一种研究土壤蒸发特征的模拟装置

1.本实用新型属于岩土介质技术领域，涉及一种土壤蒸发特性技术，特别是一种研究土壤蒸发特征的模拟装置。


背景技术：

2.土壤蒸发问题涉及农学、水文学、土壤学和土木工程领域，土体水分蒸发会引起土体热-水力-力学性质变化，从而诱发各种灾害，特别是在岩土及地下建筑中，土体蒸发导致的土体力学性质变化，对已有建筑物和在建建筑物造成有害影响，诸如房屋开裂，沉降，隧道坍塌等。
3.但现有的室内土壤蒸发模拟装置较少，能控制环境条件的装置更少，而且大部分仪器庞大，价格昂贵，操作复杂，并且往往制样体积大，不利于重复试验，因此亟需一套小型便捷的研究土壤蒸发特征的室内模拟装置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种储料容器与风洞箱合理配置并全面检测，实现全方位反复实验的研究土壤蒸发特征的模拟装置。
5.本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种研究土壤蒸发特征的模拟装置，包括储料容器，所述储料容器的下方放置称重称，所述储料容器内由下至上均匀排列若干土壤温湿度计和若干张力计，所述储料容器的底部和侧部均设置排水管，所述排水管上设置排水阀，所述储料容器的顶部敞口连通风洞箱，所述风洞箱的一端连接空气加热器，另一端连接稳流管和抽气扇，所述风洞箱内部的顶壁上设置冷光灯带，所述风洞箱内部还设置红外温度计、风速计和空气温湿度计。
6.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述储料容器的下方由四个手摇式升降机支撑，四个所述手摇式升降机相联动。
7.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述风洞箱为横向放置的长筒型箱体，所述长筒型箱体的一端为进风通口，另一端为出风通口，所述进风通口通过隔热板连接所述空气加热器，所述出风通口上装设所述抽气扇，所述长筒型箱体的底部开通底口，所述底口与所述储料容器的顶部敞口密封连通。
8.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述长筒型箱体的两端下方均竖立支架，一侧支架支撑所述空气加热器，另一侧支架支撑所述长筒型箱体的端部。
9.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述风速计的数量为两个，一个所述风速计设于所述进风通口内侧，另一个所述风速计设于所述出风通口内侧。
10.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述空气温湿度计的数量为两个以上，多个所述空气温湿度计沿竖向均匀排列。
11.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述冷光灯带按照矩形结构设置，所述冷光灯带环围在所述储料容器的顶部敞口上方。
12.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述储料容器由上部的圆筒和下部的方盘固连组成，所述方盘的下方固设四个支腿，所述圆筒的顶部敞口外周凸设承重托盘，所述承重托盘的四角开有螺纹口，所述圆筒的侧壁开设出线口。
13.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述圆筒的上方叠设加高饱和筒，所述加高饱和筒底部的扩张口内设置密封圈，所述扩张口外周凸设装配托盘，所述装配托盘的四角开有与所述螺纹口相对应的螺纹孔，所述扩张口套接所述圆筒的顶部敞口，使所述装配托盘与所述承重托盘相叠置并通过螺钉锁紧。
14.在上述的研究土壤蒸发特征的模拟装置中，所述土壤温湿度计、张力计、冷光灯带、红外温度计、风速计和空气温湿度计均通过电线连接电脑。
15.与现有技术相比，本研究土壤蒸发特征的模拟装置具有以下有益效果：
16.1.本套装置能够在前期进行大范围小试样的土盒蒸发试验，方便快速。
17.2.可对特定类型土壤进行大试样土柱蒸发试验，既可全面分析，又可对特定土壤深度分析其蒸发特征，避免了直接进行大试样试验造成的时间上和经济上的浪费。
18.3.土柱内可埋设各种张力计和温湿度传感器，风洞箱可控制蒸发环境，特别是能起到加热空气和保持空气近似层流的效果，在试验中可对具体环境参数和土壤参数进行测量，测量参数比较广，分析全面。
附图说明
19.图1是本研究土壤蒸发特征的模拟装置的整体主视结构图。
20.图2是本研究土壤蒸发特征的模拟装置的俯视结构图。
21.图3是本研究土壤蒸发特征的模拟装置中储料容器和加高饱和筒的主视结构图。
22.图4本实用新型提出的土盒蒸发模块的主视结构示意图。
23.图中，1、称重称；2、手摇式升降机；3、圆筒；4、方盘；5、支腿；6、土壤温湿度计；7、张力计；8、风洞箱；9、空气加热器；10、隔热板；11、稳流管；12、抽气扇；13、冷光灯带；14、红外温度计；15、风速计；16、空气温湿度计；17、支架；18、电脑；19、加高饱和筒；20、土盒蒸发模块；21、千斤顶。
具体实施方式
24.以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
25.实施例一
26.如图1至图3所示，研究土壤蒸发特征的模拟装置，包括储料容器，储料容器的下方放置称重称1，储料容器内由下至上均匀排列若干土壤温湿度计6和若干张力计7，储料容器的底部和侧部均设置排水管，排水管上设置排水阀，储料容器的顶部敞口连通风洞箱8，风洞箱8的一端连接空气加热器9，另一端连接稳流管11和抽气扇12，风洞箱8内部的顶壁上设置冷光灯带13，风洞箱8内部还设置红外温度计14、风速计15和空气温湿度计16。
27.储料容器的下方由四个手摇式升降机2支撑，四个手摇式升降机2相联动。当需要对储料容器内的土壤进行称重时，同时摇动手摇式升降机2使储料容器和升降台下降并放置在称重称1上，即可进行土壤称重。当完成称重后，同时摇动手摇式升降机2使储料容器和
升降台上升，通过四个手摇式升降机2进行支撑。
28.风洞箱8为横向放置的长筒型箱体，长筒型箱体的一端为进风通口，另一端为出风通口，进风通口通过隔热板10连接空气加热器9，出风通口上装设抽气扇12，长筒型箱体的底部开通底口，底口与储料容器的顶部敞口密封连通。
29.空气加热器9具体由加热板与圆形不锈钢管间隔放置，组成矩形格栅，长200mm，宽374mm，高240mm，不锈钢管壁厚1mm，内径20mm，外部由铁框包裹固定，设有支撑架。
30.风洞箱8为亚克力有机玻璃材质的矩形箱，长700mm,宽374mm，高240mm，下壁和侧壁厚10mm，上壁厚3mm，风洞箱8下壁距离左端100mm处开设有直径为322mm圆形孔，用于套在储料容器上方，位于圆形孔上方的风洞箱8内壁贴有矩形冷光灯带13，长320mm，宽374mm。
31.稳流管11为内径10mm的薄塑料管格栅，填满风洞箱8内部，长度为150mm，再往右间隔100mm处设置有抽气扇12，抽气扇12共两排，一排3个。
32.长筒型箱体的两端下方均竖立支架17，一侧支架17支撑空气加热器9，另一侧支架17支撑长筒型箱体的端部。
33.风速计15的数量为两个，一个风速计15设于进风通口内侧，另一个风速计15设于出风通口内侧。
34.空气温湿度计16的数量为两个以上，多个空气温湿度计16沿竖向均匀排列。
35.冷光灯带13按照矩形结构设置，冷光灯带13环围在储料容器的顶部敞口上方。
36.储料容器由上部的圆筒3和下部的方盘4固连组成，方盘4的下方固设四个支腿5，圆筒3的顶部敞口外周凸设承重托盘，承重托盘的四角开有螺纹口，圆筒3的侧壁开设出线口。出线口用于穿出传感器线，出线口采用螺纹形式，用电缆防水接头格葛兰头密封。
37.储料容器即为特定类型土壤大试样的土柱蒸发模块。土柱蒸发模块结构是材质为亚克力有机玻璃；方盘4中间的排水管为300mm,壁厚为10mm的管体；圆筒3下部50mm处侧壁连接排水管。
38.土壤温湿度计6、张力计7、冷光灯带13、红外温度计14、风速计15和空气温湿度计16均通过电线连接电脑18。各种传感器数据可在电脑18进行不间断实时记录，通过电脑18可对土壤蒸发过程中的数据进行监测及调控。
39.与现有技术相比，本研究土壤蒸发特征的模拟装置具有以下有益效果：
40.1.本套装置能够在前期进行大范围小试样的土盒蒸发试验，方便快速。
41.2.可对特定类型土壤进行大试样土柱蒸发试验，既可全面分析，又可对特定土壤深度分析其蒸发特征，避免了直接进行大试样试验造成的时间上和经济上的浪费。
42.3.土柱内可埋设各种张力计7和温湿度传感器，风洞箱8可控制蒸发环境，特别是能起到加热空气和保持空气近似层流的效果，在试验中可对具体环境参数和土壤参数进行测量，测量参数比较广，分析全面。
43.实施例二
44.在实施例一的基础上，本实施例的区别是：
45.圆筒3的上方叠设加高饱和筒19，加高饱筒为内径300mm，壁厚10mm，高300mm的空心亚克力有机玻璃套筒。加高饱和筒19底部的扩张口内设置密封圈，密封圈为防水橡皮圈，扩张口外周凸设装配托盘，装配托盘的四角开有与螺纹口相对应的螺纹孔，扩张口套接圆筒3的顶部敞口，使装配托盘与承重托盘相叠置并通过螺钉锁紧。
46.本研究土壤蒸发特征的模拟装置的工作原理：
47.进行土柱蒸发试验时，储料容器最下层放一层土工布，铺设一层50mm厚的透水砂砾层，再铺设一层土工布，把配好称重过的土夯实在储料容器内，期间可埋设传感器，线从侧壁螺纹孔抽出，穿过电缆防水接头，拧紧螺丝，密封螺纹孔，压完土之后给储料容器加上加高饱和装置，土上方铺设一层土工布，铺25mm砂砾层，加一层有机玻璃圆形格栅板，再铺25mm厚砂层，施加重物，加一定水头的水进行饱和，根据需要可在底部排水孔配合真空泵施加吸力，直至储料容器底部排水孔出水，在底部排水孔施加水头，打开底部侧壁排水孔，直至有水持续流出，排尽砂砾中空气，饱和完毕，关闭底部和侧壁排水孔，去掉上部加高饱和装置的水和砂砾，拿掉土工布，把储料容器对准风洞箱8圆孔插进去，打开空气加热装置，抽风扇，冷光灯，各种传感器，即可进行蒸发试验，称重时，打开称重称1，摇下手摇式升降机2，使储料容器的4个支腿5落在称重称1上，进行称重，称完使储料容器恢复原位。各种传感器记录的数据会实时储存在电脑18中，可在电脑18中进行查看和处理。
48.实施例三
49.如图4所示，在采用本研究土壤蒸发特征的模拟装置之前，先采用大范围多类型小试样的土盒蒸发模块20。土盒蒸发模块20结构是：壁厚为5mm的亚克力有机玻璃土盒，其内直径为70mm，外直径为80mm，土盒深度可变，配有比内直径小1mm的实心有机玻璃柱用于千斤顶21压样，实心有机玻璃柱上带有刻度，配有压样加高环，可套在土盒上方，用橡胶圈密封。
50.土盒蒸发模块20的工作原理：
51.进行土盒蒸发试验时，通过土盒容积、土的最大干密度和含水率，计算出要压进去的土的重量，把土通过千斤顶21分次压进土盒，土壤与土盒持平，需要饱和时，上面覆盖一层滤纸和透水石，放进水中饱和，上方施加重物，之后可在常温下或放进烘箱中进行蒸发实验。
52.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
53.尽管本文较多地使用了称重称1；手摇式升降机2；圆筒3；方盘4；支腿5；土壤温湿度计6；张力计7；风洞箱8；空气加热器9；隔热板10；稳流管11；抽气扇12；冷光灯带13；红外温度计14；风速计15；空气温湿度计16；支架17；电脑18；加高饱和筒19；土盒蒸发模块20；千斤顶21等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
54.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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实用新型中的具体含义。