一種非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀，至少包括底座以及覆蓋安裝于底座上的透明保溫罩，透明保溫罩內(nèi)設(shè)置有包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)以及溫控干燥系統(tǒng)，所述的包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)包括圓柱管、隔板、法蘭底座以及飽水閥，圓柱管固定在法蘭底座上，隔板位于圓柱管的底部，所述圓柱管內(nèi)填充有土柱；所述的測(cè)量系統(tǒng)至少包括電子負(fù)壓計(jì)和電子秤，所述包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)整體放置于電子秤上；所述的溫控干燥系統(tǒng)包括溫度控制模塊、濕度控制模塊以及電源線，溫度控制模塊和濕度控制模塊均安裝在透明保溫罩的內(nèi)壁上。本申請(qǐng)?zhí)峁┑氖覂?nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀解決了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)定周期短、耗費(fèi)低、誤差小的特點(diǎn)。
【專利說明】一種非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀，用于測(cè)定非飽和帶土壤的水分特征曲線和水力傳導(dǎo)度，屬于水文地質(zhì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于水文地質(zhì)科學(xué)來說，隨著包氣帶水研究的深入開展，勢(shì)必推動(dòng)水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)、地下水滲流理論等方面的延拓與發(fā)展，也將促進(jìn)溶質(zhì)運(yùn)移理論的發(fā)展、研究降雨入滲下非飽和帶中的水氣運(yùn)動(dòng)在土壤的節(jié)水灌溉、水土保持、巖土及水工的飽和一非飽和滲流及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定研究中具有重要意義。
[0003]非飽和土的滲透系數(shù)是巖土工程、水利工程、農(nóng)田灌溉工程和環(huán)境工程發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與生態(tài)農(nóng)業(yè)需要的重要參數(shù)，測(cè)量非飽和土的滲透系數(shù)代價(jià)大。水力傳導(dǎo)度的測(cè)定，常用方法可分為兩大類，直接方法和間接方法。其中直接方法又可分為室內(nèi)試驗(yàn)法和野外試驗(yàn)法，如穩(wěn)定人滲法與穩(wěn)定蒸發(fā)法，非穩(wěn)定流瞬時(shí)剖面法，壓力板或壓力膜出流法，零通量面法，野外瞬時(shí)剖面法等。間接方法是利用直接方法求得的參數(shù)間接地計(jì)算水力傳導(dǎo)度，如CD法，水分特征曲線法等。今年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者一直在尋求一種操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低、測(cè)定周期短、誤差小的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種用于非飽和土壤水力傳導(dǎo)度室內(nèi)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)儀，解決了上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)定周期短、耗費(fèi)低、誤差小的特點(diǎn)。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀，至少包括底座以及覆蓋安裝于底座上的透明保溫罩，透明保溫罩內(nèi)設(shè)置有包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)以及溫控干燥系統(tǒng)，所述的包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)至少包括圓柱管、隔板、法蘭底座以及飽水閥，圓柱管固定在法蘭底座上，隔板位于圓柱管的底部，所述圓柱管內(nèi)填充有土柱，土柱位于隔板的上方，飽水閥位于圓柱管的底部上；所述的測(cè)量系統(tǒng)至少包括電子負(fù)壓計(jì)和電子秤，所述包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)整體放置于電子秤上，圓柱管的側(cè)壁上由上至下分布有安裝孔，且安裝孔分布于圓柱管的左右兩側(cè)，所述電子負(fù)壓計(jì)通過固定管和固定蓋安裝于安裝孔上，至少包括陶土頭、連接管、負(fù)壓傳動(dòng)三通管、電子數(shù)顯負(fù)壓表、橡皮塞、密封蓋以及位于負(fù)壓傳動(dòng)三通管內(nèi)的液體負(fù)壓傳遞介質(zhì)，其中陶土頭固定在連接管的一端，連接管的另一端與負(fù)壓傳動(dòng)三通管連接，所述的陶土頭和連接管由安裝孔處伸入于土柱中，電子數(shù)顯負(fù)壓表安裝于負(fù)壓傳動(dòng)三通管的測(cè)管上，用于測(cè)量負(fù)壓值，橡皮塞安裝于負(fù)壓傳動(dòng)三通管的頂部，并采用密封蓋密封；所述的溫控干燥系統(tǒng)包括溫度控制模塊、濕度控制模塊以及電源線，溫度控制模塊和濕度控制模塊均安裝在透明保溫罩的內(nèi)壁上，電源線位于保溫罩的最下方，與外界相連，為溫控干燥系統(tǒng)提供電力。
[0007]所述的底座包括一個(gè)邊長(zhǎng)60cm的正方形不銹鋼架以及一塊厚度為8mm的亞克力底板，底板通過螺絲固定在不銹鋼架上，底座的下方設(shè)置有四個(gè)可制動(dòng)滑輪。
[0008]所述的包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)中，隔板上鋪有一層厚10mm、直徑為3mm的礫石，礫石的表面上鋪有一層紗布，土柱位于紗布上，圓柱管的側(cè)壁上開設(shè)有5個(gè)安裝孔，隔板的下方安裝有一個(gè)用于飽水過程中的排氣的排氣閥，所述法蘭底座的下方設(shè)置有兩個(gè)豎直的用于支撐整個(gè)包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)的支撐板。
[0009]所述的溫度控制模塊包括四盞加熱燈以及溫度監(jiān)測(cè)器，濕度控制模塊包括干燥劑以及濕度監(jiān)測(cè)器，其中干燥劑分布于透明保溫罩的頂部以及上部，干燥劑以顆粒的形式填充于透明保溫罩內(nèi)部的孔隙中，用于吸收土柱中揮發(fā)出來的水蒸氣，降低保溫罩內(nèi)部的濕度；所述加熱燈位于干燥劑的下方，加熱燈通過螺絲固定在透明保溫罩的內(nèi)壁上，用于提高罩內(nèi)的溫度，加快蒸發(fā)速率。
[0010]本發(fā)明作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器有助于學(xué)生更好的理解非飽和土壤水的滲透實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理和達(dá)西定律以及達(dá)西定律在非飽和滲流中的理論推廣與應(yīng)用。學(xué)生可以通過自己設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案來研究不同條件的土樣滲透系數(shù)，鍛煉學(xué)生們的動(dòng)手實(shí)踐能力和思考、分析、解決問題的能力；在生產(chǎn)中可以用于測(cè)定農(nóng)田土壤的滲透系數(shù)、測(cè)定巖土工程中非飽和巖土的滲透系數(shù)、為研究污染物在包氣帶土壤中運(yùn)移提供參數(shù)、為分析降雨土坡穩(wěn)定性提供理論依據(jù)等?？傊景l(fā)明提供的裝置具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明提供的非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為電子負(fù)壓計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖中:1_包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)，2-支撐板，3-飽水閥，4-法蘭底座，5-排氣閥，6-固定管，7-固定蓋,8- 土柱,9-安裝孔,10-碌石，11-隔板，12-電子負(fù)壓計(jì)，13-液體負(fù)壓傳遞介質(zhì)，14-負(fù)壓傳動(dòng)三通管，15-電子數(shù)顯負(fù)壓表，16-負(fù)壓表按鍵，17-負(fù)壓顯示屏，18-密封蓋，19-橡皮塞，20-連接管，21-陶土頭，22-電子秤，23-可制動(dòng)滑輪，24-底座，25-電源控制器，26-干燥劑，27-透明保溫罩，28-溫濕度監(jiān)測(cè)顯示器，29-加熱燈，30-通風(fēng)□。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于以下實(shí)施例。
[0016]本發(fā)明提供的非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括底座24以及覆蓋安裝于底座24上的透明保溫罩27，所述的底座24包括一個(gè)邊長(zhǎng)60cm的正方形不銹鋼架以及一塊厚度為8mm的亞克力底板，底板通過螺絲固定在不銹鋼架上，實(shí)驗(yàn)儀器放置于底板上，底座24的下方設(shè)置有四個(gè)可制動(dòng)滑輪23，四個(gè)可制動(dòng)滑輪23可以方便移動(dòng)。
[0017]透明保溫罩27內(nèi)設(shè)置有包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)1、測(cè)量系統(tǒng)以及溫控干燥系統(tǒng)，透明保溫罩27的頂部還設(shè)有通風(fēng)口 30。所述的溫控干燥系統(tǒng)包括溫度控制模塊、濕度控制模塊以及電源線，溫度控制模塊和濕度控制模塊均安裝在透明保溫罩27的內(nèi)壁上，電源線位于保溫罩的最下方且與外界相連，透明保溫罩內(nèi)設(shè)置有與電源線連接的電源控制器25，為溫控干燥系統(tǒng)提供電力。所述的溫度控制模塊包括四盞加熱燈29以及溫度監(jiān)測(cè)器，濕度控制模塊包括干燥劑26以及濕度監(jiān)測(cè)器，其中干燥劑26分布于透明保溫罩27的頂部以及上部，干燥劑26以顆粒的形式填充于透明保溫罩內(nèi)部的孔隙中，用于吸收土柱中揮發(fā)出來的水蒸氣，降低保溫罩內(nèi)部的濕度，加快蒸發(fā)速度；所述加熱燈29位于干燥劑的下方，加熱燈29通過螺絲固定在透明保溫罩的內(nèi)壁上，用于提高罩內(nèi)的溫度，加快蒸發(fā)速率。在本實(shí)施例中，濕度監(jiān)測(cè)器以及溫度監(jiān)測(cè)器集成在同一部件上，為-溫濕度監(jiān)測(cè)顯示器28。上述溫控干燥系統(tǒng)，可以人工對(duì)土柱周圍的溫濕度進(jìn)行控制，避免了外界環(huán)境變化所引起的誤差，并可將內(nèi)部環(huán)境的情況直觀反映在溫濕監(jiān)測(cè)顯示器上，便于人們的觀察和操作。
[0018]所述的包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括圓柱管、隔板11、法蘭底座4以及飽水閥3，圓柱管固定在法蘭底座4上，隔板11位于圓柱管的底部，所述圓柱管內(nèi)填充有土柱8，土柱8位于隔板11的上方，飽水閥3位于圓柱管的底部上；所述的包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)中，隔板11上鋪有一層厚10mm、直徑為3mm的礫石10，為了防止飽水時(shí)水流對(duì)土樣的直接沖刷而破壞土樣填充的密實(shí)程度，碌石的表面上鋪有一層紗布，土柱8位于紗布上，圓柱管的側(cè)壁上開設(shè)有5個(gè)安裝孔9，隔板11的下方安裝有一個(gè)用于飽水過程中的排氣的排氣閥5，所述法蘭底座的下方設(shè)置有兩個(gè)豎直的用于支撐整個(gè)包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)的支撐板2。
[0019]所述的測(cè)量系統(tǒng)至少包括電子負(fù)壓計(jì)12和電子秤22，所述包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)整體放置于電子秤22上，圓柱管的側(cè)壁上由上至下分布有5個(gè)安裝孔9，且安裝孔9分布于圓柱管的左右兩側(cè)，所述電子負(fù)壓計(jì)12通過固定管6和固定蓋7安裝于安裝孔上，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，至少包括陶土頭21、連接管20、負(fù)壓傳動(dòng)三通管14、電子數(shù)顯負(fù)壓表15、橡皮塞19、密封蓋18以及位于負(fù)壓傳動(dòng)三通管的液體負(fù)壓傳遞介質(zhì)13，其中陶土頭21固定在連接管20的一端，連接管20的另一端與負(fù)壓傳動(dòng)三通管14連接，所述的陶土頭21和連接管20由安裝孔處伸入于土柱8中，電子數(shù)顯負(fù)壓表15安裝于負(fù)壓傳動(dòng)三通管14的測(cè)管上，用于測(cè)量負(fù)壓值，橡皮塞19安裝于負(fù)壓傳動(dòng)三通管14的頂部，并采用密封蓋18密封。在使用時(shí)，陶土頭21通過連接管20與負(fù)壓傳動(dòng)三通管14連接，負(fù)壓傳動(dòng)三通管里面的負(fù)壓傳遞介質(zhì)把土樣中產(chǎn)生的負(fù)壓傳遞到電子數(shù)顯負(fù)壓表15，通過負(fù)壓顯示屏17顯示出測(cè)量結(jié)果，電子數(shù)顯負(fù)壓表15上還設(shè)置有負(fù)壓表按鍵16。負(fù)壓計(jì)整體都是絕對(duì)密封，液體負(fù)壓傳遞介質(zhì)通過三通管頂端口注入，然后用橡皮塞扎緊密封，在用密封蓋擰緊保證三通管內(nèi)的絕對(duì)密封。負(fù)壓計(jì)的飽水是在土柱飽水的同時(shí)進(jìn)行的，在安裝好土樣與負(fù)壓計(jì)之后，裝置飽水至三通管中有水進(jìn)入時(shí)在通過三通管口注入水介質(zhì)達(dá)到飽水完全的狀態(tài)，在通過橡皮塞和密封蓋進(jìn)行密封。
[0020]本發(fā)明提供的非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀的使用方法如下:
[0021]I)、制備與裝填土樣
[0022]將取回的土樣自然風(fēng)干后搗碎然后進(jìn)行篩分，取實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的粒徑級(jí)下的土樣，均勻等質(zhì)的填入土柱中并壓實(shí)。
[0023]2)、安裝電子負(fù)壓計(jì)
[0024]按預(yù)留孔位裝設(shè)電子負(fù)壓計(jì)，壓實(shí)土樣保證負(fù)壓計(jì)與土樣緊密接觸，固定負(fù)壓計(jì)。[0025]3)、飽水
[0026]通過馬氏瓶定水頭供水給土柱底部的飽水閥利用橡膠軟管進(jìn)行穩(wěn)定飽水，同時(shí)在負(fù)壓計(jì)三通管內(nèi)部出現(xiàn)水的同時(shí)給負(fù)壓計(jì)飽水并密封。
[0027]4)、進(jìn)行穩(wěn)定蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)
[0028]調(diào)整電子負(fù)壓計(jì)處于正常工作狀態(tài)后，把包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)放入溫控干燥罩里面的電子秤上，設(shè)定蒸發(fā)溫度，開始穩(wěn)定蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，每日定時(shí)觀測(cè)并記錄電子負(fù)壓計(jì)土壤負(fù)壓讀數(shù)，以及電子秤質(zhì)量讀數(shù)。得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記入表中。
【權(quán)利要求】
1.一種非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于:至少包括底座以及覆蓋安裝于底座上的透明保溫罩，透明保溫罩內(nèi)設(shè)置有包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)以及溫控干燥系統(tǒng)，所述的包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)至少包括圓柱管、隔板、法蘭底座以及飽水閥，圓柱管固定在法蘭底座上，隔板位于圓柱管的底部，所述圓柱管內(nèi)填充有土柱，土柱位于隔板的上方，飽水閥位于圓柱管的底部上；所述的測(cè)量系統(tǒng)至少包括電子負(fù)壓計(jì)和電子秤，所述包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)整體放置于電子秤上，圓柱管的側(cè)壁上由上至下分布有安裝孔，且安裝孔分布于圓柱管的左右兩側(cè)，所述電子負(fù)壓計(jì)通過固定管和固定蓋安裝于安裝孔上，至少包括陶土頭、連接管、負(fù)壓傳動(dòng)三通管、電子數(shù)顯負(fù)壓表、橡皮塞、密封蓋以及位于負(fù)壓傳動(dòng)三通管內(nèi)的液體負(fù)壓傳遞介質(zhì)，其中陶土頭固定在連接管的一端，連接管的另一端與負(fù)壓傳動(dòng)三通管連接，所述的陶土頭和連接管由安裝孔處伸入于土柱中，電子數(shù)顯負(fù)壓表安裝于負(fù)壓傳動(dòng)三通管的測(cè)管上，用于測(cè)量負(fù)壓值，橡皮塞安裝于負(fù)壓傳動(dòng)三通管的頂部，并采用密封蓋密封；所述的溫控干燥系統(tǒng)包括溫度控制模塊、濕度控制模塊以及電源線，溫度控制模塊和濕度控制模塊均安裝在透明保溫罩的內(nèi)壁上，電源線位于保溫罩的最下方，與外界相連，為溫控干燥系統(tǒng)提供電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于:所述的底座包括一個(gè)邊長(zhǎng)60cm的正方形不銹鋼架以及一塊厚度為8mm的亞克力底板，底板通過螺絲固定在不銹鋼架上，底座的下方設(shè)置有四個(gè)可制動(dòng)滑輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于:所述的包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)中，隔板上鋪有一層厚10mm、直徑為3mm的碌石,碌石的表面上鋪有一層紗布，土柱位于紗布上，圓柱管的側(cè)壁上開設(shè)有5個(gè)安裝孔，隔板的下方安裝有一個(gè)用于飽水過程中的排氣的排氣閥，所述法蘭底座的下方設(shè)置有兩個(gè)豎直的用于支撐整個(gè)包氣帶柱狀模擬系統(tǒng)的支撐板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非飽和土壤水力傳導(dǎo)度的室內(nèi)測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于:所述的溫度控制模塊包括四盞加熱燈以及溫度監(jiān)測(cè)器，濕度控制模塊包括干燥劑以及濕度監(jiān)測(cè)器，其中干燥劑分布于透明保溫罩的頂部以及上部，干燥劑以顆粒的形式填充于透明保溫罩內(nèi)部的孔隙中，用于吸收土柱中揮發(fā)出來的水蒸氣，降低保溫罩內(nèi)部的濕度；所述加熱燈位于干燥劑的下方，加熱燈通過螺絲固定在透明保溫罩的內(nèi)壁上，用于提高罩內(nèi)的溫度，加快蒸發(fā)速率。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK104020097SQ201410287057
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】王宗星, 馬傳明, 彭浩, 蔣巖, 張晨, 李秀文, 范奇, 李琦, 夏新星, 閆海虎, 王斌 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）