CN106771077A - 一种蒸发条件下测量土壤性能的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，包括上部框架、下部框架、土柱桶、上位机、设置于上部框架内的风速传感器、气压传感器、湿度传感器、温度传感器、总辐射传感器及日光灯、以及用于提供电能的电源模块；上部框架位于下部框架的上部，上部框架的侧面设有风扇，土柱桶内填充有土壤，土壤的上端伸出到土柱桶外，土柱桶的下端固定于下部框架内，土柱桶的上端穿出下部框架后插入于上部框架内，该装置能够降低外界干扰因素对试验结果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量土壤性能的试验装置，具体涉及一种蒸发条件下测量土壤性能的实验装置。
背景技术
土壤水分蒸发入渗是自然界水循环最常见的一种方式，但土壤中水分不断的蒸发与入渗会被对土体结构和强度产生影响，在岩土工程中，土作为一种最常见的建筑材料，其结构特性与强度关系着建筑物的稳定与安全，尤其是某些地区的含盐土，在蒸发条件下，水分的迁移会带动盐分的迁移更会对土体结构强度造成严重破坏，因此为了研究与预防自然环境下蒸发引起水盐迁移对土体结构及强度产生的破坏，需要对土体进行室内模拟试验，监测各项数据定量分析土壤水盐迁移活动对土体结构及强度的影响，这就产生了这种蒸发条件下土壤水盐迁移及蒸发量检测的实验装置。
目前土工试验所用该类装置均大同小异，主要是将试验土柱放在封闭的环境箱内，环境箱内有模拟自然环境的红外灯、风扇等，在土柱上插上水分传感器监测水分盐分变化或者通过将土柱分段切割测量每段水盐含量，这些装置都有如下弊端：现有装置在一个封闭环境箱内试验，土壤全部暴露到外界，外界干扰因素对实验结果影响较大，因此不能准确的测量出土壤的蒸发量及水盐迁移情况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，该装置能够降低外界干扰因素对试验结果的影响。
为达到上述目的，本发明所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置包括上部框架、下部框架、土柱桶、上位机、设置于上部框架内的风速传感器、气压传感器、湿度传感器、温度传感器、总辐射传感器及日光灯、以及用于提供电能的电源模块；
上部框架位于下部框架的上部，上部框架的侧面设有风扇，土柱桶内填充有土壤，土壤的上端伸出到土柱桶外，土柱桶的下端固定于下部框架内，土柱桶的上端穿出下部框架后插入于上部框架内，气压传感器、温度传感器及湿度传感器均位于土壤上端的侧面，风扇的控制端及日光灯的控制端均与上位机的输出端相连接，上位机的输入端与总辐射传感器的输出端、风速传感器的输出端、气压传感器的输出端、温度传感器的输出端及湿度传感器的输出端相连接。
土柱桶下部设置有水室及多孔板，其中，水室及多孔板固定于下部框架内，土柱桶、多孔板及水室自上到下依次分布。
还包括供水盒、供水马氏瓶及供水阀门，其中，供水马氏瓶与供水盒相连通，供水盒的出口通过供水阀门与水室的入口相连通。
日光灯固定于上部框架的顶部。
风扇及风速传感器分别位于上部框架两个正对的侧面上。
上部框架上设置有风速传感器的侧面上开设有若干第一透气孔，上部框架的顶部开设有第二透气孔。
土柱桶分为若干节，相邻两节之间通过法兰连接。
土柱桶的高度为85cm，水室的高度为5cm。
上部框架内设有对比水盒。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置包括下部框架及上部框架，土柱桶内填充土壤，土壤的上端伸出到土柱桶外，土柱桶的下端位于下部框架内，土柱桶的上端位于上部框架内，气压传感器、温度传感器、湿度传感器、总辐射传感器及风速传感器均位于上部框架内，从而只将土壤的上部暴露于外界环境中，从而更大限度的降低外界因素对试验结果的影响。同时，上位机根据气压传感器、温度传感器、湿度传感器、总辐射传感器及风速传感器测量得到的信息即可计算出土壤的蒸发量，另外，环境模拟完成后，用户通过检测土壤不同高度位置的水盐含量，即可得到土壤的水盐迁移情况，操作简单，测量结果较为准确。
进一步，在试验过程中，通过第一透气孔及第二透气孔排出上部框架内的水蒸气，避免上部框架内的水蒸气对试验结果产生影响。
进一步，土柱桶分为若干节，相邻两节之间通过法兰相连接，可以拆卸掉法兰后，通过各层土壤切割测量含水率及含盐量，实现土壤水盐迁移情况的测量，测量精度高，并且节约材料。
进一步，水室通过供水阀门与供水盒相连通，实现土壤补水情况和不补水情况下性能的测试。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中土柱桶6的结构示意图；
其中，1为日光灯、2为风扇、3为供水马氏瓶、4为供水盒、5为对比水盒、6为土柱桶、7为供水阀门、8为水室、9为多孔板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置包括上部框架、下部框架、土柱桶6、上位机、设置于上部框架内的风速传感器、气压传感器、湿度传感器、温度传感器、总辐射传感器及日光灯1、以及用于提供电能的电源模块；上部框架位于下部框架的上部，上部框架的侧面设有风扇2，土柱桶6内填充有土壤，土壤的上端伸出到土柱桶6外，土柱桶6的下端固定于下部框架内，土柱桶6的上端穿出下部框架后插入于上部框架内，气压传感器、温度传感器及湿度传感器均位于土壤上端的侧面，风扇2的控制端及日光灯1的控制端均与上位机的输出端相连接，上位机的输入端与总辐射传感器的输出端、风速传感器的输出端、气压传感器的输出端、温度传感器的输出端及湿度传感器的输出端相连接。
土柱桶6下部设置有水室8及多孔板9，其中，水室8及多孔板9固定于下部框架内，土柱桶6、多孔板9及水室8自上到下依次分布。
本发明还包括供水盒4、供水马氏瓶3及供水阀门7，其中，供水马氏瓶3与供水盒4相连通，供水盒4的出口通过供水阀门7与水室8的入口相连通；日光灯1固定于上部框架的顶部；风扇2及风速传感器分别位于上部框架两个正对的侧面上；上部框架上设置有风速传感器的侧面上开设有若干第一透气孔，上部框架的顶部开设有第二透气孔。
土柱桶6分为若干节，相邻两节之间通过法兰连接；土柱桶6的高度为85cm，水室8的高度为5cm；上部框架内设有对比水盒5。
上部框架的长宽高分别为80cm、80cm及70cm，下部框架的长宽高分别为80cm、80cm及80cm，温度传感器的数目、湿度传感器的数目及气压传感器的数目均为4个。
本发明的具体试验过程为：
上位机控制日光灯1及风扇2打开，风速传感器及总辐射传感器实时检测上部框架内的风速信息及总辐射信息，并将上部框架内的风速信息及总辐射信息转发至上位机中，同时气压传感器、湿度传感器及温度传感器实时检测土壤表面的气压信息、湿度信息及温度信息，并将土壤表面的气压信息、湿度信息及温度信息发送至上位机中，上位机根据上部框架内的风速信息及总辐射信息、土壤表面的气压信息、湿度信息及温度信息计算土壤的蒸发量；
Ea＝f(u)·ea·(B-A) (3)
其中，E为蒸发量(mm/d)，τ为饱和蒸汽压-温度曲线在温度为T时的斜率(kPa/℃)，Q为土壤表面的等效净辐射量(mm/d)，Q＝QT/L，QT为土壤表面的净辐射量(MJ/m2·d)，L为水的气化潜热，例如，水在一个大气压(0.1MPa)、温度为100℃时的汽化潜热为2257.2kJ/kg；V为湿度常数，一般取0.66hPa/℃；A为土壤表面相对湿度的倒数，ea为土体蒸发面上空气的蒸汽压(kPa)，ea由空气的温度及相对湿度来确定；T为温度(℃)，Ea为自由水面蒸发量(mm/d)，f(u)为风函数，f(u)＝0.35*(1+u*0.15)，u为风速；B为空气相对湿度的倒数，A为土壤表面相对湿度的倒数。
同时环境模拟完成后，打开法兰，拆卸掉法兰后，通过各层土壤切割测量含水率及含盐量，实现土壤水盐迁移情况的测量。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，包括上部框架、下部框架、土柱桶(6)、上位机、设置于上部框架内的风速传感器、气压传感器、湿度传感器、温度传感器、总辐射传感器及日光灯(1)、以及用于提供电能的电源模块；
上部框架位于下部框架的上部，上部框架的侧面设有风扇(2)，土柱桶(6)内填充有土壤，土壤的上端伸出到土柱桶(6)外，土柱桶(6)的下端固定于下部框架内，土柱桶(6)的上端穿出下部框架后插入于上部框架内，气压传感器、温度传感器及湿度传感器均位于土壤上端的侧面，风扇(2)的控制端及日光灯(1)的控制端均与上位机的输出端相连接，上位机的输入端与总辐射传感器的输出端、风速传感器的输出端、气压传感器的输出端、温度传感器的输出端及湿度传感器的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，土柱桶(6)下部设置有水室(8)及多孔板(9)，其中，水室(8)及多孔板(9)固定于下部框架内，土柱桶(6)、多孔板(9)及水室(8)自上到下依次分布。
3.根据权利要求2所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，还包括供水盒(4)、供水马氏瓶(3)及供水阀门(7)，其中，供水马氏瓶(3)与供水盒(4)相连通，供水盒(4)的出口通过供水阀门(7)与水室(8)的入口相连通。
4.根据权利要求1所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，日光灯(1)固定于上部框架的顶部。
5.根据权利要求1所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，风扇(2)及风速传感器分别位于上部框架两个正对的侧面上。
6.根据权利要求1所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，上部框架上设置有风速传感器的侧面上开设有若干第一透气孔，上部框架的顶部开设有第二透气孔。
7.根据权利要求1所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，土柱桶(6)分为若干节，相邻两节之间通过法兰连接。
8.根据权利要求1所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，土柱桶(6)的高度为85cm，水室(8)的高度为5cm。
9.根据权利要求1所述的蒸发条件下测量土壤性能的实验装置，其特征在于，上部框架内设有对比水盒(5)。
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