一种土壤入渗试验设备的制作方法

1.本实用新型土壤入渗模拟技术领域，具体是一种土壤入渗试验设备。


背景技术：

2.土壤由于失水会产生干缩裂缝，而这些裂缝的存在会进一步影响水分的入渗。在水分的入渗的过程中，土壤的含水量发生改变，土壤的物理和力学性质都会发生改变，并且会逐渐出现土壤软化现象，进而影响坡面稳定性，危害基础建设的安全；另一方面,它还会对农作物可利用的有效水产生影响,从而影响农作物的生长。
3.近年来，有关学者也相应进行了大量的科学研究，结果发现，土壤不同的初始状态（初始含水量、土壤容重、土壤质地等）和外界条件（入渗水头、含沙水、植物掺入量等）对土壤的入渗时间、累计入渗量、湿润锋运移速度等参数均有不小的影响。国内对土壤中水分入渗的研究，多通过试验室试验的方法研究某一种因素对土壤入渗的影响。目前，关于入渗的试验室试验研究可分为两类，一类是将试验土壤放置与水平或者垂直土柱中，通过马氏瓶提供恒定水头，观察水在试验土壤中的水平或垂直入渗过程，并通过马氏瓶记录水的入渗量；另一类是将试验土壤放入自制土箱中，通过马氏瓶或者溢流槽装置提供恒定的水头，观察水的入渗过程。上述试验研究中，只是得出土壤在水平或者垂直入渗时未开裂状态下的水分入渗，但是实际工程中，部分土壤在水分入渗时土壤表面或者内部存有裂缝并且有一定坡度。
4.至今，关于土壤在不同坡度情况下开裂前的土壤入渗情况的研究工作很少，关于土壤开裂前后的土壤入渗的对比研究工作更少，关于土壤开裂前和开裂后在不同坡度下入渗试验技术方案仍显单一，缺乏系统性、综合性。
5.本发明正是基于上述情况，与现有的入渗试验不同，设计了一种全新的土壤开裂前水分入渗过程、土壤开裂情况和土壤开裂后水分入渗过程的试验设备。本设备可同时监测在不同角度下土壤在干缩开裂前和开裂后的计入渗量和土壤湿润锋运移情况，以及在不同影响因素下土壤的干缩开裂情况。运用自行研发的试验设备，将试验土壤放入设计的入渗发生装置中，调整好角度并打开拍摄装置和入渗量监测装置后，先进行第一次水平入渗，观察入渗过程，在入渗结束后将试样放置在密闭环境中，使其充分饱和。然后，将土壤放在恒温的室内直至完全干裂，观察其开裂情况。最后，对干裂的土壤进行第二次入渗，观察入渗过程。进而研究土壤在不同影响条件下的开裂和入渗过程，监测不同影响因素下土壤开裂情况和土壤入渗的入渗时间、累计入渗量、湿润锋运移速度等参数，进而深入探究各参数在入渗过程中的变化机理及变化原因，为预防边坡失稳、保护基础建设和促进农业发展提供试验依据。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，适应现实需要，提供一种可实现不同坡度情况下的土壤入渗试验设备。
7.为实现上述目的，本实用新型所采用以下技术方案：
8.一种土壤入渗试验设备，包括入渗发生装置、供水装置、入渗量监测装置、拍摄装置和终端处理器，所述入渗发生装置为顶部无盖的长方形有机玻璃槽，从左到右依次设置有供水槽、进水处储沙槽、储土槽、出水处储沙槽、储水槽，所述进水处储沙槽与储土槽之间设有可抽出式薄塑料片，所述供水槽与进水处储沙槽之间、储土槽与出水处储沙槽之间、出水处储沙槽与出水槽之间通过冲孔有机玻璃板分隔；所述供水装置为马氏瓶，通过水管连接至所述供水槽；所述入渗量监测装置包括压力传感器和称重采集器，所述压力传感器、称重采集器和终端处理器通过数据线依次相连；所述拍摄装置包括两台ccd工业相机和可调节支架，所述ccd工业相机一台通过可调节支架设置在入渗发生装置上方，另一台设置在入渗发生装置前侧，两台ccd工业相机通过数据线连接至终端处理器。
9.还包括坡度调节装置，所述坡度调节装置包括基座、坡度板、铰链和支撑杆，所述铰链设置于入渗发生装置最右端，连接基座和坡度板，所述入渗发生装置固定在坡度板上，所述支撑杆设置在坡度板最左端。
10.所述供水装置通过水管与供水槽相连，所述水管上设有进水阀。
11.所述入渗发生装置为顶部无盖的长方形有机玻璃槽，玻璃槽长度、高度和宽度方向均贴有刻度线。
12.所述供水装置放置在压力传感器上方，所述压力传感器与称重采集器相连，称重采集器将收集的信息通过数据线传递至终端处理器。
13.所述坡度板尺寸略大于所述入渗发生装置，所述入渗发生装置通过胶水固定在坡度板上方。
14.所述基座上开设由若干个定位槽，所述定位槽上设有角度标记，所述支撑杆插入到不同定位槽中，实现对入渗发生装置的坡度调节。
15.本实用新型土壤入渗试验设备具体测试方法如下：
16.1）土样的装配：试验前将试验土壤进行筛分，将试验土壤分为若干层装填于储土槽内，装填时，每层土壤表面用木锤根据天然干密度将土层击实，为保证试验土壤的均匀性，每次装填1cm土样，在进行下一层土样装填时需在土样表面进行刮毛处理以避免上下土层之间出现分层现象，直至填充完毕。
17.2）调整角度：调整坡度调节装置，获得试验所需角度。
18.3）供水槽加水：将供水槽内加水至与试验土壤厚度相同，打开马氏瓶与储水槽之间的进水阀并调整马氏瓶，使水面高度保持稳定以便提供稳定入渗水压。
19.4）调整设备：调节好拍摄装置角度，通过终端设备同时打开入渗量监测装置和拍摄装置对试验过程进行监测。
20.5）土壤开裂前入渗试验开始与结束：取出可抽出式薄塑料板并开始计时，土壤开裂前入渗开始，待出水槽处有水进入关闭进水阀并将可抽出式薄塑料板插入原位，土壤开裂前入渗试验结束。
21.6）数据处理：根据终端设备记录的土壤入渗过程视频和土壤入渗量数据提取所需信息，并对入渗过程进行分析，计算出累计入渗量，湿润锋运移速度和入渗速率。
22.7）土壤干缩开裂试验：将入渗发生装置放置水平，然后将两端水槽加满水使土样充分饱和后，将两端水槽内水清除将饱和土样放在室内进行自然风干。在土样干缩开裂过
程中，用拍摄装置不断进行拍照记录，直至完全干燥。
23.8）土壤开裂后入渗试验：重复步骤2、3、4、5、6进行土壤开裂后入渗试验。
24.湿润锋位移提取时间间隔、土壤水分入渗量提取时间间隔、土壤干缩开裂拍照时间间隔、拍照位置等调整依据具体试验方案而定。
25.本实用新型的有益效果：
26.1）本实用新型试验装置由有机玻璃板制成，在所述入渗发生装置外表面延其长度、高度和宽度方均向贴有刻度线，有利于观测水平入渗过程中湿润锋位移情况和控制土样厚度；
27.2）可通过调整坡度调节装置来改变入渗发生装置的倾斜角度，在室内模拟不同坡度的土壤入渗试验；
28.3）通过可抽出式薄塑料板可准确控制试验的开始和结束；
29.4）通过压力传感器和控制终端能够获得土壤水分入渗量数字可视化；
30.5）将工业相机放于可调节支架上，能够获取各个所需部位的大小合适且最为清楚的试验视频和照片；
31.6）由终端设备同时监测土壤水分入渗量和湿润锋运移情况，能够获得更精确的信息；
32.7）本实用新型的土壤入渗实验设备结构简单，操作方便。
附图说明
33.图1为本实用新型一种土壤入渗试验设备结构示意图；
34.图中：1、入渗发生装置；11、供水槽；12、进水处储砂槽；13、可抽出式薄塑料片；14、储土槽；15、出水处储砂槽；16、出水槽；17、冲孔有机玻璃板；2、马氏瓶；3、 入渗量监测装置；31、压力传感器；32、称重采集器；4、坡度调节装置；41、基座；42、坡度板；43、铰链；44、支撑杆；5、拍摄装置；51、ccd工业相机；52、可调节支架；6、终端处理器；7、进水阀；8、水管；9刻度线。
具体实施方式
35.为了更好地解释本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
36.实施例：参见图1。
37.如图1所示，一种土壤入渗试验设备，包括入渗发生装置1、供水装置、入渗量监测装置3、坡度调节装置4、拍摄装置5和终端处理器6，所述入渗发生装置1为顶部无盖的长方形有机玻璃槽，从左到右依次设置有供水槽11、进水处储沙槽12、储土槽14、出水处储沙槽15、储水槽17，所述进水处储沙槽12与储土槽14之间设有可抽出式薄塑料片13，所述供水槽11与进水处储沙槽12之间、储土槽14与出水处储沙槽15之间、出水处储沙槽15与出水槽16之间通过冲孔有机玻璃板17分隔；所述供水装置为马氏瓶2，通过水管8连接至所述供水槽11；所述入渗量监测装置3包括压力传感器31和称重采集器32，所述压力传感器31、称重采集器32和终端处理器6通过数据线依次相连；所述坡度调节装置4包括基座41、坡度板42、铰链43和支撑杆44，所述铰链43设置于入渗发生装置1最右端，连接基座41和坡度板42，所述
入渗发生装置1固定在坡度板42上，所述支撑杆44设置在坡度板42最左端；所述拍摄装置5包括两台ccd工业相机51和可调节支架52，所述ccd工业相机51一台通过可调节支架52设置在入渗发生装置1上方，另一台设置在入渗发生装置1前侧，两台ccd工业相机51通过数据线连接至终端处理器6。
38.本实施例中所述土壤入渗试验设备可用于检测土壤入渗时的湿润锋运移速度、土壤累计入渗量、土壤入渗速率和土壤在干缩开裂时裂缝开展情况，具体检测方法如下：
39.1）装配土样：试验前将试验土样进行筛分，并将试验土样配成实验所需含水率，然后将试验土样分为若干层装填于储土槽14内，装填时，每层土样表面用木锤根据天然干密度将土层击实，为保证试验土样的均匀性，每次装填1cm土样，在进行下一层土样装填时需在土样表面进行刮毛处理以避免上下土层之间出现分层现象，直至填充完毕。
40.2）供水槽加水：将供水槽11内加水至与土样厚度相同，打开马氏瓶2与供水槽11之间的进水阀7并调整马氏瓶2，使水面高度保持稳定以便提供稳定入渗水压；
41.3）调整设备：将支撑杆44放入基座41上方的卡槽内，调整坡度调节装置4，获得试验所需角度，调节好拍摄装置角度，通过终端设备6同时打开入渗量监测装置3和拍摄装置5对试验过程进行监测。
42.4）土壤开裂前入渗试验开始与结束：取出可抽出式薄塑料板13并开始计时，土样开裂前水平入渗开始，待出水槽16处有水进入关闭进水阀7并将可抽出式薄塑料板13插入原位，土样开裂前水平入渗试验结束。
43.5）数据处理：根据终端处理器6记录的土壤入渗过程视频和土壤入渗量数据提取所需信息，并对入渗过程进行分析，计算出累计入渗量，湿润锋运移速度和入渗率。
44.6）土壤干缩开裂试验：将入渗发生装置1放置水平，然后将两端水槽加满水使土样充分饱和后，将两端水槽内水清除将饱和土样放在室内进行自然风干。在土样干缩开裂过程中，用拍摄装置不断进行拍照记录，直至完全干燥。
45.7）土壤开裂前入渗试验：重复步骤2、3、4、5进行土壤开裂后水平入渗试验。
46.湿润锋位移提取时间间隔、土壤水分入渗量提取时间间隔、土壤干缩开裂拍照时间间隔、拍照位置等调整依据具体试验方案而定。
47.综上所述，本实用新型一种土壤入渗试验设备结构简单，操作方便，能够更精准的测定在不同坡度下土壤开裂前水分水平入渗情况、土壤开裂后水分水平入渗情况和土壤开裂情况，可根据不同的入渗过程和土壤开裂情况来分析不同影响因素对土样开裂、开裂前水分水平入渗和开裂后水分水平入渗的影响，还可以对土样开裂前后水平入渗情况进行对比分析。从而根据所得参数来分析试验现象的产生原因以及与各个参数之间的关系，为预防边坡失稳、保护基础建设和促进农业发展提供试验依据，对减少工程和非工程事故的产生等方面均有着积极的指导意义。
48.上述过程描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。