基于室内土柱实验的降水入渗模拟装置的制作方法

文档序号:12255593阅读:来源:国知局

技术特征:

1.基于室内土柱实验的降水入渗模拟装置,其特征在于,包括底部构件(1)、连接在底部构件(1)上的一个或多个串联的土柱实验标准构件(4)以及土柱实验标准构件(4)顶部的多种形式降水模拟装置(C);

所述的底部构件(1)包括位于最下方的底座(1-1),底座(1-1)上的集水点通过塑料软管(2)接入出渗量量杯(3),塑料软管(2)上设置有第三流量传感器(3-1),第三流量传感器(3-1)接入计算机(7);底座(1-1)的上方设置有承力柱(1-2),承力柱(1-2)的上部设置有高进气值陶土板(1-3),高进气值陶土板(1-3)的四周边沿均与底部构件(1)管件(1-7)的内壁水平紧贴,高进气值陶土板(1-3)的顶部设置有滤纸(1-4),滤纸(1-4)的上表面与原状土样(12)接触;管件(1-7)的顶端设置有外螺纹连接段(1-6),外螺纹连接段(1-6)通过法兰(6)与土柱实验标准构件(4)连接;

所述土柱实验标准构件(4)由两个相同的半圆柱体经卡箍(4-30)通过土柱实验标准构件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)处连接成一个圆柱体,土柱实验标准构件(4)的管壁(4-1)上设置有圆形小孔(4-4),圆形小孔(4-4)与橡胶塞(5-7)配合使用;多个土柱实验标准构件(4)通过法兰(6)将上下端的螺纹连接段(4-2)进行连接;插入件(5)通过橡胶塞(5-7)插入原状土样(12)内,插入件(5)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7),土壤热传导吸力探头(4-7)经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内;土壤热传导吸力探头(4-7)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7);土柱实验标准构件(4)上固定有多个测压管(4-9),多个测压管(4-9)的每个入水口经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内;所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置,土壤热传导吸力探头(4-7)在土柱上按照同一列布置,测压管(4-9)在土柱上按照同一列布置;

所述的多种形式降水模拟装置(C)包括低强度降雨全入渗模拟装置(16)、中强度降雨有径流入渗模拟装置(17)、高强度降雨稳定入渗模拟装置(14)和融雪入渗模拟装置(8);

所述的低强度降雨全入渗模拟装置(16)包括外侧刻有刻度的输水水桶(16-1),输水水桶(16-1)的下方通过输水管(16-12)与降雨喷头(16-9)连通,降雨喷头(16-9)设置于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)顶部,圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2-5厘米处设置有抗水压冲击板(A),抗水压冲击板(A)上设置有筛孔;U型水头控制管(10-2)内的水面上设置有轻质塑料片(16-8),所述轻质塑料片(16-8)形式为薄圆片,所述轻质塑料片(16-8)上方的圆形凹槽内设置有永久磁铁(16-7),永久磁铁(16-7)的正上方设置有拉线(16-3)吊挂的电线圈(16-6),电线圈(16-6)外接有导线(9),拉线(16-3)的上端缠于转轮(16-2)上,转轮(16-2)上设置有把手(16-4),转轮(16-2)上端用拉线(16-3)通过着力构件(16-11)的小孔与止水阀(16-5)下部相连接,止水阀(16-5)下端设置有轻质弹簧(16-10),所述圆柱构件(10)与U型水头控制管(10-2)相连接,轻质塑料片(16-8)、永久磁铁(16-7)和电线圈(16-6)都在U型水头控制管(10-2)的滑槽(16-13)内运动;所述滑槽(16-13)嵌于U型水头控制管(10-2)内壁,所述电线圈(16-6) 按照边沿处三等分设置有滑轨(16-14),所述滑轨(16-14)可在滑槽(16-13)内自由上下运动;所述的低强度降雨全入渗模拟装置(16)控制原状土样(12)表面水位高度低于1mm;

所述的中强度降雨有径流入渗模拟装置(17)包括设置在圆柱构件(10)内的降雨容器(17-9)和设置在降雨容器(17-9)底部的圆形降雨孔(17-10),圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2-5厘米处设置有抗水压冲击板(A),抗水压冲击板(A)上设置有筛孔;所述降雨容器(17-9)的顶部设置有降雨容器内压力控制管(17-8)和与外部水源连接的进水管(17-7);所述进水管(17-7)上设置有进水电磁阀(17-2)、进水水泵(17-1)和用于对降雨量进行实时监测的第一流量传感器(17-3);所述降雨容器内压力控制管(17-8)上设置有压力控制电磁阀(17-5)和压力传感器(17-6),所述降雨容器内压力控制管(17-8)的尾部连接有空气压缩机(17-4);所述降雨容器(17-9)的顶部内壁上设置有用于对降雨容器(17-9)的水位进行实时监测的水位传感器(17-11);所述圆柱构件(10)内的原状土样(12)上表面外侧开有出水口(10-1),出水口(10-1)通过塑料软管(2)接入径流量量杯(13),所述塑料软管(2)上设置有第二流量传感器(13-1),所述第二流量传感器(13-1)通过导线(9)接入计算机(7);

所述的高强度降雨稳定入渗模拟装置(14)包括外侧刻有刻度的输水水桶(14-1),输水水桶(14-1)的下方通过输水管(14-12)与降雨喷头(14-9)连通,降雨喷头(14-9)设置于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)顶部,圆柱构件(10)内高出原状土样(12)上表面2-5厘米处设置有抗水压冲击板(A),抗水压冲击板(A)上设置有筛孔;U型水头控制管(10-2)内的水面上设置有轻质塑料片(14-8),所述轻质塑料片(14-8)形式为薄圆片,所述轻质塑料片(14-8)上方的圆形凹槽内设置有永久磁铁(14-7),永久磁铁(14-7)的正上方设置有拉线(14-3)吊挂的电线圈(14-6),电线圈(14-6)外接有导线(9),拉线(14-3)的上端缠于转轮(14-2)上,转轮(14-2)上设置有把手(14-4),转轮(14-2)上端用拉线(14-3)通过着力构件(14-11)的小孔与止水阀(14-5)下部相连接,止水阀(14-5)下端设置有轻质弹簧(14-10),所述圆柱构件(10)与U型水头控制管(10-2)相连接,轻质塑料片(14-8)、永久磁铁(14-7)和电线圈(14-6)都在U型水头控制管(10-2)的滑槽(14-13)内运动;所述滑槽(14-13)嵌于U型水头控制管(10-2)内壁,所述电线圈(14-6)按照边沿处三等分设置有滑轨(14-14),所述滑轨(14-14)可在滑槽(14-13)内自由上下运动;所述的高强度降雨稳定入渗模拟装置(14)控制原状土样(12)表面水位高度高于1cm以上;

所述的融雪入渗模拟装置(8)包括设置在土柱外侧的温度控制器(8-1)以及通过导线(9)与其所连接的调温元件(8-3),所述调温元件(8-3)位于顶盖(8-2)下方,顶盖(8-2)的顶部设置有超声波测距传感器(8-4),顶盖(8-2)位于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)的上方且紧密接触,圆柱构件(10)内的原状土样(12)上表面外侧开有出水口(10-1),所述出水口(10-1)通过塑料软管(2)接入径流量量杯(13),塑料软管(2)上设置有第二流量传感器(13-1),所述第二流量传感器(13-1)通过导线(9)接入计算机(7),原状土样(12)上设置有碎冰(11)。

2.根据权利要求1所述的基于室内土柱实验的降水入渗模拟装置,其特征在于,所述的承力柱(1-2)包括承力柱支座(1-22)以及固定在其上的承力柱主体(1-21),所述承力柱支座(1-22)与底座(1-1)为一体成型,承力柱支座 (1-22)在土柱竖向投影按照“一个圆心+以底座(1-1)半径1/2为半径的圆周向五等份”方式布置;承力柱主体(1-21)长度不同使得底座(1-1)呈现坡度;

所述的底部构件(1)、土柱实验标准构件(4)及圆柱构件(10)均由耐高温玻璃钢制成。

3.根据权利要求1所述的基于室内土柱实验的降水入渗模拟装置,其特征在于,所述的插入件(5)的最前端设置有插入针头(5-6),插入件(5)内部管道的转角处设置有橡胶垫片(5-1),内部管道中设置有弹出件(5-2),弹出件(5-2)包括温湿度传感器探头(4-5)或冷热一体金属元件(4-6),弹出件(5-2)后端与导线(9)进行连接,弹出件(5-2)的尾部套设有轻质弹簧(5-4),轻质弹簧(5-4)的末端设置有探针控制器(5-5),插入件(5)的外侧中段设置有挡板(5-3)。

4.根据权利要求1所述的基于室内土柱实验的降水入渗模拟装置,其特征在于,所述圆形小孔(4-4)形状大小与橡胶塞(5-7)相一致且结合紧密,排布方式为:纵向上相隔排列且遵循上密下疏原则,横向上绕土柱实验标准构件(4)外圆周长8等分排布。

5.根据权利要求1所述的基于室内土柱实验的降水入渗模拟装置,其特征在于,所述的卡箍(4-30)由两半圆环钢圈(4-34)组成并通过一端的铆钉(4-35)铆接,卡箍(4-30)的另一端接头(4-33)通过螺丝杆(4-31)和螺母(4-32)来调节卡箍(4-30)的松紧程度,使标准圆柱构件紧密结合;

所述的法兰(6)内侧设有法兰螺纹(6-1),法兰(6)的两端设置有转动把手(6-2)。

6.根据权利要求1所述的基于室内土柱实验的降水入渗模拟装置,其特征在于,所述的计算机(7)的信号端与微控制器(7-0)的信号端相连,微控制器(7-0)设置有温度探测输入端(7-1)、温湿度探测输出端(7-2)、基质吸力探测输出端(7-3);温度探测输入端(7-1)经导线(9)连接冷热一体金属元件(4-6),温湿度探测输出端(7-2)经导线(9)连接温湿度传感器探头(4-5),基质吸力探测输出端(7-3)经导线(9)连接土壤热传导吸力探头(4-7)。

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