CN104266941A - 室内降雨入渗试验模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内降雨入渗试验模拟系统，包括支架、室内降雨模拟系统、土坡渗流模拟系统和量测系统；所述室内降雨模拟系统包括底座、托架和试验槽，所述试验槽内设有土样槽、底渗流收集槽、侧渗流收集槽和径流收集槽；所述底座上设有铰支架和销支架，所述销支架与所述底座滑动连接，在所述销支架上设有多个从下至上依次排列的销孔，所述铰支架与所述底座固接；所述试验槽固定在所述托架上，所述试验槽设有径流收集槽的一侧靠近所述铰支架。采用本发明能够研究不同坡度、不同降雨强度下不同土质内降雨入渗过程中水分运移形式及各物理量的变化规律。

Description

室内降雨入渗试验模拟系统

技术领域

本发明涉及降雨入渗研究试验装置，特别是一种室内降雨入渗试验模拟系统。

背景技术

室内降雨入渗试验装置是降雨入渗研究的基础工具，通过入渗试验装置研究不同变量控制下人工降雨在介质内运移形式、水分运移过程中基质吸力变化、入渗率变化、降雨入渗量、降雨径流量、降雨出渗量以及出渗速率的变化。传统室内降雨入渗试验装置主要针对特定某一项或几项所要研究的内容进行渗流试验装置设计，如装置只能研究平面上的降雨入渗或进行恒定水头下有压入渗等，相对应的试验装置不能被广泛应用。另外，传统降雨入渗试验装置主要进行大降雨下渗流模拟，在小雨情况下的模拟存在不足。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种室内降雨入渗试验模拟系统，采用该模拟系统能够研究不同坡度、不同降雨强度下不同土质内降雨入渗过程中水分运移形式及各物理量(基质吸力、入渗率、降雨入渗量、降雨径流量、降雨出渗量、出渗速率)的变化规律。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种室内降雨入渗试验模拟系统，包括支架、室内降雨模拟系统、土坡渗流模拟系统和量测系统；所述室内降雨模拟系统包括固定在所述支架上的喷淋器，所述喷淋器通过柔性导水管与室内进水管连接，所述柔性导水管上设有带控制阀的流量计；所述土坡渗流模拟系统包括底座、托架和试验槽，所述试验槽设置在所述喷淋器的下方，所述试验槽内设有土样槽、底渗流收集槽、侧渗流收集槽和径流收集槽；所述底渗流收集槽设置在所述土样槽的下方，所述底渗流收集槽与所述土样槽通过底部多孔板和底部透水无纺布隔开，所述底部透水无纺布铺设在所述底部多孔板上；所述侧渗流收集槽设置在所述土样槽的一侧，所述径流收集槽设置在所述侧渗流收集槽的外侧，所述侧渗流收集槽与所述土样槽通过侧部多孔板和侧部透水无纺布隔开，所述侧部透水无纺布铺设在所述侧部多孔板靠近土样槽的一侧，所述侧渗流收集槽设有顶盖，所述顶盖的顶标高与土样槽内土样的顶面标高相同，所述径流收集槽的顶部与土样槽土样之上的顶部贯通；所述底座上设有铰支架和销支架，所述销支架与所述底座滑动连接，在所述销支架上设有多个从下至上依次排列的销孔，所述铰支架与所述底座固接；所述试验槽固定在所述托架上，所述试验槽设有径流收集槽的一侧靠近所述铰支架；所述量测系统包括降雨量量测系统、底渗流量测系统、侧渗流量测系统和径流量测系统；所述降雨量量测系统包括雨水收集盒和雨水量杯，所述雨水收集盒设置在所述喷淋器的下方；所述雨水量杯设置在所述雨水收集盒的下方，所述雨水量杯和所述雨水收集盒通过软管Ⅰ连接；所述底渗流量测系统包括设置在所述底渗流收集槽下方的底渗流量杯，所述底渗流量杯通过软管Ⅱ与所述底渗流收集槽连接；所述侧渗流量测系统包括设置在所述侧渗流收集槽下方的侧渗流量杯，所述侧渗流量杯通过软管Ⅲ与所述侧渗流收集槽连接；所述径流量测系统包括设置在所述径流收集槽下方的径流量杯，所述径流量杯通过软管Ⅳ与所述径流收集槽连接。

所述喷淋器设有储水箱，在所述储水箱的底板上铺设有硅胶板，在所述储水箱的底板上垂直固定有多个均布的点胶针头，所述点胶针头的进口位于所述储水箱的储水腔内，所述点胶针头的出口穿出所述储水箱之外。

在所述喷淋器和所述流量计之间设有所述止水夹。

在所述喷淋器的下方设有雨罩，所述雨罩采用方形框套，所述方形框套的上端与所述储水箱固接，所述方形框套的底部前后两侧设有外伸的导轨，所述雨水收集盒的上口设有与所述导轨适配的滑槽，所述雨水收集盒滑动连接在所述方形框套的下方

本发明具有的优点和积极效果是：能进行不同坡度、不同降雨强度下不同土质的降雨入渗研究，通过该降雨入渗模拟系统可获取不同时刻降雨入渗率、降雨入渗量、降雨径流量、降雨出渗量、水分出渗速率、基质吸力等物理量，以便系统地对降雨入渗进行研究。并且本发明体积小、操作简便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的室内降雨模拟系统结构示意图；

图3为本发明的喷淋器立面图；

图4为本发明的喷淋器底板详图；

图5为图4的仰视图；

图6为本发明的试验槽结构示意图；

图7为本发明的雨罩和雨水收集盒的立体组装图；

图8为本发明的雨水收集盒立体图。

图中：1、支架；2、室内进水管；

31、球阀；32、接头；33、流量计；34、止水夹；35、柔性导水管；36喷淋器、；361、点胶针头；362、底板；363、储水箱；37、雨罩；371、导轨；38、硅胶板；

41、试验槽；411、土样槽；412、侧渗流收集槽；413、径流收集槽；414、底渗流收集槽；42、托架；43、铰支架；44、压板；45、导槽；46、底座；47、销支架；48、室内降雨装置；49、支架；

51、雨水收集盒；551、滑槽；52、软管Ⅰ；53、雨水量杯；54、软管Ⅱ；55、侧渗流量杯；56、底渗流量杯；57、软管Ⅳ；58、软管Ⅲ；59、径流量杯。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图8，一种室内降雨入渗试验模拟系统，包括支架1、室内降雨模拟系统、土坡渗流模拟系统和量测系统。

所述室内降雨模拟系统包括固定在所述支架1上的喷淋器36和柔性导水管35；所述喷淋器36设有储水箱363，在所述储水箱363的底板上铺设有硅胶板38，在所述储水箱363的底板362上垂直固定有多个均布的点胶针头361，所述点胶针头361的进口位于所述储水箱363的储水腔内，所述点胶针头361的出口穿出所述储水箱363之外；所述柔性导水管的进水端经接头32和球阀31与室内进水管2连接，所述柔性导水管35的出水端与所述储水箱363连接，在所述柔性导水管35上设有带控制阀的流量计33。

在本实施例中，在所述喷淋器36和所述流量计33之间设有所述止水夹34。在更换流量计时，用止水夹34夹住柔性导水管35，将止水夹34上部的水截止，防止倒流。在所述储水箱363的下方设有雨罩37，所述雨罩37采用方形框套，所述方形框套的上端与所述储水箱363的底板362固接，所有所述点胶针头361均位于所述方形框套内。所述流量计33采用玻璃转子流量计。所述储水箱363设有活动密封盖。所述柔性导水管35的出水端与所述储水箱363以及所述柔性导水管35的进水端和所述球阀31各通过一宝塔接头连接。

本实施例采用LZB-3和LZB-6玻璃转子流量计控制喷淋器36内的进水量，喷淋器36的尺寸长×宽×高为300mm×200mm×60mm。在喷淋器底板362上布置有孔径为2mm密孔，间距10mm，均匀分布呈网格状，布孔个数23×13。底板72上部粘接5mm厚硅胶板38，布23G点胶针头361，喷淋器36的活动密封盖采用玻璃胶密封，方便更换损坏针头或更换其它型号针头进行不同强度范围内降雨模拟。上述柔性导水管35采用8mm硅胶管。上述球阀31带有丝扣。

采用柔性导水管与室内进水管连接，将室内供水引入喷淋器，结构简单，成本低；采用带控制阀的流量计能够较为精确地控制柔性导水管内的流量，并且结构紧凑，为了进一步提高流量控制的精度，可以通过止水夹的协作，将大量程的流量计更换为小量程的流量计；采用点胶针头作为降水的最终射出件，能够降水分布均匀，并且能够使喷淋器降下细小雨丝，避免少量降水在孔径范围内形成表面张力，影响降水的下落，使该降雨模拟装置不但能够模拟大雨的实况，还能模拟小雨的实况，能够真实地模拟自然降雨，能够使室内降雨入渗试验的覆盖范围更加广泛；采用在喷淋器储水箱的底板上铺设有硅胶板，对点胶针头能够起到稳固的作用，同时对储水箱的底板起到防渗防漏的作用；采用在喷淋器下设置雨罩的结构，能够减少降水的损失，控制降水的有效范围，节约用水；在喷淋器的储水箱上设置活动密封盖，能够方便点胶针头的更换。

所述土坡渗流模拟系统包括底座46、托架42和试验槽41，所述试验槽41设置在所述喷淋器36的下方，所述试验槽41内设有土样槽411、底渗流收集槽414、侧渗流收集槽412和径流收集槽413；所述底渗流收集槽414设置在所述土样槽411的下方，所述底渗流收集槽414与所述土样槽411通过底部多孔板和底部透水无纺布隔开，所述底部透水无纺布铺设在所述底部多孔板上；所述侧渗流收集槽412设置在所述土样槽411的一侧，所述径流收集槽413设置在所述侧渗流收集槽412的外侧，所述侧渗流收集槽412与所述土样槽411通过侧部多孔板和侧部透水无纺布隔开，所述侧部透水无纺布铺设在所述侧部多孔板靠近土样槽411的一侧，所述侧渗流收集槽412设有顶盖，所述顶盖的顶标高与土样槽内土样的顶面标高相同，所述径流收集槽413的顶部与土样槽土样之上的顶部贯通；所述底座46上设有铰支架43和销支架47，所述销支架47与所述底座46滑动连接，在所述销支架47上设有多个从下至上依次排列的销孔，所述铰支架43与所述底座46固接；所述试验槽41固定在所述托架42上，所述试验槽41设有径流收集槽413的一侧靠近所述铰支架。

在本实施例中，所述销支架47与所述底座46滑动连接的实现方式为：在所述底座46上固定有压板44，在所述压板44与所述底座46之间形成有导槽45，所述销支架47设有地脚，所述地脚设置在所述导槽45内。为了满足试验槽调节角度的需要，在本实施例中，位置最高的所述销孔的中心与所述铰链轴的中心连线的倾角不小于45°，相邻两个所述销孔的中心分别与所述铰链轴的中心连线所成夹角是5°。以实现试验槽在步长为5°，角度为0～45°范围内的控制。为了方便试验槽41的取放，在本实施例中，在所述托架42上设有试验槽的限位结构，所述试验槽41置放在所述限位结构内。在本实施例中，试验槽采用10mm厚的有机玻璃制作，长×宽×高为300mm×150mm×160mm。

通过采用在试验槽内设置土样槽、底渗流收集槽、侧渗流收集槽和径流收集槽的结构，能够全面获取入渗试验所需的渗水量，满足入渗试验要求，广泛应用；通过采用将试验槽固定在托架上，托架倾角可调的结构，使土样槽内的土样坡度可调，能够研究各种坡度的降雨入渗。

所述量测系统包括降雨量量测系统、底渗流量测系统、侧渗流量测系统和径流量测系统；所述降雨量量测系统包括雨水收集盒51和雨水量杯53，所述雨水收集盒51设置在所述喷淋器36的下方；所述雨水量杯53设置在所述雨水收集盒51的下方，所述雨水量杯53和所述雨水收集盒51通过软管Ⅰ52连接；所述底渗流量测系统包括设置在所述底渗流收集槽414下方的底渗流量杯56，所述底渗流量杯56通过软管Ⅱ54与所述底渗流收集槽414连接；所述侧渗流量测系统包括设置在所述侧渗流收集槽412下方的侧渗流量杯55，所述侧渗流量杯55通过软管Ⅲ58与所述侧渗流收集槽412连接；所述径流量测系统包括设置在所述径流收集槽413下方的径流量杯59，所述径流量杯59通过软管Ⅳ57与所述径流收集槽413连接。

为保证精度可通过量杯暂时收集，定时通过不同量程量筒对量杯内雨水进行量测，亦可称重定时间段内收集水量，进行体积换算。

采用降雨量量测系统、底渗流量测系统、侧渗流量测系统和径流量测系统能够全面获取入渗试验所需的数据，满足入渗试验要求；采用在雨罩下设置与其滑动连接的雨水收集盒，能够进一步地使降水量的测量更加准确，并且能够方便测量位置的调整。采用将径流收集槽设置在侧渗流收集槽外侧的结构，能够便于土样坡度的调整。

采用上述模拟系统进行室内降雨入渗试验的步骤：

一)土样称重：根据不同密实度要求，称取相应质量的土样。

二)试验槽安装调整：安装试验槽，初始水平放置。在竖向上试验槽与喷淋器完全处于对中状态。

三)土样装填：将称好的土样分层装入土样槽，每层土样厚度2cm，按规定的夯击次数与夯击力度夯实土样。夯实过程中应注意确保各层土样的均匀性。填土完毕后，按试验要求完成试验槽角度调整。

四)喷淋系统的连接：用硅胶管连接喷淋器与流量计、流量计与供水系统末端宝塔接头，连接过程中确保流量计控制阀与丝扣球阀处于关闭状态。

五)稳定降雨控制：喷淋器下放置接雨器皿，打开丝扣球阀。同时，缓慢打开流量计流量控制阀，将流量调整到要求的控制值。自由降雨5min，然后进行下一步试验工作。进行上述操作的原因在于：初始状态，试验装置内压强较小，同时导管内存在大量空气，保持5min自由降雨后再继续接下来的降雨入渗测量工作，一方面，可以保证管路中气体完全被排除，另一方面，能够保证降雨强度的稳定。

六)降雨入渗观测开始：移除接雨器皿，调节雨水收集盒到规定的位置。降雨入渗试验正式进行。

七)试验结果记录：根据具体试验研究目的对不同的相关试验结果进行记录。

八)辅助参数测量：试验结束后土样含水率，喷淋器稳定降雨强度等量测。

九)清洗试验装置，进行后续试验。

如果试验包含随负压测量工作，根据研究需要，可选择在土样内部埋设张力计，对土样内负压变化规律进行测量，从能量角度对土壤水分运动进行研究。前期张力计埋设与后期数据记录请参照相关张力计的使用说明。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种室内降雨入渗试验模拟系统，其特征在于，包括支架、室内降雨模拟系统、土坡渗流模拟系统和量测系统；

所述室内降雨模拟系统包括固定在所述支架上的喷淋器，所述喷淋器通过柔性导水管与室内进水管连接，所述柔性导水管上设有带控制阀的流量计；

所述土坡渗流模拟系统包括底座、托架和试验槽，所述试验槽设置在所述喷淋器的下方，所述试验槽内设有土样槽、底渗流收集槽、侧渗流收集槽和径流收集槽；所述底渗流收集槽设置在所述土样槽的下方，所述底渗流收集槽与所述土样槽通过底部多孔板和底部透水无纺布隔开，所述底部透水无纺布铺设在所述底部多孔板上；所述侧渗流收集槽设置在所述土样槽的一侧，所述径流收集槽设置在所述侧渗流收集槽的外侧，所述侧渗流收集槽与所述土样槽通过侧部多孔板和侧部透水无纺布隔开，所述侧部透水无纺布铺设在所述侧部多孔板靠近土样槽的一侧，所述侧渗流收集槽设有顶盖，所述顶盖的顶标高与土样槽内土样的顶面标高相同，所述径流收集槽的顶部与土样槽土样之上的顶部贯通；所述底座上设有铰支架和销支架，所述销支架与所述底座滑动连接，在所述销支架上设有多个从下至上依次排列的销孔，所述铰支架与所述底座固接；所述试验槽固定在所述托架上，所述试验槽设有径流收集槽的一侧靠近所述铰支架；

所述量测系统包括降雨量量测系统、底渗流量测系统、侧渗流量测系统和径流量测系统；所述降雨量量测系统包括雨水收集盒和雨水量杯，所述雨水收集盒设置在所述喷淋器的下方；所述雨水量杯设置在所述雨水收集盒的下方，所述雨水量杯和所述雨水收集盒通过软管Ⅰ连接；所述底渗流量测系统包括设置在所述底渗流收集槽下方的底渗流量杯，所述底渗流量杯通过软管Ⅱ与所述底渗流收集槽连接；所述侧渗流量测系统包括设置在所述侧渗流收集槽下方的侧渗流量杯，所述侧渗流量杯通过软管Ⅲ与所述侧渗流收集槽连接；所述径流量测系统包括设置在所述径流收集槽下方的径流量杯，所述径流量杯通过软管Ⅳ与所述径流收集槽连接。

2.根据权利要求1所述的室内降雨入渗试验模拟系统，其特征在于，所述喷淋器设有储水箱，在所述储水箱的底板上铺设有硅胶板，在所述储水箱的底板上垂直固定有多个均布的点胶针头，所述点胶针头的进口位于所述储水箱的储水腔内，所述点胶针头的出口穿出所述储水箱之外。

3.根据权利要求2所述的室内降雨入渗试验模拟系统，其特征在于，在所述喷淋器和所述流量计之间设有所述止水夹。

4.根据权利要求3所述的室内降雨入渗试验模拟系统，其特征在于，在所述喷淋器的下方设有雨罩，所述雨罩采用方形框套，所述方形框套的上端与所述储水箱固接，所述方形框套的底部前后两侧设有外伸的导轨，所述雨水收集盒的上口设有与所述导轨适配的滑槽，所述雨水收集盒滑动连接在所述方形框套的下方。