CN109238802A - 土体测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种土体测量方法，涉及土体参数测量的技术领域，包括准备试验用土样；试验用土样装填进入桶体形成土体，以使桶体内土体的孔隙率和原状土相近；对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响；通过将准备好的土样按照一定方法装填进入桶体内，以形成和原状土理化性质相近的土体，模拟不同的降雨强度，同时对土体各参数进行实时测量，缓解了不同降雨强度下土体参数测量成本高，测量结果不准确的技术问题，实现了不同降雨强度下土体参数的方便测量以及测量结果准确度高的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及土体参数测量的技术领域，尤其是涉及一种土体测量方法。
背景技术
非饱和土是由土壤颗粒、水和空气组成，其饱和度小于100％；非饱和土在自然界广泛存在，尤其在干旱、半干旱地区；不同降雨强度的入渗促使土体内部发生剧烈渗流活动，而渗流会改变土的含水率大小，进而又影响到非饱和土基质吸力的大小；不同降雨强度对土体各参数有显著地影响，例如对张力、含水率、温度和电导率等；土体张力及含水率对土体的抗剪强度有较大影响，土体温度影响植被的生长以及微生物活动所引起的生物化学过程和非生命的化学过程，土体电导率反映了土体的含盐量及其它理化性质；综合以上，对不同降雨强度下土体参数的测量分析尤为重要。
现有技术对不同降雨强度下土体参数的测量分析常采用原型测量方法和基于土力学与热力学的渗流理论计算和数值模拟方法；原型测量方法是在待测量的区域内埋设土体参数监测装置，以对相关参数进行实时或定时监测和采集；基于土力学与热力学的渗流理论计算和数值模拟方法是利用建立数学模型的方法对不同降雨强度下土体参数的变化规律进行推导和预测。
但是，原型测量方法无法对降雨强度及地下水位的变化进行调控，且测量过程不可控变量多；建立数学模型的方法对实际工程的复杂性进行了简化处理，引入了大量的假设，结果往往与实际出入较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土体测量方法，以缓解了不同降雨强度下土体参数测量成本高，测量结果不准确的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：
本发明提供的土体测量方法，包括以下步骤：
准备试验用土样；
试验用土样装填进入桶体形成土体，以使桶体内土体的孔隙率和原状土相近；
对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响。
进一步的，准备试验用土样包括：
将土样晾干；
对土样进行碾碎处理；
土样经过圆孔筛筛分，将土样中的大土壤颗粒筛除。
进一步的，试验用土样装填进入桶体形成土体，以使桶体内土体的孔隙率和原状土相近包括：
101、桶体底部均匀铺设碎石垫层；
102、将镂空隔板铺设在碎石垫层上；
103、将纱布铺设在镂空隔板上；
104、土样倒入到桶体内，以使土样铺设于纱布上；
105、对桶体内土样压实，以形成土体。
进一步的，试验用土样装填进入桶体形成土体，以使桶体内土体的孔隙率和原状土相近还包括：
106、将镂空桶盖盖设于桶体的开口处；
107、将润湿纱布铺设于镂空桶盖上，以减少桶体内水分的蒸发。
进一步的，对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响包括：
201、调整水箱相对于桶体的高度，记录水箱的高度及水箱内液位高度；
202、打开喷淋阀以模拟降雨；
203、降雨水位超出桶内土体的顶面，以使土体浸水饱和；
204、关闭喷淋阀；
205、打开排水阀，测量桶体内土体的含水率，以得到雨水渗流的初始状态；
206、关闭排水阀。
进一步的，对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响还包括：
301、记录水箱内液位高度值，打开喷淋阀；
302、持续测量桶体内土体的相关数据；
303、多次改变喷淋阀流量，以模拟不同的降雨强度；
304、记录不同降雨强度下的土体相关数据。
进一步的，对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响还包括：
401、打开排水阀，持续测量在排水阀打开的情况下桶体内土体的相关数据；
402、在排水阀打开的情况下记录不同降雨强度的土体相关数据。
进一步的，桶体的底部设置有出液管；
出液管与桶体的底部连接，桶体内的液体通过出液管排出。
进一步的，出液管的入口设置有丝网；
丝网与出液管连接，以阻止碎石颗粒进入到出液管内。
进一步的，出液管上设置有用于控制液体流动的排水阀。
结合以上技术方案，本发明达到的有益效果在于：
本发明提供的土体测量方法，包括准备试验用土样；试验用土样装填进入桶体形成土体，以使桶体内土体的孔隙率和原状土相近；对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响；通过将准备好的土样按照一定方法装填进入桶体内，以形成和原状土理化性质相近的土体，模拟不同的降雨强度，同时对土体各参数进行实时测量，缓解了不同降雨强度下土体参数测量成本高，测量结果不准确的技术问题，实现了不同降雨强度下土体参数的方便测量以及测量结果准确度高的技术效果。
附图说明
为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的土体测量方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的土体测量方法的整体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的土体测量方法中的镂空隔板的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的土体测量方法中的镂空桶盖的结构示意图。
图标：100-桶体；200-水箱；210-进水管；220-喷淋阀；230-喷淋头；240-排水管；250-排水阀；300-立柱；310-液位尺；400-碎石垫层；410-镂空隔板；420-土体；430-镂空桶盖；500-张力计；600-传感器数据采集装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本实施例提供的土体测量方法的流程图；图2为本实施例提供的土体测量方法的整体结构示意图；图3为本实施例提供的土体测量方法中的镂空隔板的结构示意图；图4为本实施例提供的土体测量方法中的镂空桶盖的结构示意图。
如图1-4所示，本实施例提供了一种土体420测量方法，包括以下步骤：准备试验用土样；试验用土样装填进入桶体100形成土体420，以使桶体100内土体420的孔隙率和原状土相近；对桶体100内土体420模拟降雨，测量不同降雨条件下土体420参数，以模拟不同降雨强度对土体420参数的影响。
具体的，准备试验用土样并将试验用土样装填进入桶体100内，以形成和原状土孔隙率相近的土体420，桶体100上设置有张力计500、土壤水分传感器、温度传感器和电导率传感器，土壤水分传感器、温度传感器和电导率传感器均与传感器数据采集装置600电连接，张力计500、土壤水分传感器、温度传感器和电导率传感器均设置为多个，且在桶体100的内壁沿高度方向布置，以上各传感器可分别测出桶体100内不同高度处土体420的张力、含水率、温度和电导率参数。
本实施例提供的土体420测量方法，包括准备试验用土样；试验用土样装填进入桶体100形成土体420，以使桶体100内土体420的孔隙率和原状土相近；对桶体100内土体420模拟降雨，测量不同降雨条件下土体420参数，以模拟不同降雨强度对土体420参数的影响；通过将准备好的土样按照一定方法装填进入桶体100内，以形成和原状土理化性质相近的土体420，模拟不同的降雨强度，同时对土体420各参数进行实时测量，缓解了不同降雨强度下土体420参数测量成本高，测量结果不准确的技术问题，实现了不同降雨强度下土体420参数的方便测量以及测量结果准确度高的技术效果。
在上述实施例的基础上，进一步的，本实施例提供的土体420测量方法中的准备试验用土样包括：将土样晾干；对土样进行碾碎处理；土样经过圆孔筛筛分，将土样中的大颗粒土壤筛除。
具体的，从待测量土壤环境中取适量试验用土样，将试验用土样进行自然晾干或烘干，把晾干后的土样通过碾碎机碾碎，碾碎后的土样须通过2mm以下直径的圆孔筛进行筛分，以筛除土样中的大颗粒土壤，防止大颗粒土壤对试验造成影响。
进一步的，试验用土样装填进入桶体100形成土体420，以使桶体100内土体420的孔隙率和原状土相近包括：101、桶体100底部均匀铺设碎石垫层400；102、将镂空隔板410铺设在碎石垫层400上；103、将纱布铺设在镂空隔板410上；104、土样倒入到桶体100内，以使土样铺设于纱布上；105、对桶体100内土样压实，以形成土体420。
具体的，在桶体100底部均匀铺设大约20厘米高度的碎石垫层400，以使水流在桶体100底部均匀分散，防止水流对底层土体420产生冲刷；在碎石垫层400上设置一块与桶体100内径相同的镂空隔板410，镂空隔板410可设置为多种材质，较佳的，镂空隔板410选用为有机玻璃，镂空隔板410上均匀的设置有等直径的细小孔洞，镂空隔板410上铺设有一层纱布，防止了渗流或排水过程中细小的土壤颗粒被水流带走或被填充到碎石垫层400的间隙内；将准备好的土样分多层填充到桶体100内且位于纱布的上部空间，其中，各层的土样可设置为不同的高度，较为优先的，每层土样的高度均设置为3-4厘米；更为具体的，先对桶体100的底部填充3-4厘米高度的土样，且对上述土样进行压实，而后在第一层土样的基础上再次填充3-4厘米高度的土样，并再次进行压实，重复以上操作，直至桶体100内土样的厚度达到试验需求的高度，即形成了和原状土孔隙率相近的土体420。
进一步的，试验用土样装填进入桶体100形成土体420，以使桶体100内土体420的孔隙率和原状土相近还包括：106、将镂空桶盖430盖设于桶体100的开口处；107、将润湿纱布铺设于镂空桶盖430上，以减少桶体100内水分的蒸发。
具体的，将镂空桶盖430盖合于桶体100的开口处，如图4所示，镂空桶盖430上均匀的设置有等直径的细小孔洞，将多层湿润的纱布铺设在镂空桶盖430上，减少了桶体100内水分的蒸发且保证了桶体100内外气压的一致性，减少了环境变量对试验造成的误差。
本实施例提供的土体420测量方法，通过把试验用土样自然晾干，把晾干后的土样碾碎，碾碎后的土样过圆孔筛，将碎石垫层400设置在桶体100的底部，碎石垫层400上依次铺设有镂空隔板410和纱布，将准备好的土样分多层填充到桶体100内且位于纱布的上部空间，且逐层压实，镂空桶盖430盖合于桶体100的开口处，镂空桶盖430上铺设层湿润的纱布，使得桶体100内形成的土体420与原状土的孔隙率相近，减少了环境变量对试验造成的误差，使得本实施例提供的土体420测量方法方便实施且测量误差小。
进一步的，对桶体100内土体420模拟降雨，测量不同降雨条件下土体420参数，以模拟不同降雨强度对土体420参数的影响包括：201、调整水箱200相对于桶体100的高度，记录水箱200的高度及水箱200内液位高度；202、打开喷淋阀220以模拟降雨；203、降雨水位超出桶体100内土体420的顶面，以使土体420浸水饱和；204、关闭喷淋阀220；205、打开排水阀250，测量桶体100内土体420的含水率，以得到雨水渗流的初始状态；206、关闭排水阀250。
其中，桶体100的底部设置有出液管，出液管与桶体100的底部连接，桶体100内的液体通过出液管排出；出液管的入口处设置有过滤丝网，过滤丝网与出液管连接，以阻止碎石颗粒进入到出液管内，出液管上设置有用于控制液体流动的排水阀250。
具体的，立柱300上设置有刻度值，刻度值可显示水箱200相对桶体100的高度，调整水箱200相对于桶体100的高度，记录水箱200位于立柱300上的刻度值；水箱200内设置有液位尺310，液位尺310用于测量水箱200内的液位高度，通过液位尺310记录水箱200内的液位高度；水箱200上连接有进水管210，进水管210的一端设置有喷淋头230，喷淋头230和水箱200之间设置有喷淋阀220，喷淋阀220用于控制喷淋头230的开启以及调节喷淋头230的流量。
另外，桶体100的底部且位于碎石垫层400下部设置有出液管，出液管与桶体100的底部连接，出液管与桶体100之间密封，桶体100内的液体通过出液管排出；出液管的入口处设置有过滤丝网，过滤丝网与出液管连接，以阻止碎石颗粒进入到出液管内，出液管位于桶体100外侧一端上设置有用于控制液体流动的排水阀250。
打开喷淋阀220，并将喷淋头230设置为固定流量值，喷淋头230持续模拟降雨过程，直至降雨水位持续保持在桶体100内土体420的顶面以上，以使土体420浸水饱和，即土体420保持在不再吸收雨水的状态；而后关闭喷淋阀220，停止模拟降雨，打开排水阀250，使得桶体100内的水持续从排水管240流出，同时通过传感器数据采集装置600读取土体420的含水率，更为具体的，每间隔一段时间记录一次土体420的含水率，较佳的，每间隔三分钟记录一次土体420的含水量，当连续三次及以上测量得到的土体420的含水率相同或接近时，此时土体420的渗流状态确定为雨水入渗的初始状态，雨水入渗的初始状态作为后续不同降雨条件下土体420参数测量的基准或对照组，雨水入渗的初始状态确定后关闭排水阀250。
进一步的，对桶体100内土体420模拟降雨，测量不同降雨条件下土体420参数，以模拟不同降雨强度对土体420参数的影响还包括：301、记录水箱200内液位高度值，打开喷淋阀220；302、持续测量桶体100内土体420的相关数据；303、多次改变喷淋阀220流量，以模拟不同的降雨强度；304、记录不同降雨强度下的土体420相关数据。
具体的，此时桶体100的状态等同于不透水的地基，通过水箱200内的液位尺310记录水箱200内的液位高度，打开喷淋阀220，随后，每隔两分钟记录不同高度处的张力计500读数以及土壤含水率、温度和电导率参数，直至采集到所需求组数的土体420参数；通过喷淋阀220改变喷淋头230的流量，用以模拟不同的降雨强度，而后记录不同降雨强度下土体420的张力、含水率、温度和电导率参数值，多次改变喷淋头230的流量，重复以上操作，直至采集到所需求组数的土体420参数。
另外，不同的降雨强度，即单位时间内的降雨量，可与不同的喷淋阀220阀门开度之间形成线性关系，具体的线性关系可通过多次试验确定。
进一步的，对桶体100内土体420模拟降雨，测量不同降雨条件下土体420参数，以模拟不同降雨强度对土体420参数的影响还包括：401、打开排水阀250，持续测量在排水阀250打开的情况下桶体100内土体420的相关数据；402、在排水阀250打开的情况下记录不同降雨强度的土体420相关数据。
具体的，打开排水阀250，此时桶体100的状态等同于不断透水的地基，降雨通过土体420自然下渗，每隔两分钟记录在排水阀250打开的情况下不同高度处的张力计500读数以及土壤含水率、温度和电导率参数，直至采集到所需求组数的土体420参数；通过喷淋阀220改变喷淋头230的流量，用以模拟不同的降雨强度，而后记录排水阀250打开情况下不同降雨强度下土体420的张力、含水率、温度和电导率参数值，多次改变喷淋头230的流量，重复以上操作，直至采集到所需求组数的土体420参数。
本实施例提供的土体420测量方法，通过调节喷淋阀220的不同阀门开度改变喷淋头230的流量，以及在打开和关闭排水阀250的状态下，实现了能够在不同降雨强度以及在透水地基和不透水地基条件下可靠的测量土体420的张力、含水率、温度和电导率参数。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种土体测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备试验用土样；
试验用土样装填进入桶体形成土体，以使桶体内土体的孔隙率和原状土相近；
对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响。
2.根据权利要求1所述的土体测量方法，其特征在于，所述准备试验用土样包括：
将土样晾干；
对土样进行碾碎处理；
土样经过圆孔筛筛分，将土样中的大土壤颗粒筛除。
3.根据权利要求2所述的土体测量方法，其特征在于，所述试验用土样装填进入桶体形成土体，以使桶体内土体的孔隙率和原状土相近包括：
101、桶体底部均匀铺设碎石垫层；
102、将镂空隔板铺设在碎石垫层上；
103、将纱布铺设在镂空隔板上；
104、土样倒入到桶体内，以使土样铺设于纱布上；
105、对桶体内土样压实，以形成土体。
4.根据权利要求3所述的土体测量方法，其特征在于，所述试验用土样装填进入桶体形成土体，以使桶体内土体的孔隙率和原状土相近还包括：
106、将镂空桶盖盖设于桶体的开口处；
107、将润湿纱布铺设于镂空桶盖上，以减少桶体内水分的蒸发。
5.根据权利要求4所述的土体测量方法，其特征在于，所述对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响包括：
201、调整水箱相对于桶体的高度，记录水箱的高度及水箱内液位高度；
202、打开喷淋阀以模拟降雨；
203、降雨水位超出桶内土体的顶面，以使土体浸水饱和；
204、关闭喷淋阀；
205、打开排水阀，测量桶体内土体的含水率，以得到雨水渗流的初始状态；
206、关闭排水阀。
6.根据权利要求5所述的土体测量方法，其特征在于，所述对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响还包括：
301、记录水箱内液位高度值，打开喷淋阀；
302、持续测量桶体内土体的相关数据；
303、多次改变喷淋阀流量，以模拟不同的降雨强度；
304、记录不同降雨强度下的土体相关数据。
7.根据权利要求6所述的土体测量方法，其特征在于，所述对桶体内土体模拟降雨，测量不同降雨条件下土体参数，以模拟不同降雨强度对土体参数的影响还包括：
401、打开排水阀，持续测量在排水阀打开的情况下桶体内土体的相关数据；
402、在排水阀打开的情况下记录不同降雨强度的土体相关数据。
8.根据权利要求3所述的土体测量方法，其特征在于，所述桶体的底部设置有出液管；
所述出液管与所述桶体的底部连接，所述桶体内的液体通过所述出液管排出。
9.根据权利要求8所述的土体测量方法，其特征在于，所述出液管的入口处设置有过滤丝网；
所述过滤丝网与所述出液管连接，以阻止碎石颗粒进入到所述出液管内。
10.根据权利要求9所述的土体测量方法，其特征在于，所述出液管上设置有用于控制液体流动的排水阀。
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