CN109799180A - 一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，属于土柱入渗试验技术领域，包括透明有机玻璃柱、电脑和数据采集仪，其特征在于：还包括升降支架、恒流瓶和电子秤，电子秤与电脑连接，恒流瓶置于电子秤上，恒流瓶的瓶口塞有橡胶塞，橡胶塞上贯穿连接有进气管，进气管上连接有进气开关，恒流瓶上连接有输水管，输水管的出水端上连接有降雨喷头，输水管上连接有供水开关和流量计，透明有机玻璃柱内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器和基质吸力传感器。本发明能够对降雨强度和积水入渗的积水高度进行精确控制，不仅能够有效实现土柱降雨入渗全过程的模拟，而且能够模拟多种工况下的降雨入渗试验，操作简单，易于推广。

Description

一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置

技术领域

本发明涉及到土柱入渗试验技术领域，尤其涉及一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置。

背景技术

进行室内土柱降雨入渗试验是研究土体降雨入渗规律的有效手段。目前常规的土柱入渗装置可模拟定水头积水入渗。在天然降雨条件下，土体的入渗是由非积水入渗到积水入渗的发展过程。土坡在降雨条件下，坡面会由非积水入渗发展为定水头积水入渗，常规的土柱入渗装置并不能完全模拟这一过程。

公开号为CN 206756813U，公开日为2017年12月15日的中国专利文献公开了一种降雨入渗试验模拟装置，其特征在于：包括顶部设有开口的土柱模拟装置及设置在所述土柱模拟装置顶部的降雨模拟装置；所述土柱模拟装置包括有机玻璃圆柱体，所述有机玻璃圆柱体内部设有土壤，所述有机玻璃圆柱体底部设有砂砾石，所述砂砾石和所述土壤之间设有土工布；

所述砂砾石通过连接管与地下水模拟装置连通；所述有机玻璃圆柱体的侧壁上插有至少三个土壤水分盐分监测系统，所述土壤水分盐分监测系统伸入所述有机玻璃圆柱体中的土壤中；所述连接管与所述有机玻璃圆柱体和所述地下水模拟装置的连接处均设有防水密封部件。

公开号为CN 204945001U，公开日为2016年01月06日的中国专利文献公开了一种室内模拟降雨入渗的试验装置，其特征在于，包括：用于容纳非饱和土的两端敞口的土柱筒、安装于所述土柱筒顶端的降雨装置、与所述降雨装置通过第一导管相连的注水装置、安装于所述土柱筒底端的水样收集装置、用于测量土壤含水率的数据采集装置以及向数据采集装置供电的电源；所述数据采集装置包括多组沿土柱筒纵向分布的时域反射仪，所述时域反射仪的三个探头伸入土壤内部以采集含水率数据，探头经信号线将测试数据传输至采集器。

在天然降雨条件下，土体的入渗是由非积水入渗到积水入渗的发展过程；土坡在降雨条件下，坡面会由非积水入渗发展为定水头积水入渗；以上述专利文献为代表的现有技术，降雨强度和积水入渗的积水高度不能精确的控制，不能有效实现土柱降雨入渗全过程的模拟。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，本发明能够对降雨强度和积水入渗的积水高度进行精确控制，不仅能够有效实现土柱降雨入渗全过程的模拟，而且能够模拟多种工况下的降雨入渗试验，操作简单，易于推广。

本发明通过下述技术方案实现：

一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，包括透明有机玻璃柱、电脑和数据采集仪，数据采集仪与电脑连接，其特征在于：还包括升降支架、恒流瓶和电子秤，所述升降支架包括底座、立柱和滑动连接在立柱上的升降座板，所述电子秤固定在升降座板上，电子秤通过信号电缆与电脑连接，所述恒流瓶置于电子秤上，恒流瓶内盛有入渗溶液，恒流瓶的瓶口塞有橡胶塞，橡胶塞上贯穿连接有进气管，所述进气管的一端伸入入渗溶液中，进气管的另一端伸入透明有机玻璃柱内，进气管上连接有进气开关，进气开关靠近橡胶塞，所述恒流瓶的侧壁上连接有输水管，输水管的出水端上连接有降雨喷头，所述降雨喷头位于透明有机玻璃柱的开口上方，所述输水管上连接有供水开关和流量计，所述供水开关靠近输水管的进水端，所述透明有机玻璃柱固定在底座上，所述透明有机玻璃柱内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器和基质吸力传感器，所述体积含水率传感器和基质吸力传感器分别与数据采集仪电连接。

所述体积含水率传感器，用于采集试验过程中土体的体积含水率随时间的变化值，将测量点的体积含水率传输至数据采集仪，数据采集仪将采集到的体积含水率传输至电脑进行分析。

所述基质吸力传感器，用于采集实验过程中土体基质吸力与温度随时间的变化值，将测量点的基质吸力值与温度值传输至数据采集仪，数据采集仪将采集到的基质吸力值与温度值传输至电脑进行分析。

所述体积含水率传感器和基质吸力传感器均为四个，四个体积含水率传感器和四个基质吸力传感器均分为四排布置在土体中，同一排上的体积含水率传感器距透明有机玻璃柱内底壁的距离与基质吸力传感器距透明有机玻璃柱内底壁的距离相同。

所述进气管的进气口与透明有机玻璃柱内的土体之间有间隙，间隙大小可调，通过调节进气口与土体之间的间隙来控制透明有机玻璃柱内的积水高度。

所述降雨喷头包括三通接头、连通管和圆形软管，圆形软管为三根，三根圆形软管呈同心圆布置，三根圆形软管通过连通管连接，三通接头包括主接头、第一支接头和第二支接头，主接头与输水管连通，第一支接头和第二支接头分别与连通管连通，圆形软管上开有多个溢流孔。

所述多个溢流孔沿圆形软管的圆周等间距布置。

所述恒流瓶，用于存储入渗溶液，在恒流瓶位置固定时，用于保持降雨强度的恒定。

所述电子秤，用于称量实验过程中恒流瓶内入渗溶液的剩余量，采集并记录数据，将数据传输至电脑进行分析。

所述流量计，用于测量实验过程中入渗溶液流过输水管的瞬时流量，流量计位于透明有机玻璃柱上方。

本发明的工作原理如下：

通过调节升降支架上的升降座板来控制恒流瓶的高度位置的变化，进而改变输水管出水端与进气管处于恒流瓶中一端的高度差，实现调节输水管中流量以控制降雨强度的目的。降雨强度由连接于输水管上的流量计读取。实验过程中，恒流瓶与入渗溶液的总质量由位于升降座板上的电子秤自动记录并保存，降雨总量及各时间段内降雨量由实验结束后计算得出。土体各测点体积含水率与基质吸力的变化值由对应的体积含水率传感器和基质吸力传感器测量得到，并由数据采集仪采集并保存。

开始实验时，土体表层处于非饱和状态，降雨强度远远小于非饱和入渗速率，雨水全部渗入土体，降雨强度保持为R不变。降雨继续进行，土体表层逐渐趋于饱和并出现积水，积水高度小于进气管的进气口时，降雨强度保持R不变。降雨继续进行，积水高度增加至与进气管的进气口高度相等时，积水刚好封住进气口，进气管两端仍然存在压强差，土体积水从进气管的进气口倒吸一定高度直到进气管的两端压强差为零，此时降雨停止。实验继续进行，土体入渗使积水高度稍低于进气口高度，此时空气通过进气管的进气口经进气管进入恒流瓶，输水管输出降雨，积水上升将进气管的进气口液封，雨水沿进气管上升至两端压强差为零，降雨停止，如此循环可保持积水高度不变。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

一、本发明，升降支架包括底座、立柱和滑动连接在立柱上的升降座板，电子秤固定在升降座板上，电子秤通过信号电缆与电脑连接，恒流瓶置于电子秤上，恒流瓶内盛有入渗溶液，恒流瓶的瓶口塞有橡胶塞，橡胶塞上贯穿连接有进气管，进气管的一端伸入入渗溶液中，进气管的另一端伸入透明有机玻璃柱内，进气管上连接有进气开关，进气开关靠近橡胶塞，恒流瓶的侧壁上连接有输水管，输水管的出水端上连接有降雨喷头，降雨喷头位于透明有机玻璃柱的开口上方，输水管上连接有供水开关和流量计，供水开关靠近输水管的进水端，透明有机玻璃柱固定在底座上，透明有机玻璃柱内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器和基质吸力传感器，体积含水率传感器和基质吸力传感器分别与数据采集仪电连接，使用时，通过调节恒流瓶的高度改变降雨强度，调节进气管的进气口位置改变积水入渗的积水高度，通过电子秤获取土柱入渗量，较现有技术而言，能够对降雨强度和积水入渗的积水高度进行精确控制，不仅能够有效实现土柱降雨入渗全过程的模拟，而且能够模拟多种工况下的的降雨入渗试验，操作简单，易于推广。

二、本发明，体积含水率传感器，用于采集试验过程中土体的体积含水率随时间的变化值，将测量点的体积含水率传输至数据采集仪，数据采集仪将采集到的体积含水率传输至电脑进行分析，通过在土体中布置体积含水率传感器，能够实时的采集试验过程中土体的体积含水率，便于电脑分析以获取实验土体的土-水特征曲线。

三、本发明，基质吸力传感器，用于采集实验过程中土体基质吸力与温度随时间的变化值，将测量点的基质吸力值与温度值传输至数据采集仪，数据采集仪将采集到的基质吸力值与温度值传输至电脑进行分析，通过在土体中布置基质吸力传感器，能够实时的采集实验过程中土体基质吸力与温度，便于电脑分析以获取实验土体的土-水特征曲线，基质吸力传感器与体积含水率传感器相配合，能够同时测量土体的体积含水率与基质吸力的变化，利于模拟整个土柱降雨入渗的全过程。

四、本发明，体积含水率传感器和基质吸力传感器均为四个，四个体积含水率传感器和四个基质吸力传感器均分为四排布置在土体中，同一排上的体积含水率传感器距透明有机玻璃柱内底壁的距离与基质吸力传感器距透明有机玻璃柱内底壁的距离相同，能够在土体的不同位置测量出土体的体积含水率与基质吸力的变化，模拟整个土柱降雨入渗的全过程。

五、本发明，进气管的进气口与透明有机玻璃柱内的土体之间有间隙，间隙大小可调，通过调节进气口与土体之间的间隙来控制透明有机玻璃柱内的积水高度，当进气口与土体表面的距离为零时，土体表面不会积水，随着进气口的上升，积水高度会逐渐增加，进气口高度低于液面时，不会产生降雨，直到积水高度降低至与进气口平齐又开始降雨，通过调节进气口高度可模拟不同积水状况的入渗实验。

六、本发明，降雨喷头包括三通接头、连通管和圆形软管，圆形软管为三根，三根圆形软管呈同心圆布置，三根圆形软管通过连通管连接，三通接头包括主接头、第一支接头和第二支接头，主接头与输水管连通，第一支接头和第二支接头分别与连通管连通，圆形软管上开有多个溢流孔，这种结构的降雨喷头，封闭性好，能够模拟雨滴的密度分布，利于对降雨强度和积水入渗的积水高度进行控制。

七、本发明，多个溢流孔沿圆形软管的圆周等间距布置，能够模拟雨滴对土体的均匀分布，提高积水入渗均匀性。

八、本发明，恒流瓶，用于存储入渗溶液，在恒流瓶位置固定时，用于保持降雨强度的恒定，恒流瓶不需要额外的增压泵提供压力来源，通过大气压来控制入渗溶液出水流量均匀性，能保证流量均匀；能够根据不同降雨总量的降雨入渗实验选取合适容积的恒流瓶，对不同的土柱降雨入渗实验有较强的适应性。

九、本发明，电子秤，用于称量实验过程中恒流瓶内入渗溶液的剩余量，采集并记录数据，将数据传输至电脑进行分析，电子秤能够测量出实验过程中的降雨总量，相较于读取容器的刻度而言，能实现更高精度的降雨量的测量，实验过程中降雨量由电子称采集并记录，可避免由人工读取容器刻度数所产生的误差，降低实验人员的劳动强度，提高测量精度。

十、本发明，流量计，用于测量实验过程中入渗溶液流过输水管的瞬时流量，流量计位于透明有机玻璃柱上方，通过流量计，能够实时获取降雨强度的变化，方便在实验过程中精确调节降雨强度；由于一般土柱降雨入渗实验的流量较小，采用高精度的流量计可提高实验的精度，并能更加可靠的按照实验设计降雨强度进行实验。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明降雨喷头的俯视图；

图3为本发明圆形软管的结构示意图；

图中标记：1、透明有机玻璃柱，2、电脑，3、数据采集仪，4、恒流瓶，5、电子秤，6、底座，7、立柱，8、升降座板，9、橡胶塞，10、进气管，11、进气开关，12、输水管，13、降雨喷头，14、供水开关，15、流量计，16、体积含水率传感器，17、基质吸力传感器，18、连通管，19、圆形软管，20、主接头，21、第一支接头，22、第二支接头，23、溢流孔。

具体实施方式

实施例1

一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，包括透明有机玻璃柱1、电脑2和数据采集仪3，数据采集仪3与电脑2连接，还包括升降支架、恒流瓶4和电子秤5，所述升降支架包括底座6、立柱7和滑动连接在立柱7上的升降座板8，所述电子秤5固定在升降座板8上，电子秤5通过信号电缆与电脑2连接，所述恒流瓶4置于电子秤5上，恒流瓶4内盛有入渗溶液，恒流瓶4的瓶口塞有橡胶塞9，橡胶塞9上贯穿连接有进气管10，所述进气管10的一端伸入入渗溶液中，进气管10的另一端伸入透明有机玻璃柱1内，进气管10上连接有进气开关11，进气开关11靠近橡胶塞9，所述恒流瓶4的侧壁上连接有输水管12，输水管12的出水端上连接有降雨喷头13，所述降雨喷头13位于透明有机玻璃柱1的开口上方，所述输水管12上连接有供水开关14和流量计15，所述供水开关14靠近输水管12的进水端，所述透明有机玻璃柱1固定在底座6上，所述透明有机玻璃柱1内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器16和基质吸力传感器17，所述体积含水率传感器16和基质吸力传感器17分别与数据采集仪3电连接。

本实施例为最基本的实施方式，升降支架包括底座、立柱和滑动连接在立柱上的升降座板，电子秤固定在升降座板上，电子秤通过信号电缆与电脑连接，恒流瓶置于电子秤上，恒流瓶内盛有入渗溶液，恒流瓶的瓶口塞有橡胶塞，橡胶塞上贯穿连接有进气管，进气管的一端伸入入渗溶液中，进气管的另一端伸入透明有机玻璃柱内，进气管上连接有进气开关，进气开关靠近橡胶塞，恒流瓶的侧壁上连接有输水管，输水管的出水端上连接有降雨喷头，降雨喷头位于透明有机玻璃柱的开口上方，输水管上连接有供水开关和流量计，供水开关靠近输水管的进水端，透明有机玻璃柱固定在底座上，透明有机玻璃柱内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器和基质吸力传感器，体积含水率传感器和基质吸力传感器分别与数据采集仪电连接，使用时，通过调节恒流瓶的高度改变降雨强度，调节进气管的进气口位置改变积水入渗的积水高度，通过电子秤获取土柱入渗量，较现有技术而言，能够对降雨强度和积水入渗的积水高度进行精确控制，不仅能够有效实现土柱降雨入渗全过程的模拟，而且能够模拟多种工况下的的降雨入渗试验，操作简单，易于推广。

实施例2

一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，包括透明有机玻璃柱1、电脑2和数据采集仪3，数据采集仪3与电脑2连接，还包括升降支架、恒流瓶4和电子秤5，所述升降支架包括底座6、立柱7和滑动连接在立柱7上的升降座板8，所述电子秤5固定在升降座板8上，电子秤5通过信号电缆与电脑2连接，所述恒流瓶4置于电子秤5上，恒流瓶4内盛有入渗溶液，恒流瓶4的瓶口塞有橡胶塞9，橡胶塞9上贯穿连接有进气管10，所述进气管10的一端伸入入渗溶液中，进气管10的另一端伸入透明有机玻璃柱1内，进气管10上连接有进气开关11，进气开关11靠近橡胶塞9，所述恒流瓶4的侧壁上连接有输水管12，输水管12的出水端上连接有降雨喷头13，所述降雨喷头13位于透明有机玻璃柱1的开口上方，所述输水管12上连接有供水开关14和流量计15，所述供水开关14靠近输水管12的进水端，所述透明有机玻璃柱1固定在底座6上，所述透明有机玻璃柱1内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器16和基质吸力传感器17，所述体积含水率传感器16和基质吸力传感器17分别与数据采集仪3电连接。

所述体积含水率传感器16，用于采集试验过程中土体的体积含水率随时间的变化值，将测量点的体积含水率传输至数据采集仪3，数据采集仪3将采集到的体积含水率传输至电脑2进行分析。

所述基质吸力传感器17，用于采集实验过程中土体基质吸力与温度随时间的变化值，将测量点的基质吸力值与温度值传输至数据采集仪3，数据采集仪3将采集到的基质吸力值与温度值传输至电脑2进行分析。

本实施例为一较佳实施方式，体积含水率传感器，用于采集试验过程中土体的体积含水率随时间的变化值，将测量点的体积含水率传输至数据采集仪，数据采集仪将采集到的体积含水率传输至电脑进行分析，通过在土体中布置体积含水率传感器，能够实时的采集试验过程中土体的体积含水率，便于电脑分析以获取实验土体的土-水特征曲线。

基质吸力传感器，用于采集实验过程中土体基质吸力与温度随时间的变化值，将测量点的基质吸力值与温度值传输至数据采集仪，数据采集仪将采集到的基质吸力值与温度值传输至电脑进行分析，通过在土体中布置基质吸力传感器，能够实时的采集实验过程中土体基质吸力与温度，便于电脑分析以获取实验土体的土-水特征曲线，基质吸力传感器与体积含水率传感器相配合，能够同时测量土体的体积含水率与基质吸力的变化，利于模拟整个土柱降雨入渗的全过程。

实施例3

一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，包括透明有机玻璃柱1、电脑2和数据采集仪3，数据采集仪3与电脑2连接，还包括升降支架、恒流瓶4和电子秤5，所述升降支架包括底座6、立柱7和滑动连接在立柱7上的升降座板8，所述电子秤5固定在升降座板8上，电子秤5通过信号电缆与电脑2连接，所述恒流瓶4置于电子秤5上，恒流瓶4内盛有入渗溶液，恒流瓶4的瓶口塞有橡胶塞9，橡胶塞9上贯穿连接有进气管10，所述进气管10的一端伸入入渗溶液中，进气管10的另一端伸入透明有机玻璃柱1内，进气管10上连接有进气开关11，进气开关11靠近橡胶塞9，所述恒流瓶4的侧壁上连接有输水管12，输水管12的出水端上连接有降雨喷头13，所述降雨喷头13位于透明有机玻璃柱1的开口上方，所述输水管12上连接有供水开关14和流量计15，所述供水开关14靠近输水管12的进水端，所述透明有机玻璃柱1固定在底座6上，所述透明有机玻璃柱1内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器16和基质吸力传感器17，所述体积含水率传感器16和基质吸力传感器17分别与数据采集仪3电连接。

所述体积含水率传感器16，用于采集试验过程中土体的体积含水率随时间的变化值，将测量点的体积含水率传输至数据采集仪3，数据采集仪3将采集到的体积含水率传输至电脑2进行分析。

所述基质吸力传感器17，用于采集实验过程中土体基质吸力与温度随时间的变化值，将测量点的基质吸力值与温度值传输至数据采集仪3，数据采集仪3将采集到的基质吸力值与温度值传输至电脑2进行分析。

所述体积含水率传感器16和基质吸力传感器17均为四个，四个体积含水率传感器16和四个基质吸力传感器17均分为四排布置在土体中，同一排上的体积含水率传感器16距透明有机玻璃柱1内底壁的距离与基质吸力传感器17距透明有机玻璃柱1内底壁的距离相同。

所述进气管10的进气口与透明有机玻璃柱1内的土体之间有间隙，间隙大小可调，通过调节进气口与土体之间的间隙来控制透明有机玻璃柱1内的积水高度。

本实施例为又一较佳实施方式，体积含水率传感器和基质吸力传感器均为四个，四个体积含水率传感器和四个基质吸力传感器均分为四排布置在土体中，同一排上的体积含水率传感器距透明有机玻璃柱内底壁的距离与基质吸力传感器距透明有机玻璃柱内底壁的距离相同，能够在土体的不同位置测量出土体的体积含水率与基质吸力的变化，模拟整个土柱降雨入渗的全过程。

进气管的进气口与透明有机玻璃柱内的土体之间有间隙，间隙大小可调，通过调节进气口与土体之间的间隙来控制透明有机玻璃柱内的积水高度，当进气口与土体表面的距离为零时，土体表面不会积水，随着进气口的上升，积水高度会逐渐增加，进气口高度低于液面时，不会产生降雨，直到积水高度降低至与进气口平齐又开始降雨，通过调节进气口高度可模拟不同积水状况的入渗实验。

实施例4

一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，包括透明有机玻璃柱1、电脑2和数据采集仪3，数据采集仪3与电脑2连接，还包括升降支架、恒流瓶4和电子秤5，所述升降支架包括底座6、立柱7和滑动连接在立柱7上的升降座板8，所述电子秤5固定在升降座板8上，电子秤5通过信号电缆与电脑2连接，所述恒流瓶4置于电子秤5上，恒流瓶4内盛有入渗溶液，恒流瓶4的瓶口塞有橡胶塞9，橡胶塞9上贯穿连接有进气管10，所述进气管10的一端伸入入渗溶液中，进气管10的另一端伸入透明有机玻璃柱1内，进气管10上连接有进气开关11，进气开关11靠近橡胶塞9，所述恒流瓶4的侧壁上连接有输水管12，输水管12的出水端上连接有降雨喷头13，所述降雨喷头13位于透明有机玻璃柱1的开口上方，所述输水管12上连接有供水开关14和流量计15，所述供水开关14靠近输水管12的进水端，所述透明有机玻璃柱1固定在底座6上，所述透明有机玻璃柱1内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器16和基质吸力传感器17，所述体积含水率传感器16和基质吸力传感器17分别与数据采集仪3电连接。

所述体积含水率传感器16，用于采集试验过程中土体的体积含水率随时间的变化值，将测量点的体积含水率传输至数据采集仪3，数据采集仪3将采集到的体积含水率传输至电脑2进行分析。

所述基质吸力传感器17，用于采集实验过程中土体基质吸力与温度随时间的变化值，将测量点的基质吸力值与温度值传输至数据采集仪3，数据采集仪3将采集到的基质吸力值与温度值传输至电脑2进行分析。

所述体积含水率传感器16和基质吸力传感器17均为四个，四个体积含水率传感器16和四个基质吸力传感器17均分为四排布置在土体中，同一排上的体积含水率传感器16距透明有机玻璃柱1内底壁的距离与基质吸力传感器17距透明有机玻璃柱1内底壁的距离相同。

所述进气管10的进气口与透明有机玻璃柱1内的土体之间有间隙，间隙大小可调，通过调节进气口与土体之间的间隙来控制透明有机玻璃柱1内的积水高度。

所述降雨喷头13包括三通接头、连通管18和圆形软管19，圆形软管19为三根，三根圆形软管19呈同心圆布置，三根圆形软管19通过连通管18连接，三通接头包括主接头20、第一支接头21和第二支接头22，主接头20与输水管12连通，第一支接头21和第二支接头22分别与连通管18连通，圆形软管19上开有多个溢流孔23。

所述多个溢流孔23沿圆形软管19的圆周等间距布置。

本实施例为又一较佳实施方式，降雨喷头包括三通接头、连通管和圆形软管，圆形软管为三根，三根圆形软管呈同心圆布置，三根圆形软管通过连通管连接，三通接头包括主接头、第一支接头和第二支接头，主接头与输水管连通，第一支接头和第二支接头分别与连通管连通，圆形软管上开有多个溢流孔，这种结构的降雨喷头，封闭性好，能够模拟雨滴的密度分布，利于对降雨强度和积水入渗的积水高度进行控制。

多个溢流孔沿圆形软管的圆周等间距布置，能够模拟雨滴对土体的均匀分布，提高积水入渗均匀性。

实施例5

一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，包括透明有机玻璃柱1、电脑2和数据采集仪3，数据采集仪3与电脑2连接，还包括升降支架、恒流瓶4和电子秤5，所述升降支架包括底座6、立柱7和滑动连接在立柱7上的升降座板8，所述电子秤5固定在升降座板8上，电子秤5通过信号电缆与电脑2连接，所述恒流瓶4置于电子秤5上，恒流瓶4内盛有入渗溶液，恒流瓶4的瓶口塞有橡胶塞9，橡胶塞9上贯穿连接有进气管10，所述进气管10的一端伸入入渗溶液中，进气管10的另一端伸入透明有机玻璃柱1内，进气管10上连接有进气开关11，进气开关11靠近橡胶塞9，所述恒流瓶4的侧壁上连接有输水管12，输水管12的出水端上连接有降雨喷头13，所述降雨喷头13位于透明有机玻璃柱1的开口上方，所述输水管12上连接有供水开关14和流量计15，所述供水开关14靠近输水管12的进水端，所述透明有机玻璃柱1固定在底座6上，所述透明有机玻璃柱1内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器16和基质吸力传感器17，所述体积含水率传感器16和基质吸力传感器17分别与数据采集仪3电连接。

所述体积含水率传感器16，用于采集试验过程中土体的体积含水率随时间的变化值，将测量点的体积含水率传输至数据采集仪3，数据采集仪3将采集到的体积含水率传输至电脑2进行分析。

所述基质吸力传感器17，用于采集实验过程中土体基质吸力与温度随时间的变化值，将测量点的基质吸力值与温度值传输至数据采集仪3，数据采集仪3将采集到的基质吸力值与温度值传输至电脑2进行分析。

所述体积含水率传感器16和基质吸力传感器17均为四个，四个体积含水率传感器16和四个基质吸力传感器17均分为四排布置在土体中，同一排上的体积含水率传感器16距透明有机玻璃柱1内底壁的距离与基质吸力传感器17距透明有机玻璃柱1内底壁的距离相同。

所述进气管10的进气口与透明有机玻璃柱1内的土体之间有间隙，间隙大小可调，通过调节进气口与土体之间的间隙来控制透明有机玻璃柱1内的积水高度。

所述降雨喷头13包括三通接头、连通管18和圆形软管19，圆形软管19为三根，三根圆形软管19呈同心圆布置，三根圆形软管19通过连通管18连接，三通接头包括主接头20、第一支接头21和第二支接头22，主接头20与输水管12连通，第一支接头21和第二支接头22分别与连通管18连通，圆形软管19上开有多个溢流孔23。

所述多个溢流孔23沿圆形软管19的圆周等间距布置。

所述恒流瓶4，用于存储入渗溶液，在恒流瓶4位置固定时，用于保持降雨强度的恒定。

所述电子秤5，用于称量实验过程中恒流瓶4内入渗溶液的剩余量，采集并记录数据，将数据传输至电脑2进行分析。

所述流量计15，用于测量实验过程中入渗溶液流过输水管12的瞬时流量，流量计15位于透明有机玻璃柱1上方。

本实施例为最佳实施方式，升降支架包括底座、立柱和滑动连接在立柱上的升降座板，电子秤固定在升降座板上，电子秤通过信号电缆与电脑连接，恒流瓶置于电子秤上，恒流瓶内盛有入渗溶液，恒流瓶的瓶口塞有橡胶塞，橡胶塞上贯穿连接有进气管，进气管的一端伸入入渗溶液中，进气管的另一端伸入透明有机玻璃柱内，进气管上连接有进气开关，进气开关靠近橡胶塞，恒流瓶的侧壁上连接有输水管，输水管的出水端上连接有降雨喷头，降雨喷头位于透明有机玻璃柱的开口上方，输水管上连接有供水开关和流量计，供水开关靠近输水管的进水端，透明有机玻璃柱固定在底座上，透明有机玻璃柱内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器和基质吸力传感器，体积含水率传感器和基质吸力传感器分别与数据采集仪电连接，使用时，通过调节恒流瓶的高度改变降雨强度，调节进气管的进气口位置改变积水入渗的积水高度，通过电子秤获取土柱入渗量，较现有技术而言，能够对降雨强度和积水入渗的积水高度进行精确控制，不仅能够有效实现土柱降雨入渗全过程的模拟，而且能够模拟多种工况下的的降雨入渗试验，操作简单，易于推广。

恒流瓶，用于存储入渗溶液，在恒流瓶位置固定时，用于保持降雨强度的恒定，恒流瓶不需要额外的增压泵提供压力来源，通过大气压来控制入渗溶液出水流量均匀性，能保证流量均匀；能够根据不同降雨总量的降雨入渗实验选取合适容积的恒流瓶，对不同的土柱降雨入渗实验有较强的适应性。

电子秤，用于称量实验过程中恒流瓶内入渗溶液的剩余量，采集并记录数据，将数据传输至电脑进行分析，电子秤能够测量出实验过程中的降雨总量，相较于读取容器的刻度而言，能实现更高精度的降雨量的测量，实验过程中降雨量由电子称采集并记录，可避免由人工读取容器刻度数所产生的误差，降低实验人员的劳动强度，提高测量精度。

流量计，用于测量实验过程中入渗溶液流过输水管的瞬时流量，流量计位于透明有机玻璃柱上方，通过流量计，能够实时获取降雨强度的变化，方便在实验过程中精确调节降雨强度；由于一般土柱降雨入渗实验的流量较小，采用高精度的流量计可提高实验的精度，并能更加可靠的按照实验设计降雨强度进行实验。

Claims (10)

1.一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，包括透明有机玻璃柱（1）、电脑（2）和数据采集仪（3），数据采集仪（3）与电脑（2）连接，其特征在于：还包括升降支架、恒流瓶（4）和电子秤（5），所述升降支架包括底座（6）、立柱（7）和滑动连接在立柱（7）上的升降座板（8），所述电子秤（5）固定在升降座板（8）上，电子秤（5）通过信号电缆与电脑（2）连接，所述恒流瓶（4）置于电子秤（5）上，恒流瓶（4）内盛有入渗溶液，恒流瓶（4）的瓶口塞有橡胶塞（9），橡胶塞（9）上贯穿连接有进气管（10），所述进气管（10）的一端伸入入渗溶液中，进气管（10）的另一端伸入透明有机玻璃柱（1）内，进气管（10）上连接有进气开关（11），进气开关（11）靠近橡胶塞（9），所述恒流瓶（4）的侧壁上连接有输水管（12），输水管（12）的出水端上连接有降雨喷头（13），所述降雨喷头（13）位于透明有机玻璃柱（1）的开口上方，所述输水管（12）上连接有供水开关（14）和流量计（15），所述供水开关（14）靠近输水管（12）的进水端，所述透明有机玻璃柱（1）固定在底座（6）上，所述透明有机玻璃柱（1）内填有土体，土体中设置有体积含水率传感器（16）和基质吸力传感器（17），所述体积含水率传感器（16）和基质吸力传感器（17）分别与数据采集仪（3）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述体积含水率传感器（16），用于采集试验过程中土体的体积含水率随时间的变化值，将测量点的体积含水率传输至数据采集仪（3），数据采集仪（3）将采集到的体积含水率传输至电脑（2）进行分析。

3.根据权利要求1所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述基质吸力传感器（17），用于采集实验过程中土体基质吸力与温度随时间的变化值，将测量点的基质吸力值与温度值传输至数据采集仪（3），数据采集仪（3）将采集到的基质吸力值与温度值传输至电脑（2）进行分析。

4.根据权利要求1所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述体积含水率传感器（16）和基质吸力传感器（17）均为四个，四个体积含水率传感器（16）和四个基质吸力传感器（17）均分为四排布置在土体中，同一排上的体积含水率传感器（16）距透明有机玻璃柱（1）内底壁的距离与基质吸力传感器（17）距透明有机玻璃柱（1）内底壁的距离相同。

5.根据权利要求1所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述进气管（10）的进气口与透明有机玻璃柱（1）内的土体之间有间隙，间隙大小可调，通过调节进气口与土体之间的间隙来控制透明有机玻璃柱（1）内的积水高度。

6.根据权利要求1所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述降雨喷头（13）包括三通接头、连通管（18）和圆形软管（19），圆形软管（19）为三根，三根圆形软管（19）呈同心圆布置，三根圆形软管（19）通过连通管（18）连接，三通接头包括主接头（20）、第一支接头（21）和第二支接头（22），主接头（20）与输水管（12）连通，第一支接头（21）和第二支接头（22）分别与连通管（18）连通，圆形软管（19）上开有多个溢流孔（23）。

7.根据权利要求6所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述多个溢流孔（23）沿圆形软管（19）的圆周等间距布置。

8.根据权利要求1所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述恒流瓶（4），用于存储入渗溶液，在恒流瓶（4）位置固定时，用于保持降雨强度的恒定。

9.根据权利要求1所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述电子秤（5），用于称量实验过程中恒流瓶（4）内入渗溶液的剩余量，采集并记录数据，将数据传输至电脑（2）进行分析。

10.根据权利要求1所述的一种模拟土柱降雨入渗全过程的装置，其特征在于：所述流量计（15），用于测量实验过程中入渗溶液流过输水管（12）的瞬时流量，流量计（15）位于透明有机玻璃柱（1）上方。