一种野外土壤入渗实验实时监测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及野外土壤入渗试验领域，具体的涉及一种野外土壤入渗实验实时监测 装置。
【背景技术】
[0002] 原位入渗实验是水文地质勘查中评价包气带土层垂向入渗能力的常用方法，通常 采用双环法。这种方法把内环溶液的通过包气带到达潜水面的运动近似看作一维垂向运 动，解出土层的垂向饱和渗透系数。原位入渗实验可以更加准确的测试地层天然入渗能力。 双环法就是在试验地点地表嵌入两个环形件，内、外环直径一般分别为0. 25m和0. 50m。试 验时往两个环形件内同时注入溶液，控制外环和内环液体位都保持同一高度。根据内环所 得的资料计算岩土的垂向渗透系数。外环的液体用于控制侧向入渗，内环液体主要是垂向 入渗。
[0003] 土壤入渗量的监测主要是监测降液体入渗到土壤中的入渗时间、入渗速率以及入 渗量，目前野外测定土壤入渗的方法有：双环实验法、环刀法、渗透仪法等。现有的土壤入渗 方法的测量存在以下一些缺点：
[0004] 现有的装置都是利用马氏瓶内液面的高度变化乘以瓶底截面积来计算瓶内的溶 液量的变化量，但是这种情况下，当瓶底的截面积较大时，瓶内溶液重量的计算误差很大， 有时会达到几百克；
[0005] 现有的装置需要人工守候，无法实现无人值守、连续监测，浪费了大量的人力物 力。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决上述提到的现有的土壤入渗量测量装置存在的计算误差大，且无 法实现无人值守、连续监测的缺点，提供一种测量精度大的土壤入渗实验实时监测装置，能 够准确的计量土壤入渗量，本发明的另一个目的在于能够实现野外土壤入渗试验的无人值 守及连续监测。
[0007] 具体的，本发明提供一种野外土壤入渗实验实时监测装置，两根竖直固定的支架、 架设在两根支架之间的水平支撑杆、双环以及马氏瓶，所述支撑杆上设置有若干个能滑动 的环形件，所述环形件能滑动地套设在所述支撑杆上，所述环形件上设置有第一悬挂装置， 所述第一悬挂装置挂设有计重单元，所述马氏瓶通过第二悬挂装置悬挂在计重单元的下 方；
[0008] 所述马氏瓶包括瓶体、瓶口、瓶塞、导液管以及导气管，所述导液管的第一端位于 瓶口外部并设置有倾斜的端口，所述导液管的第二端穿过所述瓶塞并延伸至瓶体内部，所 述导气管的第一端位于瓶口外部并设置有导气漏斗，所述导气管的第二端穿过所述瓶塞并 延伸至瓶体底部；
[0009] 所述双环包括水平同心套设的第一圆环以及第二圆环，所述第一圆环以及第二圆 环在垂直方向上部分插设在土壤内部；
[0010] 所述计重单元用于将所测得的马氏瓶中的溶液重量传输至远程控制器以获得土 壤入渗量。
[0011] 可优选地，所述计重单元包括壳体以及设置在所述壳体内部的无线传输装置，所 述壳体的外表面上设置有液晶显示屏，用于显示马氏瓶内液体量的变化。
[0012] 可优选地，所述计重单元通过无线传输装置在一定间隔时间下自动记录所述马氏 瓶的溶液重量并将测得的溶液重量数据传输至用于计算土壤垂向渗透系数的远程控制器。
[0013] 可优选地，所述远程控制器设置有中央控制单元、数据存储单元、入渗系数计算单 元以及人机操作界面，所述数据存储单元、入渗系数计算单元以及人机操作界面与所述中 央控制单元通讯连接，所述数据存储单元用于存储计重单元得到的溶液重量数据，所述入 渗系数计算单元根据溶液重量数据及预设的参数计算土壤的垂向渗透系数，人机操作界面 用于进行操作及设置。
[0014] 可优选地，所述第一圆环与所述第二圆环之间的区域垂直设置有带刻度标尺，用 于监测双环内液面的高度。
[0015] 可优选地，所述第二悬挂装置为罩设在马氏瓶外部的网罩，所述网罩的端部设置 有圆形端口。
[0016] 可优选地，所述圆形端口为金属圈，所述金属圈通过尼龙绳连接有若干个金属环。
[0017] 可优选地，所述无线传输装置为远程无线传输装置。
[0018] 可优选地，所述两根支架均包括第一支架部部以及第二支架部部，所述第一支架 部部套设在所述第二支架部部内并通过固定装置固定在一起使支架高度可调。
[0019] 本发明的另一个目的在于提供一种根据野外土壤入渗实验实时监测装置进行岩 土体入渗实验，其包括以下步骤：
[0020] S1、将野外土壤入渗实验实时监测装置的双环插入岩土体中，在双环中注入高度 为10cm的溶液；
[0021] S2、当入渗实验开始时，由于岩土体处于不饱和状态，所以入渗量比较大，随着岩 土体的饱液体度的增大，当溶液渗入量趋于平缓时，岩土体的垂向渗透量处于一个稳定的 水平，此时岩土体处于饱和状态；
[0022] S3、当入渗实验进行到溶液的渗入量趋于稳定，即岩土体处于饱和状态时，通过计 重单元将测得液体量数据实时传输至远程控制器，入渗系数计算单元根据实时获得的溶液 重量数据按照下式计算土壤垂向渗透系数：
【主权项】
1. 一种野外土壤入渗实验实时监测装置，其包括两根竖直固定的支架、架设在两根支 架之间的水平支撑杆、双环以及马氏瓶，其特征在于：所述支撑杆上设置有若干个能滑动的 环形件，所述环形件能滑动地套设在所述支撑杆上，所述环形件上设置有第一悬挂装置，所 述第一悬挂装置挂设有计重单元，所述马氏瓶通过第二悬挂装置悬挂在计重单元的下方； 所述马氏瓶包括瓶体、瓶口、瓶塞、导液管以及导气管，所述导液管的第一端位于瓶口 外部并设置有倾斜的端口，所述导液管的第二端穿过所述瓶塞并延伸至瓶体内部，所述导 气管的第一端位于瓶口外部并设置有导气漏斗，所述导气管的第二端穿过所述瓶塞并延伸 至瓶体底部； 所述双环包括水平同心套设的第一圆环以及第二圆环，所述第一圆环以及第二圆环在 垂直方向上部分插设在土壤内部； 所述计重单元用于将所测得的马氏瓶中的溶液重量变化量传输至远程控制器以获得 土壤入渗量。
2. 根据权利要求1所述的野外土壤入渗实验实时监测装置，其特征在于：所述计重单 元包括壳体以及设置在所述壳体内部的无线传输装置，所述壳体的外表面上设置有液晶显 示屏，用于显示马氏瓶内溶液重量的变化情况。
3. 根据权利要求2所述的野外土壤入渗实验实时监测装置，其特征在于：所述计重单 元通过无线传输装置在一定间隔时间下自动记录所述马氏瓶的溶液重量并将测得的溶液 重量数据传输至用于计算土壤垂向渗透系数的远程控制器。
4. 根据权利要求3所述的野外土壤入渗实验实时监测装置，其特征在于：所述远程控 制器设置有中央控制单元、数据存储单元、入渗系数计算单元以及人机操作界面，所述数据 存储单元、入渗系数计算单元以及人机操作界面与所述中央控制单元通讯连接，所述数据 存储单元用于存储计重单元得到的溶液重量数据，所述入渗系数计算单元根据溶液重量数 据及预设的参数计算土壤的渗透系数，人机操作界面用于进行操作及设置。
5. 根据权利要求1所述的野外土壤入渗实验实时监测装置，其特征在于：所述第一圆 环与所述第二圆环之间的区域垂直设置有带刻度标尺，用于监测双环内液面的高度。
6. 根据权利要求3所述的野外土壤入渗实验实时监测装置，其特征在于：所述第二悬 挂装置为罩设在马氏瓶外部的网罩，所述网罩的端部设置有圆形端口。
7. 根据权利要求6所述的野外土壤入渗实验实时监测装置，其特征在于：所述圆形端 口为金属圈，所述金属圈通过尼龙绳连接有若干个金属环。
8. 根据权利要求3所述的野外土壤入渗实验实时监测装置，其特征在于：所述无线传 输装置为远程无线传输装置。
9. 根据权利要求1所述的野外土壤入渗实验实时监测装置，其特征在于：所述两根支 架均包括第一支架部部以及第二支架部，所述第一支架部套设在所述第二支架部内并通过 固定装置固定在一起使支架高度可调。
10. -种根据权利要求1-9中任一项所述的一种野外土壤入渗实验实时监测装置进行 岩土体入渗实验的方法，其特征在于：其包括以下步骤： 51、 将野外土壤入渗实验实时监测装置的双环插入岩土体中，在双环中注入液面高度 为IOcm的溶液； 52、 当入渗实验开始时，由于岩土体处于不饱和状态，所以入渗量比较大，随着岩土体 的饱和度的增大，当溶液入渗量趋于平缓时，岩土体的垂向渗透量处于一个稳定的水平，此 时岩土体处于饱和状态； S3、当入渗实验进行到溶液渗入量趋于稳定，即岩土体处于饱和状态时，通过计重单元 将测得溶液重量变化数据实时传输至远程控制器，入渗系数计算单元根据实时获得的溶液 重量变化数据按照下式计算土壤垂向渗透系数：
式中：K为岩土体的垂向渗透系数，单位m/s ;Q为溶液的稳定渗入量，单位m3/s ;F为第 一圆环的面积，单位m2;Z为第一圆环的液体层厚度，单位m ;H' k为毛细压力，单位m ;L为试 验结束时溶液的渗入深度，单位m。
【专利摘要】本发明提供一种野外土壤入渗实验实时监测装置，其包括两根支架、设置在两根支架中间的支撑杆、设置在支架底部的底盘、双环以及马氏瓶，所述支架包括第一支架部以及第二支架部，所述第一支架部套设在所述第二支架部内并通过固定装置固定在一起，所述支撑杆上设置有若干个能滑动的环形件，所述环形件能滑动的套设在所述支撑杆上，所述环形件上设置有第一悬挂装置，所述第一悬挂装置挂设有计重单元。本发明结构简单，制作材料费用低廉，计重单元大幅提高了数据的精确度，能够精确计算土壤的入渗量，保证了实验的精确度，无线自动监测又节省了大量的人力，在使用时，支架可以自由装卸，还可以根据需要调节高度。
【IPC分类】G01N15-08
【公开号】CN104535476
【申请号】CN201510044794
【发明人】王树芳, 林沛, 韩征, 刘久荣, 叶超, 王丽亚, 刘元章, 田秀梅, 王家忠, 高志辉, 周涛, 刘钊, 郭彬彬, 崔一娇
【申请人】北京市水文地质工程地质大队
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月29日