的土樣中； 數(shù)據(jù)采集儀，所述多個電測式張力計均與所述數(shù)據(jù)采集儀電連接，所述數(shù)據(jù)采集儀用以記錄所述多個電測式張力計的數(shù)值變化與時間的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，所述第二容器與所述第一容器之間還設(shè)置有第二管道，所述第一容器連接第二管道的接口位置高于所述第一容器連接第一管道的接口位置，以使第一容器內(nèi)的水回流到第二容器內(nèi)使待測土樣上方的水處于一固定深度，在所述第二容器內(nèi)部設(shè)置有一檢測第二容器內(nèi)部水位變化的水位傳感器，所述水位傳感器與所述數(shù)據(jù)采集儀電連接。
3.如權(quán)利要求2所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，所述第一容器壁上沿其縱軸向等距離間隔地設(shè)置有多個孔，與布置在第一容器內(nèi)部的每個電測式張力計相連的每根數(shù)據(jù)采集線均穿過一個所述孔與所述數(shù)據(jù)采集儀相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，所述每個孔內(nèi)均設(shè)置有一圓環(huán)形隔水橡膠帽，所述每根數(shù)據(jù)采集線均穿過所述隔水橡膠帽與所述數(shù)據(jù)采集儀連接。
5.如權(quán)利要求2至4中任一所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，沿所述第一容器的縱軸向在所述第一容器的上部容器壁上等距離間隔地設(shè)置有多個連接管道的接口，所述接口可以用一塞子塞緊，所述第一管道與第二管道均通過一連接膠管與所述接口相連通，可以根據(jù)需求調(diào)整第一管道與第二管道的垂直距離。
6.如權(quán)利要求5所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，在所述第一容器外表面上設(shè)置有一刻度尺，用來測量待測土樣上方的水位高度。
7.如權(quán)利要求6所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，所述第一容器為圓柱形高強度玻璃鋼桶，在所述第一容器正下方設(shè)置有一桶座，所述第一容器和所述桶座以可拆卸的方式固定在一起。
8.如權(quán)利要求7所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，所述桶座呈圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)且在內(nèi)環(huán)處固定有一圓形高強度鋼絲網(wǎng)，在所述桶座上表面上靠近內(nèi)環(huán)邊緣處設(shè)置一圈凸起，所述凸起的內(nèi)直徑與所述第一容器的外直徑相適應(yīng)。
9.如權(quán)利要求8所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，在所述第一容器中待測土樣的上方和下方均設(shè)置有透水石，在所述透水石和所述待測土樣之間設(shè)置有濾紙。
10.如權(quán)利要求7所述的測定非飽和土入滲規(guī)律的裝置，其特征在于，所述桶座材料為玻璃鋼材質(zhì)，所述第一管道和第二管道材質(zhì)均為硬塑料，所述數(shù)據(jù)采集線為低阻抗數(shù)據(jù)采集線，所述電測式張力計為微型電測式張力計。
【文檔編號】G01N15/08GK203606259SQ201320792954
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】常金源, 伍法權(quán), 常中華 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所