CN108444871A - 一种室外土壤入渗试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室外土壤入渗试验装置及方法，包括环刀、水管、FDR探针、排水管口；所述环刀为两端敞口的圆柱形中空腔体，环刀内壁有用于标明水头高度的刻度线；环刀一侧设有开口，开口处设有向外延伸的外接口，外接口与水管接口螺纹连接，水管向上竖直距离高于环刀顶端；所述环刀另一侧设有与外接口位于同一水平线的排水管口；所述FDR探针设于环刀正下方，探针向上深入待测土壤，测定含水率的变化情况，FDR探针与读数装置相连接；本发明在使用时对土样扰动小，更好地保留土样原本的内部结构，准确反映土壤入渗的规律；通过调整水管角度向环刀外排水，保持入渗时环刀内的水头高度，并直接从刻度读数，满足一定试验精度要求。

Description

一种室外土壤入渗试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种土壤入渗试验装置，具体涉及一种室外土壤入渗试验装置及方法。

背景技术

土壤水是一种重要的淡水资源，我国大部分地区处于干旱、半干旱或半湿润地区，因而非饱和带中水和溶质的运移过程具有重要的研究价值。一方面，土壤非饱和带上与大气接触，接受大气降水补给，维系植物生长，下与地下水系统相通，补给地下水，是联系大气层和地下水含水层的纽；另一方面，人类活动的直接影响大部分发生在土壤非饱和带，进而影响地下水系统和地表径流系统。因此土壤非饱和带水分和溶质运移过程已成为研究水循环和水环境不可或缺的课题。目前常采用室内土柱入渗试验来研究土壤入渗的规律。室内试验的方法都要求事先取得原状土样，但由于试样在采取，运送，保存和制备过程中不可避免地受到扰动，所以，室内试验的结果对土的实际情况反映就会受到影响，无法完全反映土壤的入渗规律。因此，本发明针对室外土壤入渗试验设计了一套试验装置。现在的室内试验装置用于室外试验时，由于装置结构复杂，零件较多，因此极不便于携带和使用。且室外条件较恶劣，极易导致装置损坏或造成较大误差甚至试验失败。此外，采用传统的室内装置进行室外试验时仍需进行取土和装填，仍无法从根本上克服试验方法对于土样的扰动问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种室外土壤入渗试验装置及方法，此装置携带方便，结构简单，操作方便，耐用性好并且能够尽量减小对土样扰动，以提高试验准确度的装置。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种室外土壤入渗试验装置，包括环刀、水管、FDR探针、排水管口；所述环刀为两端敞口的圆柱形中空腔体，所述环刀内壁有用于标明水头高度的刻度线；所述环刀一侧设有开口，所述开口处设有向外延伸的外接口，所述外接口与水管接口螺纹连接，所述水管向上竖直距离高于环刀顶端；所述环刀另一侧设有与外接口位于同一水平线的排水管口；所述FDR探针设于环刀正下方，探针向上深入待测土壤，测定含水率的变化情况，所述FDR探针与读数装置相连接。

作为本发明的进一步改进，所述排水管口和外接口中心点距离环刀顶部10-20cm。

作为本发明的进一步改进，所述排水管口设有控制开合的阀门。

作为本发明的进一步改进，所述环刀一端为尖端部。

作为本发明的进一步改进，所述水管采用机玻璃或亚克力透明且具有一定强度的材料制成。

作为本发明的进一步改进，所述水管为型，通过一端口与环刀相连接。

作为本发明的进一步改进，所述环刀内壁水头刻度线的0刻度位于所述水管和排水管口以下3-10cm处。

作为本发明的进一步改进，所述外接口和水管接口之间设有防止漏水的橡胶密封圈。

一种室外土壤入渗试验方法，包括如下步骤：

步骤(A)：先将透明水管通过其下部接口处的内螺纹与环刀外接口的外螺纹相连接，待螺口转动一定圈数后，接口处的橡胶密封圈与环刀上的接口紧密接触即可；

步骤(B)：检查该处密封性，具体方法为：先从环刀内侧将内接口塞住，随后从透明水管的上端向其中注入一定量的水，形成液封；注入完毕后记下水面高度刻度值，观察接口处是否渗水，等待一段时间后对比水面刻度值是否改变；若未改变则密封性良好，若水面高度下降较多，说明此处漏水，应检查此处橡胶密封圈是否完好，并可在交界处缠绕防水胶带；待检查密封良好后，即完成各组件的装配；

步骤(C)：对待测区土样进行简单平整操作后，将装配完成的环刀插入待测区域土样，利用橡皮锤击打环刀上端，使土体上表面刚好对准环刀内壁0刻度线处；击打过程中应注意平均用力，尽量保持环刀竖直插入，同时应减少左右摇晃，避免环刀内壁与土样之间缝隙过大造成较大误差；

步骤(D)：用铲子将环刀外侧一部分土体挖开，并将FDR探针埋入环刀正下方，且保持FDR探针的探针头与土壤充分接触，然后将FDR探针与读数装置相连即可；

步骤(E)：关闭排水管上的阀门，向环刀内注水，缓慢转动透明水管排出环刀内多余的水，使环刀内水头达到预设高度；当向环刀内注水时，由于透明水管与环刀连通，所以透明水管内的液面会上升，当环刀内水头高于预设高度时，多余的水即从透明水管溢出；实验过程中若要保持常水头，只需保持水管角度一定即可；试验人员通过环刀内壁的刻度直接读出环刀内的液面高度，即为入渗的水头高度；

步骤(F)：根据水面下降速度的快慢，应及时向环刀内补水，以保持一定水头高度；在保持一定水头高度的前提下，开始记录入渗时间并同时监测FDR探针的度数；监测的时间间隔可根据实验要求自行调整，一般计为10～15s；

步骤(G)：待监测的数据稳定在一个固定值附近时，再监测一段时间后，结束实验；打开排水管的阀门，排出环刀内的水，将环刀从土样中拔出、拆解、清洗、晾干即可。

本发明的有益之处在于：

1、装置结构简单，携带方便，选用材料结实耐用，对室外试验的恶劣条件适应性较强；

2、使用时对土样的扰动较小，能够更好地保留土样原本的内部结构，更准确地反映土壤入渗的规律；

3、通过调整透明水管的角度可实现对环刀内水头高度的调整，并直接通过环刀内壁的刻度直接读出，能够满足一定的试验精度要求，从而方便了对室外土壤入渗规律的研究。

附图说明

图1为本发明的一种室外土壤入渗试验装置的结构示意图。

附图中标记的含义如下：1、环刀，2、排水管口，3、外接口，4、水管，5、FDR探针，6、阀门。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示，一种室外土壤入渗试验装置，包括环刀1，FDR探针5、水管4、排水管口2；所述环刀1为两端敞口的圆柱形中空腔体，所述环刀1内壁有用于标明水头高度的刻度线，所述环刀1一侧设有开口，所述开口处设有向外延伸的外接口3，所述外接口3与水管4的接口螺纹连接，水管4为型，水管4向上竖直距离高于环刀1顶端；两接口之间设有防止漏水的橡胶密封圈；环刀1另一侧设有与外接口3位于同一水平线的排水管口2；环刀1插入土壤后，将FDR探针5埋于环刀1正下方，探针向上深入待测土壤，测定含水率的变化情况，FDR探针5与读数装置相连接。

所述环刀1的材料可以依据待测区域土壤的坚实程度、干湿程度的不同来选择。如对于较为紧实、干燥的土壤，可以采用质地较硬一些的金属材料，如不锈钢、铝合金等；而对于松软、湿润的土壤，则可以采用质地软一些的材料，如工程塑料。在考虑到产品使用寿命，例如，氧化及变形，以及产品的制造成本的情况下，优选使用不锈钢材料制成环刀1。

所述环刀1环刀一端为尖端部，这样的设置方便环刀1插入土壤中。

所述水管4采用机玻璃或亚克力透明且具有一定强度的材料制成。

水管4一端进水口内壁设有内螺纹，环刀1上的外接口3设有外螺纹，从而使环刀1与水管4螺纹连接，内螺纹与外螺纹交界处可缠防水胶带以防止接口处渗水。

所述排水管口2设有控制开合的阀门6。

所述环刀1内壁水头刻度线的0刻度位于所述水管4和排水管口2以下3-10cm，优选5cm。

所述排水管口2和外接口3中心点距离环刀1顶部10-20cm，优选为15cm。

一种室外土壤入渗试验方法，包括如下步骤：

步骤(A)：先将透明水管4通过其下部接口处的内螺纹与环刀1外接口3的外螺纹相连接，待螺口转动一定圈数后，接口处的橡胶密封圈与环刀1上的接口紧密接触即可；

步骤(B)：检查该处密封性，具体方法为：先从环刀1内侧将内接口塞住，随后从透明水管4的上端向其中注入一定量的水，形成液封；注入完毕后记下水面高度刻度值，观察接口处是否渗水，等待一段时间后对比水面刻度值是否改变；若未改变则密封性良好，若水面高度下降较多，说明此处漏水，应检查此处橡胶密封圈是否完好，并可在交界处缠绕防水胶带；待检查密封良好后，即完成各组件的装配；

步骤(C)：对待测区土样进行简单平整操作后，将装配完成的环刀1插入待测区域土样，利用橡皮锤击打环刀1上端，避免硬物击打造成装置损坏，使环刀1土体上表面刚好对准环刀1内壁0刻度线处；击打过程中应注意平均用力，尽量保持环刀1竖直插入，同时应减少左右摇晃，避免环刀1内壁与土样之间缝隙过大造成较大误差；

步骤(D)：用铲子将环刀1外侧一部分土体挖开，并将FDR探针5埋入环刀1正下方，且保持FDR探针5的探针头与土壤充分接触，然后将FDR探针5与读数装置相连即可；

步骤(E)：缓慢转动透明水管4使其达到预设角度，并关闭排水管4上的阀门6，向环刀1内注入水，缓慢转动透明水管4排出环刀1内多余的水，使环刀1内水头达到预设高度；当向环刀1内注水时，由于透明水管4与环刀1连通，所以透明水管4内的液面会上升，当环刀1内水头高于预设高度时，多余的水即从透明水管4溢出。实验过程中若要保持常水头，只需保持水管4角度一定即可。且该透明水管4中的液面上升稳定后通过其上的刻度指示的高度即可表示出环刀1内液面的高度，试验人员通过透明水管4中的液面高度环刀1内壁的刻度直接读出环刀1内的液面高度，即为入渗的水头高度；

步骤(F)：根据水面下降速度的快慢，应及时向环刀1内补水，以保持一定水头高度；在保持一定水头高度的前提下，开始记录入渗时间并同时监测FDR探针5的度数；监测的时间间隔可根据实验要求自行调整，一般计为10～15s；

步骤(G)：待监测的数据稳定在一个固定值附近时，再监测一段时间后，结束实验；试验结束后打开排水管4的阀门6，排出环刀1内的水，将环刀1从土样中拔出、拆解、清洗、晾干即可。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种室外土壤入渗试验装置，其特征在于：包括环刀(1)、水管(4)、FDR探针(5)、排水管口(2)；所述环刀(1)为两端敞口的圆柱形中空腔体，所述环刀(1)内壁设有用于标明水头高度的刻度线；所述环刀(1)一侧设有开口，所述开口处设有向外延伸的外接口(3)，所述外接口(3)与水管(4)接口螺纹连接，所述水管(4)向上竖直距离高于环刀(1)顶端；所述环刀(1)另一侧设有与外接口(3)位于同一水平线的排水管口(2)；所述FDR探针(5)设于环刀(1)正下方，探针向上深入待测土壤，测定含水率的变化情况，所述FDR探针(5)与读数装置相连接。

2.根据权利要求1所述的一种室外土壤入渗试验装置，其特征在于：所述排水管口(2)和外接口(3)中心点距离环刀(1)顶部10-20cm。

3.根据权利要求1所述的一种室外土壤入渗试验装置，其特征在于：所述排水管口(2)设有控制开合的阀门(6)。

4.根据权利要求1所述的一种室外土壤入渗试验装置，其特征在于：所述环刀(1)一端为尖端部。

5.根据权利要求1所述的一种室外土壤入渗试验装置，其特征在于：所述水管(4)采用机玻璃或亚克力透明且具有一定强度的材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种室外土壤入渗试验装置，其特征在于：所述水管(4)为型，通过一端口与环刀(1)相连接。

7.根据权利要求1所述的一种室外土壤入渗试验装置，其特征在于：所述外接口(3)和水管(4)接口之间设有防止漏水的橡胶密封圈。

8.根据权利要求1所述的一种室外土壤入渗试验装置，其特征在于：所述环刀(1)内壁水头刻度线的0刻度位于所述水管(4)和排水管口(2)以下3-10cm处。

9.一种室外土壤入渗试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(A)：先将透明水管(4)通过其下部接口处的内螺纹与环刀(1)外接口(3)的外螺纹相连接，待螺口转动一定圈数后，接口处的橡胶密封圈与环刀(1)上的接口紧密接触即可；

步骤(B)：检查该处密封性，具体方法为：先从环刀(1)内侧将内接口塞住，随后从透明水管(4)的上端向其中注入一定量的水，形成液封；注入完毕后记下水面高度刻度值，观察接口处是否渗水，等待一段时间后对比水面刻度值是否改变；若未改变则密封性良好，若水面高度下降较多，说明此处漏水，应检查此处橡胶密封圈是否完好，并可在交界处缠绕防水胶带；待检查密封良好后，即完成各组件的装配；

步骤(C)：对待测区土样进行简单平整操作后，将装配完成的环刀(1)插入待测区域土样，利用橡皮锤击打环刀(1)上端，使土体上表面刚好对准环刀(1)内壁0刻度线处；击打过程中应注意平均用力，尽量保持环刀(1)竖直插入，同时应减少左右摇晃，避免环刀(1)内壁与土样之间缝隙过大造成较大误差；

步骤(D)：用铲子将环刀(1)外侧一部分土体挖开，并将FDR探针(5)埋入环刀(1)正下方，且保持FDR探针(5)的探针头与土壤充分接触，然后将FDR探针(5)与读数装置相连即可；

步骤(E)：关闭排水管(4)上的阀门(6)，向环刀(1)内注水，缓慢转动透明水管(4)排出环刀(1)内多余的水，使环刀(1)内水头达到预设高度；当向环刀(1)内注水时，由于透明水管(4)与环刀(1)连通，所以透明水管(4)内的液面会上升，当环刀(1)内水头高于预设高度时，多余的水即从透明水管(4)溢出；实验过程中若要保持常水头，只需保持水管(4)角度一定即可；试验人员通过环刀(1)内壁的刻度直接读出环刀(1)内的液面高度，即为入渗的水头高度；

步骤(F)：根据水面下降速度的快慢，应及时向环刀(1)内补水，以保持一定水头高度；在保持一定水头高度的前提下，开始记录入渗时间并同时监测FDR探针(5)的度数；监测的时间间隔可根据实验要求自行调整，一般计为10～15s；

步骤(G)：待监测的数据稳定在一个固定值附近时，再监测一段时间后，结束实验；打开排水管的阀门(6)，排出环刀(1)内的水，将环刀(1)从土样中拔出、拆解、清洗、晾干即可。