一种测定非饱和土入渗规律的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种测定非饱和土入渗规律的装置，包括：第一容器，其内部装有待测的土样；第二容器，其内部装有水，第二容器与第一容器之间设置有第一管道和第二管道，在第一管道上设置有一水泵使第二容器内的水流入到第一容器内，第一容器连接第二管道的接口位置高于连接第一管道的接口位置，使第一容器内的水回流到第二容器内使待测土样上方的水处于一固定深度，在第二容器内部设置有一水位传感器；多个电测式张力计，其设置在第一容器内部且沿第一容器的纵轴向等距离间隔地布置在所述待测的土样中；数据采集仪，水位传感器和电测式张力计均与数据采集仪电连接。本装置提供了一种自动测量入渗率以及入渗深度与时间关系的装置。
【专利说明】一种测定非饱和土入渗规律的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于土木工程和土壤学【技术领域】，特别涉及一种测定非饱和土入渗规
律的装置。
【背景技术】
[0002]工程建设中以及土壤学中遇到的土体绝大部分是非饱和土，了解非饱和土入渗规律对于工程建设评价和土壤灌溉评价具有重要的意义。降雨条件下，均匀土质边坡的稳定性取决于雨水沿坡表入渗的深度和时间的关系，因此对入渗规律的测量成为评价边坡稳定性的重要因素。对于土壤学而言，入渗率和入渗深度与时间的关系是评价灌溉效果的一个重要的指标，可以给农业生产提供指导性信息。以往对入渗规律的测量多采用双环入渗仪的方法，该方法主要在野外工作中使用，对试验环境要求高，精度较低，自动控制率不高。而且上述方法仅能测量土壤入渗率与时间的关系，无法测量土壤入渗深度与时间的关系，使得该方法测量结果单一，适用性较差，难以满足试验要求。因此寻求一种可以自动测量、实现测量结果多样性的试验装置十分必要。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种可以在不同水头作用下，同步自动测量入渗率以及入渗深度与时间关系的试验装置，解决了采用双环入渗仪测量中的不足，实现了测量条件和测试结果的多样性。
[0004]本实用新型提供的技术方案为:
[0005]一种测定非饱和土入渗规律的装置，包括:
[0006]第一容器，其内部装有待测的土样；
[0007]第二容器，其内部装有水，所述第二容器与所述第一容器之间设置有第一管道且在第一管道上设置有一水栗使所述第二容器内的水流入到所述第一容器内；
[0008]多个电测式张力计，其设置在所述第一容器内部且沿第一容器的纵轴向等距离间隔地布置在所述待测的土样中；
[0009]数据采集仪，所述多个电测式张力计均与所述数据采集仪电连接，所述数据采集仪用以记录所述多个电测式张力计的数值变化与时间的关系。
[0010]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，所述第二容器与所述第一容器之间还设置有第二管道，所述第一容器连接第二管道的接口位置高于所述第一容器连接第一管道的接口位置，以使第一容器内的水回流到第二容器内使待测土样上方的水处于一固定深度，在所述第二容器内部设置有一检测第二容器内部水位变化的水位传感器，所述水位传感器与所述数据采集仪电连接
[0011]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，所述第一容器壁上沿其纵轴向等距离间隔地设置有多个孔，与布置在第一容器内部的每个电测式张力计相连的每根数据采集线均穿过一个所述孔与所述数据采集仪相连接。[0012]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，所述每个孔内均设置有一圆环形隔水橡胶帽，所述每根数据采集线均穿过所述隔水橡胶帽与所述数据采集仪连接。
[0013]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，沿所述第一容器的纵轴向在所述第一容器的上部容器壁上等距离间隔地设置有多个连接管道的接口，所述接口可以用一塞子塞紧，所述第一管道与第二管道均通过一连接胶管与所述接口相连通，可以根据需求调整第一管道与第二管道的垂直距离。
[0014]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，在所述第一容器外表面上设置有一刻度尺，用来测量待测土样上方的水位高度。
[0015]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，所述第一容器为圆柱形高强度玻璃钢桶，在所述第一容器正下方设置有一桶座，所述第一容器和所述桶座以可拆卸的方
式固定在一起。
[0016]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，所述桶座呈圆环状结构且在内环处固定有一圆形高强度钢丝网，在所述桶座上表面上靠近内环边缘处设置一圈凸起，所述凸起的内直径与所述第一容器的外直径相适应。
[0017]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，在所述第一容器中待测土样的上方和下方均设置有透水石，在所述透水石和所述待测土样之间设置有滤纸。
[0018]优选的是，所述的测定非饱和土入渗规律的装置，所述桶座材料为玻璃钢材质，所述第一管道和第二管道材质均为硬塑料，所述数据采集线为低阻抗数据采集线，所述电测式张力计为微型电测式张力计。
[0019]本实用新型所述的测定非饱和土入渗规律的装置，与现有技术相比，其有益效果在于，一是设置了微型电测式张力计、水位传感器和数据采集仪，数据采集仪记录微型电测式张力计的数值变化与时间的关系，如果微型电测式张力计的数值为零，表明其周围土体处于饱和状态，分别记录不同深度的张力计到达饱和状态的时间点即可得出入渗深度与时间的关系曲线；数据采集仪根据水位传感器的数据记录第二容器中水位的下降高度与时间的变化关系即可得出某一时刻土样的入渗率。所以采用本装置能够同步自动测量入渗率以及入渗深度与时间的关系。二是设置了第一管道和第二管道，即一个是进水管道，一个回流管道，这样第一容器、第二容器、进水管道和回流管道组成一个闭合回路，使得土样的入渗水量等于第二容器中消耗的水量，由于土样上方的水处于一固定深度即水头高度为一常量，所以采用本装置可以测量常水头情况下，入渗率以及入渗深度与时间的关系。如果把第一容器的上部容器壁上等距离间隔地设置有多个连接管道的接口，除了与进水管道相连的接口外，其它接口都用橡胶塞塞紧，这样就可以测量变水头情况下的入渗率以及入渗深度与时间的关系。所以本装置的优点是，装置制造简单，测量数据实现了自动采集，操作简便，可以在不同水头作用下，同步自动测量入渗率以及入渗深度与时间的关系，实现了测量条件和结果的多样性。本装置适用于土木工程及土壤学中遇到的不同土质、不同含水率的土在不同水头作用下的入渗率以及入渗深度与时间关系的测量。而且本装置作为实验教学使用也有助于帮助学生更好地理解非饱和土的入渗规律，通过改变土质，土的含水率和入渗水头，可以使学生对不同条件下的入渗规律有直观的认识，同时也提高了学生的动手操作能力和独立思考能力。【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型所述的测定非饱和土入渗规律的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0022]如图1所示，本实用新型提供了一种测定非饱和土入渗规律的装置，包括:
[0023]第一容器1，其内部装有待测的土样5，所述第一容器I具体地可以为一圆柱形高强度玻璃钢桶，在所述第一容器I正下方设置有一桶座9，桶座9是由玻璃钢材料制成的，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呈圆环状结构且在内环处固定有一圆形高强度钢丝网，在所述桶座9上表面上靠近内环边缘处设置一圈凸起，所述凸起的内直径与所述第一容器I的外直径相适应，第一容器I由上插入到所述一圈凸起的内部，使第一容器I固定在所述桶座9上；在所述第一容器I中待测土样的上方设置有上部透水石2，待测土样的下方设置有下部透水石7，在所述透水石和所述待测土样之间设置有滤纸3，所述高强度钢丝网起到约束下部透水石的作用，防止在土样压力下，下部透水石7发生破坏。在所述第一容器I外表面上用粘胶剂粘贴有刻度尺6，主要用以测量土样上方的水深度，即初始水头高度。
[0024]第二容器13，其内部装有水，所述第二容器与所述第一容器之间设置有第一管道11和第二管道10，在所述第一管道11上设置有一微型水栗14使所述第二容器13内的水流入到所述第一容器I内，所述第一容器I连接第二管道10的接口位置高于所述第一容器I连接第一管道11的接口位置，使第一容器I内的水回流到第二容器13内，这样第一容器
1、第二容器13、第一管道11和第二管道10组成一个闭合回路，使得待测土样的入渗水量等于第二容器13中消耗的水量，保证了待测土样上方的水处于一固定深度；沿所述第一容器I的纵轴向在所述第一容器I的上部容器壁上等距离间隔地设置有多个连接管道的接口，所述接口在不使用时可以用橡胶塞18塞紧，所述第一管道11与第二管道10均通过一连接胶管与所述接口相连通，可以根据需求调整第一管道11与第二管道10的垂直距离。在所述第二容器13内部设置有一检测第二容器13内部水位变化的水位传感器12，所述水位传感器12通过胶黏剂固定在第二容器13内壁上，所述水位传感器12的长度应大于第二容器13高度的3/4，以实现水位的大量程测量；所述水位传感器12通过低阻抗数据采集线15与数据采集仪17相连，第一管道11和第二管道10在第二容器13中的进水口和排水口应深入到第二容器13水面高度以下3/4处，以保证试验过程中第二容器13中水面的平稳。
[0025]多个微型电测式张力计4，其设置在所述第一容器I内部且沿第一容器I的纵轴向等距离间隔地布置在所述待测的土样5中，在所述第一容器壁上沿其纵轴向等距离间隔地设置有多个孔，所述每个孔内均设置有一带弹性的圆环形隔水橡胶帽16，与布置在第一容器内部的每个电测式张力计4相连的每根低阻抗数据采集线均穿过隔水橡胶帽16与数据采集仪17相连接，由于圆环形隔水橡胶帽的直径略小于低阻抗数据采集线的直径，所以低阻抗数据采集线15可以在隔水橡胶帽16中自由拉动而不会渗水。
[0026]测定非饱和土入渗规律的装置的具体试验过程如下:
[0027](I)待测土样的安装[0028]将桶座9放置于平整的底面，将低阻抗数据采集线15沿着圆环形隔水橡胶帽16向第一容器I外拉出，使微型电测式张力计4靠近第一容器I的内壁，以防安装土样时癒碰损坏。在第一容器I内壁均匀涂抹凡士林，此时应注意避免将凡士林涂抹到微型电测试张力计4上。
[0029]将下部透水石7置于第一容器I底部，并在下部透水石7的上表面上设置一层滤纸3，将第一容器I轻轻插入到桶座9中，并缓缓旋转第一容器I，保证第一容器I的桶体与桶座9接触紧密。
[0030]将土样均匀铺设于下部透水石7上，每铺设5厘米须用橡胶锤将土样依据一定的击实功进行击实操作。当土样铺设高度与第一容器I中最下面的一个微型电测式张力计4平齐的时候，向第一容器I内拉伸低阻抗数据采集线15，将最下面的一个微型电测式张力计4放置在土样中部。然后继续依次向上安装土样5和向第一容器内拉伸微型电测式张力计4，直到土样高度达到设计高度为止。在安装好的土样上部顺序放置滤纸3和上部透水石2。
[0031](2)常水头试验
[0032]第一管道11与第一管道接口 22通过第一管道连接胶管23连接。利用刻度尺6确定试验水头高度即为土样5顶面与第二管道接口 19的垂直高度。将第二管道接口 19处的橡胶塞18拔去，第二管道10与第二管道接口 19通过第二管道连接胶管20连接。
[0033]将微型电测式张力计4和水位传感器12与数据采集仪17连接，连接方式为全桥连接。打开第二管道阀门21和第一管道阀门24，开启微型水栗14，待第二管道10中的流量稳定以后打开数据采集仪17。数据采集仪17将自动记第二容器13中水位的下降高度与时间的变化关系。水位下降高度Uh)与储水桶的截面积(S)的乘积即为某一时间段的入渗量(I)，即AhXs = I。此入渗量对时间(t)的导数(dl/dt)即为某一时刻土样5的入渗率⑴，即dl/dt = i。
[0034]同时数据采集仪17也将记录微型电测式张力计4的数值变化与时间的关系，如果微型电测式张力计4数值为零，表明其周围土体处于饱和状态。分别记录不同深度微型电测式张力计4达到饱和状态的时间点，即不同深度处土体达到饱和状态的时刻，通过数据拟合，便可以获得常水头作用下入渗深度(z)与时间(t)的关系曲线。
[0035](3)变水头试验
[0036]将第一管道11与第一管道接口 22通过第一管道连接胶管23连接，同时保证其它接口处橡胶塞塞紧。打开阀门24，并将微型水栗14流量调至最大。待土样5上部水面上升到预定高度时顺序关闭微型水栗14、第一管道阀门24，打开数据采集仪17。依据常水头试验中的试验步骤，通过数据拟合，获得在变水头作用下入渗量(I)、入渗率(i)和入渗深度(z)与时间(t)的关系曲线。
[0037]尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【权利要求】
1.一种测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，包括: 第一容器，其内部装有待测的土样； 第二容器，其内部装有水，所述第二容器与所述第一容器之间设置有第一管道且在第一管道上设置有一水栗使所述第二容器内的水流入到所述第一容器内； 多个电测式张力计，其设置在所述第一容器内部且沿第一容器的纵轴向等距离间隔地布置在所述待测的土样中； 数据采集仪，所述多个电测式张力计均与所述数据采集仪电连接，所述数据采集仪用以记录所述多个电测式张力计的数值变化与时间的关系。
2.如权利要求1所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，所述第二容器与所述第一容器之间还设置有第二管道，所述第一容器连接第二管道的接口位置高于所述第一容器连接第一管道的接口位置，以使第一容器内的水回流到第二容器内使待测土样上方的水处于一固定深度，在所述第二容器内部设置有一检测第二容器内部水位变化的水位传感器，所述水位传感器与所述数据采集仪电连接。
3.如权利要求2所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，所述第一容器壁上沿其纵轴向等距离间隔地设置有多个孔，与布置在第一容器内部的每个电测式张力计相连的每根数据采集线均穿过一个所述孔与所述数据采集仪相连接。
4.如权利要求3所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，所述每个孔内均设置有一圆环形隔水橡胶帽，所述每根数据采集线均穿过所述隔水橡胶帽与所述数据采集仪连接。
5.如权利要求2至4中任一所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，沿所述第一容器的纵轴向在所述第一容器的上部容器壁上等距离间隔地设置有多个连接管道的接口，所述接口可以用一塞子塞紧，所述第一管道与第二管道均通过一连接胶管与所述接口相连通，可以根据需求调整第一管道与第二管道的垂直距离。
6.如权利要求5所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，在所述第一容器外表面上设置有一刻度尺，用来测量待测土样上方的水位高度。
7.如权利要求6所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，所述第一容器为圆柱形高强度玻璃钢桶，在所述第一容器正下方设置有一桶座，所述第一容器和所述桶座以可拆卸的方式固定在一起。
8.如权利要求7所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，所述桶座呈圆环状结构且在内环处固定有一圆形高强度钢丝网，在所述桶座上表面上靠近内环边缘处设置一圈凸起，所述凸起的内直径与所述第一容器的外直径相适应。
9.如权利要求8所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，在所述第一容器中待测土样的上方和下方均设置有透水石，在所述透水石和所述待测土样之间设置有滤纸。
10.如权利要求7所述的测定非饱和土入渗规律的装置，其特征在于，所述桶座材料为玻璃钢材质，所述第一管道和第二管道材质均为硬塑料，所述数据采集线为低阻抗数据采集线，所述电测式张力计为微型电测式张力计。
【文档编号】G01N15/08GK203606259SQ201320792954
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】常金源, 伍法权, 常中华 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所