一种秸秆渗透系数测试装置及测试方法与流程

本发明涉及材料透水性能测试领域，具体而言，涉及一种秸秆渗透系数测试装置及测试方法。

背景技术：

农作物秸秆是农业生产中的主要废弃物之一，目前全世界每年农业生产中产生的秸秆为1000亿～2000亿吨，中国每年有近6亿吨秸秆，而被利用的不足2000万吨，约97％的秸秆被焚烧、堆积和遗弃，这对环境造成了极大的破坏。解决好秸秆的处置问题，是缓解环境污染的有效措施。另一方面，将秸秆作为排水体用于软土的排水固结已经有所应用，其排水固结的效果与秸秆的渗透系数密切相关，而秸秆的渗透系数与其密度直接相关，因此，要想很好地利用秸秆作为排水材料，需要先了解不同密度下秸秆的渗透系数。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种秸秆渗透系数测试装置及测试方法，通过该测试装置可以测试得到秸秆在真空负压状态下的秸秆透水能力。

本发明的另一目的在于提供一种秸秆渗透系数测试方法，通过该测试方法能够得到秸秆在真空负压状态下的渗透系数。

本发明的实施例是这样实现的：一种秸秆渗透系数测试装置，其包括壳体、秸秆排水体、抽真空系统、体变测试装置和常水头渗透装置。壳体包括第一底座、第二底座和侧板，第一底座和第二底座分别与侧板连接，构成用于容置秸秆排水体的秸秆室，秸秆室为一个封闭的空间。秸秆排水体包括弹性结构、第一秸秆接头和第二秸秆接头，弹性结构包括用于放置秸秆的容置腔和第一接口、第二接口；第一接口与第一秸秆接头可拆卸连接，第二接口与第二秸秆接头可拆卸连接；第一秸秆接头与第一底座连接，第二秸秆接头与第二底座连接。常水头渗透装置包括第一水罐和第一管道，第一管道的一端与第一水罐连通，第一管道的另一端伸入到容置腔内，第一管道上设置有第一阀门。体变测试装置包括第二水罐、第二管道和用于称量第二水罐质量的称量装置，第二管道的两端分别与第二水罐和秸秆室连通，第二管道上设置有第二阀门。抽真空系统包括抽真空装置、真空罐和第三管道，第三管道的一端与真空罐连通，真空罐上设置有抽真空装置和第一溢流口，第三管道的另一端伸入到容置腔内，第三管道上设置有第三阀门。

在本发明较佳的实施例中，第一底座和侧板之间通过螺纹连接。

在本发明较佳的实施例中，第一底座与侧板的连接处设置有第一防渗垫圈。

在本发明较佳的实施例中，第二底座与侧板之间固定连接。

在本发明较佳的实施例中，第一秸秆接头和第二秸秆接头为“T”字形，第一秸秆接头和第二秸秆接头的宽边端与弹性结构卡接，第一秸秆接头和第二秸秆接头的细端为带螺纹的杆状，细端分别与第一底座和第二底座螺纹连接，第一秸秆接头套设有第一螺母，第二秸秆接头套设有第二螺母。

在本发明较佳的实施例中，第一螺母和第二螺母内侧均设置有第二防渗垫圈。

在本发明较佳的实施例中，第一水罐还设置了第二溢流口。

在本发明较佳的实施例中，真空罐上还设置了气阀。

在本发明较佳的实施例中，侧板上设置有秸秆形态调整杆，秸秆形态调整杆与侧板螺纹连接，连接处设置有防渗件。

一种秸秆渗透系数测试方法，其利用秸秆渗透系数测试装置进行的，其包括以下步骤：在容置腔内装入质量为m₀的秸秆，装入秸秆后的容置腔高度为h₀，直径为d₀；将秸秆排水体安装在秸秆室后，打开第二阀门和第三阀门，第二水罐中的水经过第二管道将秸秆室加满水后关闭第二阀门，记录称量装置上第二水罐的重量为M₁；打开抽真空装置，当称量装置的示数趋于稳定时，记录第二水罐的重量为M₂，然后关闭抽真空装置；接着打开第一阀门，往第一水罐持续加水，第一水罐的水头高度一直保持为h₁，当真空罐中的水上升到第一溢流口时水头高度为h₂；同时，将由第一溢流口流出的水收集，当相等时间内出水的体积一定时，记录间隔时间T内的出水体积V_L，秸秆的初始体积为V₀＝π*d₀²*/4，秸秆的初始密度为ρ₀＝m₀/V₀，秸秆的总体积变化量为△V＝(M₁-M₂)/ρ_水，V_稳＝V₀-△V，稳定时秸秆排水体的密度ρ_稳＝m₀/V_稳，秸秆的渗透系数K＝V_L*h₀²/[T*V_稳(h₁-h₂)]。

本发明实施例的有益效果是：通过抽真空系统，可使秸秆排水体的容置腔内产生负压，进而形成力的作用对容置腔内的秸秆进行压缩；秸秆排水体包括弹性结构，当秸秆被压缩时，弹性结构也会被压缩，第二水罐中的水会进入到秸秆室，通过称量装置可称量变化前后的第二水罐的质量；进而可以计算出秸秆稳定后的体积。通过常水头渗透装置在压缩稳定后的秸秆排水体中注入水，可测试真空负压状态下秸秆的透水性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的秸秆渗透系数测试装置的示意图；

图2为图1中Ⅱ-Ⅱ的放大图；

图3为图1中Ⅲ-Ⅲ的放大图；

图4为图1中秸秆排水体的示意图。

图标：100-秸秆渗透系数测试装置；110-壳体；111-第一底座；112-第二底座；113-侧板；114-秸秆室；115-第一防渗垫圈；116-秸秆形态调整杆；117-防渗件；130-秸秆排水体；131-弹性结构；131a-容置腔；131b-第一接口；131c-第二接口；132-第一秸秆接头；133-第二秸秆接头；134-第一螺母；135-第二螺母；150-体变测试装置；151-第二水罐；152-第二管道；153-称量装置；154-第二阀门；170-常水头渗透装置；171-第一水罐；171a-第二溢流口；172-第一管道；173-第一阀门；174-第一真空测量装置；190-抽真空系统；191-抽真空装置；192-真空罐；192a-第一溢流口；193-第三管道；194-第三阀门；195-气阀；196-第二真空测量装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”“内”“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种秸秆渗透系数测试装置100，其包括壳体110、秸秆排水体130、体变测试装置150、常水头渗透装置170和抽真空系统190。

壳体110包括第一底座111、第二底座112和侧板113，第一底座111和第二底座112分别与侧板113连接，构成用于容置秸秆排水体130的秸秆室114，秸秆室114为一个封闭的空间。侧板113上设置有秸秆形态调整杆116，秸秆形态调整杆116与侧板113螺纹连接，连接处设置有防渗件117。

请参见图1和图2，在本实施例中，第一底座111和侧板113之间通过螺纹连接，第一底座111与侧板113的连接处设置有第一防渗垫圈115；第二底座112与侧板113之间固定连接。在其他实施例中，第一底座111和侧板113可固定连接；第二底座112和侧板113可采用可拆卸的方式连接。在本实施例中，侧板113的材质为有机玻璃。在其他实施例中，侧板113的材质不做限定。

需要说明的是，在本实施例中，第一底座111在第二底座112的上方。

请参见图3和图4，秸秆排水体130包括弹性结构131、第一秸秆接头132和第二秸秆接头133，弹性结构131包括用于放置秸秆的容置腔131a和第一接口131b、第二接口131c；第一接口131b与第一秸秆接头132可拆卸连接，第二接口131c与第二秸秆接头133可拆卸连接；第一秸秆接头132与第一底座111连接，第二秸秆接头133与第二底座112连接。

第一秸秆接头132和第二秸秆接头133为“T”字形，第一秸秆接头132和第二秸秆接头133的宽边端与弹性结构131卡接，第一秸秆接头132和第二秸秆接头133的细端为带螺纹的杆状，细端分别与第一底座111和第二底座112螺纹连接，第一秸秆接头132套设有第一螺母134，第二秸秆接头133套设有第二螺母135。第一螺母134和第二螺母135内侧均设置有第二防渗垫圈(图中未示出)。

在本实施例中，弹性结构131的材质为橡胶膜，在其他实施例中，弹性结构131的材质不做限定，可为塑料膜，只要满足能够盛装秸秆和隔水，且具有一定的弹性即可。

在本实施例中，弹性结构131为圆筒状。在其他实施例中，弹性结构131的形状不做限定，可为矩形框体，只要能确定其体积即可。

常水头渗透装置170包括第一水罐171和第一管道172，第一管道172的一端与第一水罐171连通，第一管道172的另一端伸入到容置腔131a内，第一管道172上设置有第一阀门173和第一真空测量装置174；第一水罐171上设置了第二溢流口171a。

在本实施例中，第一管道172上设置了两个第一阀门173。在其他实施例中，第一阀门173的数量不做限定，可为一个或三个。第一水罐171的水头高度可以通过第一水罐171的本身高度来固定，通过第二溢流口171a可更精确地确定水头高度。

体变测试装置150包括第二水罐151、第二管道152和用于称量第二水罐151质量的称量装置153，第二管道152的两端分别与第二水罐151和秸秆室114连通，第二管道152上设置有第二阀门154。

在本实施例中，称量装置153为电子称，第二阀门154设置了一个。在其他实施例中，称量装置153不做限定，只要能够直接或间接地称量第二水罐151的质量即可，可选择天平或是地磅；第二阀门154的数量也不做限定，可为两个或三个。

抽真空系统190包括抽真空装置191、真空罐192和第三管道193，第三管道193的一端与真空罐192连通，真空罐192上设置有抽真空装置191、第一溢流口192a、第二真空测量装置196和气阀195，第三管道193的另一端伸入到容置腔131a内，第三管道193上设置有第三阀门194。在本实施例中，第一溢流口192a设置在真空罐192的侧面。

在本实施例中，抽真空装置191为真空泵，第二真空测量装置196为真空表。在其他实施例中，抽真空装置191不做限定，可为抽空器，只要能够实现抽真空即可；第二真空测量装置196可为其他，只要能直接或间接地测量真空度即可。

秸秆渗透系数测试装置100的工作原理：在容置腔131a内装入秸秆，将秸秆排水体130安装在秸秆室114后，打开第二阀门154和第三阀门194，第二水罐151中的水经过第二管道152将秸秆室114加满水后关闭第二阀门154，记录称量装置153上第二水罐151的重量。打开抽真空装置191，可使秸秆排水体130的容置腔131a内产生负压，进而形成力的作用对容置腔131a内的秸秆进行压缩；秸秆排水体130包括弹性结构131，当秸秆被压缩时，弹性结构131也会收缩，第二水罐151中的水会进入到秸秆室114，当称量装置153的示数趋于稳定时，记录第二水罐151的重量，通过称量装置153可称量变化前后的第二水罐151的质量；进而可以计算出秸秆稳定后的体积。然后关闭抽真空装置191，接着打开第一阀门173，往第一水罐171持续加水，第一水罐171的水头高度由于第二溢流口171a的作用一直保持在同一位置，当真空罐192中的水上升到第一溢流口192a时，多余的水从第一溢流口192a流出，将第一溢流口192a流出的水收集，当相等时间内出水的体积一定时，可以测量得到秸秆在真空负压状态下的透水能力。通过打开或关闭真空罐192上的气阀195可以调节真空度，第二真空测量装置196可对真空度进行测量，进而可以调节对秸秆压缩所产生的力，从而得到不同真空度下稳定时秸秆排水体130的密度，从而可以得到稳定时秸秆排水体130的密度与透水能力之间的关系。

本实施例还提供了一种秸秆渗透系数测试方法，其包括以下步骤：在容置腔131a内装入质量为m₀的秸秆，装入秸秆后的容置腔131a高度为h₀，直径为d₀；将秸秆排水体130安装在秸秆室114后，打开第二阀门154和第三阀门194，第二水罐151中的水经过第二管道152将秸秆室114加满水后关闭第二阀门154，记录称量装置153上第二水罐151的重量为M₁；打开抽真空装置191，可使秸秆排水体130的容置腔131a内产生负压，进而形成力的作用对容置腔131a内的秸秆进行压缩；秸秆排水体130包括弹性结构131，当秸秆被压缩时，弹性结构131也会收缩，第二水罐151中的水会进入到秸秆室114，当称量装置153的示数趋于稳定时，记录第二水罐151的重量为M₂，然后关闭抽真空装置191；接着打开第一阀门173，往第一水罐171持续加水，第一水罐171的水头高度一直保持为h₁，当真空罐192中的水上升到第一溢流口192a时水头高度为h₂；同时，将由第一溢流口192a流出的水收集，当相等时间内出水的体积一定时，记录间隔时间T内的出水体积V_L，秸秆的初始体积为V₀＝π*d₀²*/4，秸秆的初始密度为ρ₀＝m₀/V₀，秸秆的总体积变化量为△V＝(M₁-M₂)/ρ_水，V_稳＝V₀-△V，稳定时秸秆排水体130的密度ρ_稳＝m₀/V_稳，秸秆的渗透系数K＝V_L*h₀²/[T*V_稳(h₁-h₂)]。通过打开或关闭真空罐192上的气阀195可以调节真空度，进而可以调节对秸秆压缩所产生的力，从而得到不同真空度下稳定时秸秆排水体130的密度，从而可以得到稳定时秸秆排水体130的密度与渗透系数之间的关系。

综上所述，通过抽真空系统190，可使秸秆排水体130的容置腔131a内产生负压，进而形成力的作用对容置腔131a内的秸秆进行压缩；秸秆排水体130包括弹性结构131，当秸秆被压缩时，弹性结构131也会被压缩，第二水罐151中的水会进入到秸秆室114，通过称量装置153可称量变化前后的第二水罐151的质量；进而可以计算出秸秆稳定后的体积。通过常水头渗透装置170在压缩稳定后的秸秆排水体130中注入水，可测试真空负压状态下秸秆的透水性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。