本發(fā)明涉及土工試驗技術領域，具體涉及一種土壤飽和實驗及滲透實驗復合裝置。

背景技術：

在土壤物理屬性、農業(yè)水利工程和水文地質等許多領域中都需要了解和掌握土壤水分的運動規(guī)律，土壤飽和含水率和土壤滲透系數是掌握土壤水分運動規(guī)律的兩個基本參數。對于黏粒含量不是很高的土壤，在土壤飽和實驗的泡土階段不需要過高水壓泡土，只需保證水面略低于環(huán)刀上端口即可，一般24小時左右就能泡飽和；同樣在常壓或變壓測滲透系數實驗中也不需要太大的壓力。但是對于黏粒含量過高，土壤結構比較緊湊甚至有一些板結的土壤，較低壓的水很難將其泡飽和，或者需要較長時間才能將其泡飽和，時間成本較高，并且在常壓或變壓滲透實驗中，較低壓也會使得水流滲透過慢，同樣時間成本也較高。

目前沒有專門的裝置來進行加壓泡土，都是直接放入水中直至飽和。滲透實驗裝置方面，目前較為先進的為測量土樣滲透液位的光控裝置或活動式光控裝置，但是這類裝置構造比較復雜，制作成本較高，普及性較低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種土壤飽和實驗及滲透實驗復合裝置，解決了現(xiàn)有技術成本高，普及性差等問題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種可調壓的土壤飽和實驗及滲透實驗復合裝置，來增加該裝置的實驗廣度，能適應更多種類的土壤測試實驗，其操作簡單，使用方便。

針對背景技術中情況，本發(fā)明提出一種可調壓的土壤飽和實驗及滲透實驗復合裝置，該裝置不僅可以滿足黏粒含量較低土壤的實驗要求，還能滿足黏粒含量較高土壤的實驗要求，當土樣的黏粒含量較高時，可直接加水增加水壓，若壓力還不能滿足要求，則可利用氣體加壓裝置向裝置內部加氣以增加壓力，這樣有利于水流在土樣中的滲流，使得土壤更易吸水或過水，減少了實驗時間，降低了時間成本。并且該裝置是集土壤飽和實驗和滲透實驗于一身的復合裝置，目前將這兩項實驗集于一個裝置是少見的，該復合裝置更有利于實驗人員做土壤飽和實驗和滲透實驗，對于一組土樣做完飽和實驗后緊接著即可換位置做滲透實驗，并且此時還可繼續(xù)另一組土樣的飽和實驗，既方便了實驗人員又節(jié)約了時間。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種土壤飽和實驗及滲透實驗復合裝置，其特征在于：包括土壤飽和實驗裝置、土壤滲透實驗裝置和帶雙刻度的透明管道，所述土壤飽和實驗裝置包括第一矩形管道、第一環(huán)刀支撐臺和用于裝土樣的第一環(huán)刀，所述第一矩形管道底部通過帶有控制閥門的連接管道與透明管道底部相連，該連接管道低點處設有帶控制閥門的排水孔，所述第一環(huán)刀支撐臺固定于第一矩形管道頂部，第一環(huán)刀放在第一環(huán)刀支撐臺內；所述土壤滲透實驗裝置包括第二矩形管道、第二環(huán)刀支撐臺和用于裝土樣的第二環(huán)刀，所述第二矩形管道頂部通過帶有控制閥門的連接管道與透明管道底部相連，所述第二矩形管道低點處也設有帶控制閥門的排水孔，所述第二環(huán)刀支撐臺固定于第二矩形管道底部，第二環(huán)刀放在第二環(huán)刀支撐臺內；所述連接管道和連接管道低點處均設有帶控制閥門的排水孔，所述第一環(huán)刀支撐臺和第二環(huán)刀支撐臺上均設有多個透水孔。本發(fā)明同帶雙刻度的透明管道將土壤飽和實驗及滲透實驗集于一身，即可單獨做某項實驗也可同時做兩項實驗，做兩項實驗時是針對兩組土樣。

作為改進，所述透明管道頂部設有與之相連且可讀氣壓值的氣體加壓裝置，通過氣體加壓裝置可以增加透明管道中的水壓，從而加快試驗進程。增加壓力來泡土樣，使得土樣更容易吸水至飽和或更容易滲透，減少實驗等待時間。

作為改進，所述第一環(huán)刀與第一矩形管道接觸處、所述第二環(huán)刀與第二矩形管道接觸處均設有密封裝置，所述密封裝置為止水橡膠圈。增加防水性，防止水沒有經過第一環(huán)刀或第二環(huán)刀就直接漏掉，造成實驗誤差。

作為改進，所述土壤飽和實驗裝置的第一環(huán)刀有1-6個，所述土壤滲透實驗裝置的第二環(huán)刀也有1-6個。通過選擇合適數量的第一環(huán)刀或第二環(huán)刀可以通過數據分析增加實驗的精度。

作為改進，所述土壤飽和實驗裝置和土壤滲透實驗裝置可采用有機玻璃、不銹鋼或橡膠材料制成，其成本低廉。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的可調壓的土壤飽和實驗及滲透實驗復合裝置，適用性較強，在制作上只需簡單玻璃等材料即可，成本較低可以普及，而且是復合裝置，使用較為方面，且只需了解簡單的土壤飽和實驗及滲透實驗的原理即可進行實驗，尤其是針對于黏粒含量較高甚至有些許板結的土壤，可通過增加水壓來使得土樣更易吸水或過水，減少了實驗等待時間，且復合裝置可同時使用飽和實驗部分和滲透實驗部分，操作也較簡單，一個實驗人員即可，這樣便節(jié)約了人力資源和時間成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖

圖2是圖1中滲透實驗裝置中第二矩形管道的仰視圖

圖中：1-氣體加壓裝置，2-土壤飽和實驗裝置，3-土壤滲透實驗裝置，4-透明管道，5-連接管道，6-底部支座，2.1-第一閘閥，2.2-第一矩形管道，2.3-第一環(huán)刀支撐臺，2.4-第一環(huán)刀，2.5-第一止水橡膠圈，2.6-第一排水孔，3.1-第二閘閥，3.2-第二矩形管道，3.3-第二環(huán)刀支撐臺，3.4-第二環(huán)刀，3.5-第二止水橡膠圈，3.6-第二排水孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做詳細的說明。

如圖1所示，一種可調壓的土壤飽和實驗及滲透實驗復合裝置，主要包括土壤飽和實驗裝置2和土壤滲透實驗裝置3兩部分以及與兩部分均相連的透明管道4，而將兩部分連接起來的是帶雙刻度的透明管道4以及連接管道5，所述雙刻度中的刻度一用于土壤飽和實驗裝置2需要的水頭值讀數，雙刻度中的刻度二用于土壤滲透實驗裝置3的水頭值讀數，透明管道4上端可連接可讀氣壓值的氣體加壓裝置1，整個復合裝置靠一個底部支座6支撐。

土壤飽和實驗裝置2部分，主要是將水加入到裝置中，對于黏粒含量較少的土樣（土樣置于環(huán)刀里面），加水至水位與土樣上端相平或略低，土樣通過毛管吸力將水分從土樣底部往上吸，直至土樣整體質量變化幅度在誤差允許范圍之內則說明土樣吸水至飽和；對于黏粒含量較高甚至有輕微板結程度的土樣，則需要使水位高于土樣上端一定高度，即加壓泡土，水位高度可控，若裝置的管道高度依然不能加快土樣吸水的速度，則可以利用氣體加壓裝置1從透明管道4頂部處加壓，加壓泡土可以使得土樣更容易從下端吸收水分，從而在原有基礎上縮短了土樣達到飽和的時間。

所述土壤飽和實驗裝置2包括第一矩形管道2.2、第一環(huán)刀支撐臺2.3和第一環(huán)刀2.4，所述第一矩形管道2.2底部通過帶有第一閘閥2.1的連接管道5與透明管道4底部相連，第一環(huán)刀2.4通過第一環(huán)刀支撐臺2.3固定于第一矩形管道2.2頂部；所示第一環(huán)刀2.4和第一環(huán)刀支撐臺2.3均有三個，每個第一環(huán)刀支撐臺2.3上都均勻分布有多個透水孔，第一環(huán)刀2.4和第一環(huán)刀支撐臺2.3的尺寸相契合，將裝有土樣的第一環(huán)刀2.4放入第一環(huán)刀支撐臺2.3內后，第一矩形管道2.2上部與第一環(huán)刀2.4接觸的部分需要用第一止水橡膠圈2.5緊緊卡住，以避免水從兩者接觸部分溢出，該部分裝置的低點處還有一個第一排水孔2.6，當需要放水時打開第一排水孔2.6即可將水全部放出，裝置的具體結構見說明書附圖1。

土壤滲透實驗裝置3部分，同樣是將水加入到裝置中，加至適宜水位，使得水分從土樣上端往下滲，測出水流下滲的速率，直至水流下滲的速率趨于穩(wěn)定時，得到穩(wěn)定下滲速率，則利用達西定律即可計算得到土樣的滲透系數。然而對于粘性較大、土壤顆粒較緊的土樣，若管道的高度不能滿足其壓力要求，可以連接氣體加壓裝置1，增加其壓力，加壓時作好記錄便可。

土壤滲透實驗裝置3主要包括第二矩形管道3.2、第二環(huán)刀支撐臺3.3和第二環(huán)刀3.4，所述第二矩形管道3.2頂部通過帶有控制閥門的連接管道5與透明管道4底部相連，第二環(huán)刀3.4通過第二環(huán)刀支撐臺3.3固定于第二矩形管道3.2底部；所示第二環(huán)刀3.4和第二環(huán)刀支撐臺3.3均有三個，每個第二環(huán)刀支撐臺3.3上都均勻分布有多個透水孔，第二環(huán)刀3.4和第二環(huán)刀支撐臺3.3的尺寸與環(huán)刀的尺寸相契合，將裝有土樣的第二環(huán)刀3.4放入第二環(huán)刀支撐臺3.3內后，第二矩形管道3.2上部與第二環(huán)刀3.4接觸的部分需要用第二止水橡膠圈3.5緊緊卡住，以免水從兩者接觸部分溢出，第二矩形管道3.2的右下側有第二排水孔3.6，當需要放水時打開第二排水孔3.6即可將水全部放出，裝置的具體結構見說明書附圖1和附圖2。

土壤飽和實驗裝置2和土壤滲透實驗裝置3基本上的構造都很相似，存在區(qū)別即為飽和實驗的水是從土樣的下端往上滲，而滲透實驗時水是從土樣上端往下滲，并且兩部分的排水孔位置不一樣。該復合裝置不僅可以單獨做土壤飽和實驗或滲透實驗，當土樣組數較多時，可同時利用裝置的飽和實驗部分和滲透實驗部分，且由于是同一裝置，基本僅需一個人即可，這樣不僅節(jié)約了人力資源，還提高了裝置和時間的利用效率。

本發(fā)明兩部分都設計有三個環(huán)刀支撐臺和配備三個環(huán)刀，主要是考慮到實驗的三組重復原則。

本發(fā)明能用于生產試驗中測定原狀土樣或自制土樣的飽和含水率和滲透系數，為農業(yè)水利及水文地質等領域研究土壤特性提供基礎參數；并且本發(fā)明還可作為教學儀器，由于儀器操作較為簡單，可讓學生親自動手測定土樣參數，既可鍛煉學生動手能力，也有利于學生對理論知識的理解。總之，本發(fā)明具有廣泛的應用前景及適用性。并且本發(fā)明制作材料可用成本較低的有機玻璃或不銹鋼、橡膠等，成本較低；除此之外，本發(fā)明是目前唯一將土壤飽和實驗及滲透實驗集于一身的簡易實驗裝置，從整體上方便了土樣測定實驗的操作性，對于土樣組數較多的測定實驗，節(jié)約了人力資源，提高了裝置和時間的利用效率，且具有新穎性；并且可調壓，除用于一般土樣參數的測定外，尤其能用于黏粒含量較高、土壤顆粒排列較為密集的土樣參數測定，在原有基礎實驗方案的基礎上縮短實驗的時間，節(jié)約了時間成本。

利用本發(fā)明做土壤飽和實驗時，關閉第二閘閥3.1，打開第一閘閥2.1，確保第一排水孔2.6處于關閉狀態(tài)，將裝有土樣的第一環(huán)刀2.4放在第一環(huán)刀支撐臺2.3上并將第一止水橡膠圈2.5固定好，然后從透明管道4的入口處加水至所需水位，該水位沒有明確要求，是實驗人員根據土樣黏粒含量和土壤顆粒排列的緊密程度而定，對于一般土樣該水位與土樣頂端大致相平即可，而對于黏粒含量較高的則加水使水位高于土樣頂端10-30cm，若土樣黏粒含量很高且出現(xiàn)板結的情況，則除加水至水位高于土樣頂端10-30cm以外，還需連接氣體加壓裝置1增加一定數值的壓力值，所增加的水位為高于土樣底部的水頭值，但對于連接了氣體加壓裝置1的情況，除了刻度顯示的水位以外還應將增加的氣壓值換算成水頭加上刻度管上的刻度才為高于土樣的底部的水頭值。加入水之后，土樣開始從底部吸水，每隔一段時間（一般4個小時）則將第一排水孔2.6打開將水放出，取下第一環(huán)刀2.4（內帶有土樣）用紙巾擦干表面的水，利用天平稱重。稱完之后放回第一環(huán)刀支撐臺2.3上固定好，放好第一止水橡膠圈2.5，關閉第一排水孔2.6，再次從透明管道4的入口放水至之前的水位或加壓至之前的壓力。重復以上操作，直至土樣質量變化在允許范圍之內，即土樣達到了飽和狀態(tài)。

利用本發(fā)明做土壤滲透實驗時，關閉第一閘閥2.1，打開第二閘閥3.1，確保第二排水孔3.6關閉，將裝有土樣的第二環(huán)刀3.4放在第二環(huán)刀支撐臺3.3上并將第二止水橡膠圈3.5固定好，然后從透明管道4的入口處加水至所需水位，該水位沒有明確要求，是實驗人員根據土樣黏粒含量和土壤顆粒排列的緊密程度而定，對于一般土樣該水位高于土樣頂端15cm即可，而對于黏粒含量較高的則加水使水位高于土樣頂端15-30cm，若土樣黏粒含量很高且出現(xiàn)板結的情況，則除加水至水位高于土樣頂端15-30cm以外，還需連接氣體加壓裝置1增加一定數值的壓力值，加水的水位為高于土樣頂部的水頭值，但對于連接了氣體加壓裝置1的情況，除了刻度顯示的水位以外還應將增加的氣壓值換算成水頭加上刻度管上的刻度才為高于土樣的底部的水頭值。而刻度的最低處是圖1中的H值，H值則為一般土樣所對應的水位值15cm，加入水或增加壓力之后，水開始從土樣頂部往下滲，由于第二環(huán)刀支撐臺3.3上有均勻分布的透水孔，因此水分能夠滲出往下流出，再在土樣下方用量筒接住滲出的水流，每隔一段時間（2-4個小時）測量量筒所接的水流，直到單位時間滲出的水量很接近，則利用達西定律計算出土樣的滲透系數，做完實驗時打開第二排水孔3.6將水全部放出。

本發(fā)明不僅可單獨做土壤飽和實驗或土壤滲透實驗，還可同時做土壤飽和實驗和土壤滲透實驗，但是針對于不同的土樣。當同時用復合裝置做土壤飽和實驗和滲透實驗時，打第一閘閥2.1和第二閘閥3.1，加水至某個刻度，但對于兩個實驗是不一樣的刻度，然后重復土壤飽和實驗的步驟，而此時的時間間隔必須是飽和實驗和滲透實驗取的一樣，并且每次稱重飽和實驗的土樣時，需要打開第二排水孔3.6，稱重完之后再重新加水繼續(xù)測量，若某個實驗達到了要求則可關閉其中一個閘閥來終止某個實驗，而另一個實驗則一直做到滿足要求為止。