一种研究湿热交替下珊瑚礁砂水盐运移的试验装置

1.本实用新型涉及岩土介质领域的钙质砂脱盐淡化技术，尤其涉及一种研究湿热交替下珊瑚礁砂水盐运移的试验装置。


背景技术：

2.珊瑚岛礁以其独特的战略地位、丰富的油气资源及生物资源在国家经济发展、资源开发和国防建设中占有重要地位。珊瑚礁在岩石学中统称为礁灰岩，是造礁石珊瑚群体死亡后的遗骸经漫长的物理化学和生物化学作用形成的特殊沉积物，而钙质珊瑚砂主要由珊瑚礁碎屑、海藻、贝壳等海洋生物残骸组成，其碳酸钙含量超过90％，具有疏松多孔、易破碎、易压缩和渗透性强等特征。随着珊瑚礁海域的石油开发、填海工程与淡水资源开采等建设需要，钙质珊瑚砂带来的岩土工程问题层出不穷，人们逐渐认识到研究钙质珊瑚砂这种特殊岩土介质的重要性，继而对钙质珊瑚砂的物理力学性质和工程应用等有了更深的研究。此外对某岛礁的调查研究发现，在珊瑚岛礁特殊的地质、地形及植被空间格局和充沛的降雨
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径流量下，地下水经过一段时间的淡化，可以形成赋存于岛礁之内、悬浮于海水之上的淡水透镜体，这部分淡水资源对岛礁生态系统的维护至关重要。珊瑚礁砂脱盐，是降雨渗透并涵养成岛礁地下淡水体的先期条件。这包括降雨渗透礁砂吸附盐分的带离过程，也有曝晒、风干过程下，礁砂水分蒸发，盐分析出的过程；因此研究雨水入渗特性及盐分运移与导热性能变化规律十分必要。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的问题和不足，提供一种研究湿热交替下珊瑚礁砂水盐运移的试验装置及其方法，以弄清珊瑚礁砂地层中雨水下渗过程及盐分运移与导热性能变化规律。
4.本实用新型的目的是这样实现的，具体地说：
5.一、研究湿热交替下珊瑚礁砂水盐运移的试验装置(简称装置)：
6.本装置包括被测对象珊瑚礁砂；
7.设置有模拟单元和采集单元；
8.模拟单元由降雨装置、砂箱和光照装置组成；
9.采集单元由三参数传感器、数据采集器、电脑和热参数仪组成；
10.其位置和连接关系是：
11.在砂箱内的底部装有珊瑚礁砂，在砂箱的顶部装有降雨装置和光照装置，降雨装置和光照装置均置于支架上，可按需切换装置功能；
12.三参数传感器和热参数仪分别插入珊瑚礁砂中，监测电导率、体积含水率和温度以及导热性能的变化；
13.三参数传感器、数据采集器和电脑依次连接，实现自动测量。
14.二、研究湿热交替下珊瑚礁砂水盐运移的试验方法(简称方法)
15.本方法包括下列步骤：
16.①
将装置放置在水平地面上，检查各部件功能均能正常工作；
17.②
将提前配好的珊瑚礁砂放入砂箱中压实；
18.③
从砂箱顶端注水令水位逐渐缓慢升高，使得砂箱内钙质砂充分饱水；
19.④
将土壤三参数传感器从砂箱右侧插入珊瑚礁砂；
20.⑤
打开砂箱的出水阀，隔时将热参数仪从砂箱左侧依次插入珊瑚礁砂；
21.⑥
监测电导率变化情况，首次脱盐完成后开启照明装置24h；
22.⑦
关闭照明装置，再次脱盐淡化，循环多次进行，记录实验数据。
23.本实用新型具有下列的优点和积极效果：
24.①
可以设置雨强、光照、钙质砂级配及干密度多个变量，能全面地对雨水入渗特性及盐分运移规律进行研究；
25.②
操作简单，不需要太多繁琐步骤；
26.③
适用于雨水入渗、盐分运移与导热性能变化规律的相关试验。
附图说明
27.图1是本装置的结构方框图；
28.图2是本装置的结构示意图；
29.图3是模拟单元10的结构示意图；
30.图4是降雨装置11的结构示意图；
31.图5是砂箱12的结构示意图；
32.图6是光照装置13的结构示意图；
33.图7是采集单元20的结构示意图。
34.图中：
35.00—珊瑚礁砂。
36.10—模拟单元，
37.11—降雨装置；
38.111—储水箱、112—控水阀、113—雾化喷头、114—雨罩、
39.115—流量计、116—软管、117—水泵；
40.12—砂箱，
41.120—砂箱箱体，121—砂箱热参数孔口，
42.122—砂箱三参数传感器孔口，123—砂箱取样口，124—橡皮塞，
43.125—砂箱排水口，126—砂箱排水阀，127—第1滑轮；
44.13—光照装置，
45.130—第2滑轮，131—底座，132—支架，133—螺栓，134—保温灯，135—灯罩。
46.20—采集单元，
47.21—三参数传感器；
48.22—数据采集器；
49.23—电脑；
50.24—热参数仪。
具体实施方式
51.下面结合附图和实施例详细说明：
52.一、装置
53.1、总体
54.如图1、2，本装置包括被测对象珊瑚礁砂00；
55.本装置包括被测对象珊瑚礁砂00；
56.设置有模拟单元10和采集单元20；
57.模拟单元10由降雨装置11、砂箱12、光照装置13组成；
58.采集单元20由三参数传感器21、数据采集器22、电脑23和热参数仪24 组成；
59.其位置和连接关系是：
60.在砂箱12内的底部装有珊瑚礁砂00，在砂箱12的顶部装有降雨装置11和光照装置13，降雨装置11和光照装置13均置于支架上，可按需切换装置功能；
61.三参数传感器21和热参数仪24分别插入珊瑚礁砂00中，监测电导率、体积含水率和温度以及导热性能的变化；
62.三参数传感器21、数据采集器22和电脑23依次连接，实现自动测量。
63.2、功能单元
64.1)模拟单元
65.如图3，模拟单元10由降雨装置11、砂箱12和光照装置13组成；
66.其连接关系是：
67.(1)降雨装置11
68.如图4，降雨装置11包括储水箱111、控水阀112、雾化喷头113、雨罩114、流量计115、软管116和水泵117；
69.其位置和连接关系是：
70.在储水箱111内设置有水泵117，水泵117、流量计115、控水阀112、雨罩 114和雾化喷头113通过软管116依次连接。
71.其功能是：对珊瑚礁砂00进行降雨，储水箱111提供水量，水泵117提供水动力，控水阀112控制雨量大小，并用流量计115统计过水量，降雨装置11 全程用软管116连接，支架132的高度实现喷头113在不同高度处对珊瑚礁砂 00进行降雨。
72.(2)砂箱12
73.如图5，砂箱12包括砂箱箱体120、砂箱热参数孔口121、砂箱三参数传感器孔口122、砂箱取样口123、橡皮塞124、砂箱排水口125、砂箱排水阀126 和第1滑轮127；
74.其位置和连接关系是：
75.砂箱箱体120是一种顶部开口的长方体容器，在砂箱箱体120的左右两侧，从上到下，分别设置有依次排列的5个砂箱热参数孔口121和砂箱三参数传感器孔口122；
76.在砂箱箱体120的后侧，从上到下，设置有依次排列的5个砂箱取样口123 及附带橡皮塞124；
77.在砂箱箱体120的后侧底部还设置有砂箱排水口125及砂箱排水阀126；
78.砂箱12位于降雨装置11下方。
79.其功能是：放置珊瑚礁砂00，是试验进行的主体，其左侧的砂箱热参数孔口121供
热参数仪24使用，右侧砂箱三参数传感器孔口122供插入三参数传感器21使用，后侧砂箱取样口123为研究微观形态变化使用。
80.(3)光照装置13
81.如图6，光照装置13包括第2滑轮130、底座131、支架132、螺栓133、保温灯134和灯罩135；
82.其位置和连接关系是：
83.从下到上，第2滑轮130、底座131、支架132、灯罩135和保温灯134依次连接；在支架132上设置有螺栓133。
84.光照装置13的底座131水平放置在地面上，在支架132竖直端的中间设置螺栓133控制支架长短伸缩，在支架132的横端终端设置保温灯134提供光照。
85.其功能是：为砂样提供光照，并通过螺栓133调整支架132的高度实现保温灯134在不同高度处对砂样进行照射。
86.2)采集单元20
87.如图7，采集单元20包括三参数传感器21、数据采集器22、电脑23和热参数仪24；
88.其连接关系是：
89.三参数传感器21通过砂箱12右侧的砂箱三参数传感器孔口122插入珊瑚礁砂00中，测量电导率、温度和体积含水率；
90.数据采集器22对三参数传感器21测到的数据进行采集并传送到电脑23；
91.电脑23显示采集的数据；
92.热参数仪24测量热参数数据；
93.脱盐结束后对砂箱12水热盐耦合规律进行探究和分析。
94.3、工作机理：
95.本装置模拟循环降雨、暴晒下不同地层深度的珊瑚礁砂00水盐运移。
96.试验开始，在砂箱热参数孔口121处测量珊瑚礁砂00初始热参数值，随后将砂箱12后侧的砂箱排水阀126开启，使用降雨装置11均匀喷洒珊瑚礁砂00，在砂箱排水口125每500毫升收集一次水样，观测电导率变化情况，直至脱盐完成。
97.停止降雨，并在砂箱热参数孔口121处测量珊瑚礁砂00热参数值。
98.将光照装置13打开24h模拟升温，随后再次模拟降雨、蒸发，循环多次进行直至最终脱盐完毕。
99.砂箱12右侧插入的三参数传感器21，可以采集降雨、暴晒、直至脱盐完成整个电导率变化。
100.试验后通过记录下的数据，利用绘图软件，可以统计、计算和分析降雨入渗过程中礁砂盐分运移与导热性能变化的过程。