CN110108603A - 一种测量多层土颗粒迁移量用的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了土壤检测技术领域的一种测量多层土颗粒迁移量用的试验装置及方法，旨在解决现有技术中仅能测量土颗粒迁移的整体流出量，而无法测量多层土在水的渗流作用下每层土颗粒的流入量和流出量的技术问题。所述装置包括水箱、顶槽、试样槽、底槽、漏斗、集水槽、试验台和收集台；所述水箱与顶槽、试样槽、底槽、试验台、漏斗和集水槽顺序连通，底槽固定连接于试验台上，集水槽设于收集台上；底槽顶端设有土样支撑部，试验台连通处设有水塞，漏斗内铺设有滤纸；试样槽不少于一层，不同层试样槽彼此连通。

Description

一种测量多层土颗粒迁移量用的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测量多层土颗粒迁移量用的试验装置及方法，属于土壤检测技术领域。

背景技术

在多层土中，每层土中细小颗粒都会在水的渗流作用下发生迁移，上一层细颗粒进入到下一层土体之中，除第一层外每一层土都会有细颗粒流入和流出，每一层土随着渗流作用其级配都会发生变化。这种变化会对土体的渗透系数和强度参数造成影响。现有技术中测量土颗粒迁移的装置主要是测量整体流出量，而无法测量多层土在水的渗流作用下每层土颗粒的流入量和流出量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，包括水箱、顶槽、试样槽、底槽、漏斗、集水槽、试验台和收集台；

所述水箱与顶槽、试样槽、底槽、试验台、漏斗和集水槽顺序连通，底槽固定连接于试验台上，漏斗和集水槽设于收集台上；

底槽顶端设有土样支撑部，试验台连通处设有水塞，漏斗内设有滤纸；

试样槽不少于一层，不同层试样槽彼此连通。

进一步地，所述顶槽包括顶槽盖和槽身，顶槽盖上设有第二进水口；

所述水箱包括隔板、出水口、第一进水口、箱体和排水口，出水口通过水管与第二进水口连通；

顶槽盖和集水槽上均设有排气口。

进一步地，出水口和顶槽均不少于一个。

进一步地，槽身和试样槽底端均设有凹槽，槽身、试样槽和底槽顶端均设有橡圈，凹槽在竖直投影方向上与橡圈重合；

槽身和试样槽两端以及底槽顶端均设有螺孔，所述螺孔在竖直投影方向上重合。

进一步地，所述土样支撑部包括设于试验台连通处的支撑梁和设于支撑梁上的钢丝网，钢丝网孔径为1至8豪米，钢丝网厚度为0.45至1.5豪米。

进一步地，所述水塞包括电动水塞。

进一步地，底槽上设有支柱，试验台上设有支柱插口，支柱与支柱插口相适配；

试验台上还设有计时器，计时器按预设间隔时间发出提醒。

进一步地，收集台底部设有滚轮。

为达到上述目的，本发明还提供了一种测量多层土颗粒迁移量用的试验方法，包括如下步骤：

根据目标土层情况制备土层试样，将土层试样装入若干组试样槽，试样槽组数与土层试样层数相同，土层试样层序与其所装入试样槽层序相同；

水箱向顶槽注水直至顶槽水满；

按预设间隔时间更换并提取设于漏斗内的滤纸，更换滤纸时关闭水塞；

根据单组试样槽滤纸烘干前后质量差，获取单组土层试样细颗粒流失量；

根据各组土层试样细颗粒流失量，获取各土层试样质量变化。

进一步地，还包括：

根据称取的集水槽重量，获取目标土层在单位时间内的渗透系数。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：既能够准确测量各土层试样质量变化，也能够获取目标土层在单位时间内的渗透系数，并且具有结构简单、成本低廉、操作便捷的特点。

附图说明

图1是本发明装置所述水箱的俯视、仰视、前视、后视图；

图2是本发明装置所述顶槽盖的俯视、仰视、前视图；

图3是本发明装置所述槽身的俯视、仰视、前视图；

图4是本发明装置所述试样槽的俯视、仰视、前视图；

图5是本发明装置所述底槽的俯视、仰视、前视图；

图6是本发明装置所述试验台的剖视图；

图7是本发明装置所述收集台的剖视图；

图8是本发明装置所述电动水塞的剖面图；

图9是本发明装置整体结构示意图。

图中：1、水箱；2、隔板；3、出水口；4、第一进水口；5、箱体；6、排水口；7、水管；8、顶槽盖；9、第二进水口；10、排气口；11、顶槽；12、螺孔；13、试样槽；14、橡圈；15、底槽；16、支撑梁；17、支柱；18、试验台；19、支柱插口；20、电动水塞护栏；21、收集台；22、漏斗；23、集水槽；24、橡胶管；25、滚轮；26、电动水塞；27、电动水塞头；28、槽身。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。本发明描述中使用的术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”指的是附图中的方向，术语“内”、“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图9所示，是本发明装置整体结构示意图，所述装置包括水箱1、顶槽11、试样槽13、底槽15、漏斗22、集水槽23、试验台18和收集台21；所述水箱1与顶槽11、试样槽13、底槽15、试验台18、漏斗22和集水槽23顺序连通，底槽15固定连接于试验台18上，漏斗22和集水槽23设于收集台21上；底槽15顶端设有土样支撑部，试验台18连通处设有水塞，漏斗22内铺设有滤纸；试样槽13不少于一层，不同层试样槽13彼此连通；出水口3和顶槽11均不少于一个；所述顶槽11包括顶槽盖8和槽身28，顶槽盖8与槽身28之间通过彼此吻合的螺纹相连接。

更具体地，如图1所示，是本发明装置所述水箱的俯视、仰视、前视、后视图，所述水箱1包括隔板2、出水口3、第一进水口4、箱体5和排水口6所述隔板2用于维持水箱1内水面高度。

更具体地，如图2所示，是本发明装置所述顶槽盖的俯视、仰视、前视图，所述顶槽盖8上设有第二进水口9和排气口10。

更具体地，如图3、图4、图5所示，是本发明装置所述槽身、试样槽和底槽的俯视、仰视、前视图，槽身28和试样槽13底端均设有凹槽，槽身28、试样槽13和底槽15顶端均设有凸起的橡圈14，凹槽在竖直投影方向上与橡圈14重合；槽身28和试样槽13两端以及底槽15顶端均设有螺孔12，所述螺孔12在竖直投影方向上重合。槽身28与试样槽13之间、相邻层试样槽13之间、试样槽13与底槽15之间，利用螺栓穿过螺孔12，从而将其固定；且凸起的橡圈14与凹槽相吻合，可起到防水的作用；所述土样支撑部为设于试验台18连通处一十字状支撑梁16，支撑梁16上放置有大孔径的厚钢丝网，厚铁丝网的孔径为1至8豪米，厚铁丝网的厚度为0.45至1.5豪米，从而起到支撑上部土样的作用，且不影响试样的渗流边界条件。

更具体地，如图6所示，是本发明装置所述试验台的剖视图，试验台18上设有支柱插口19，底槽15上设有支柱17，支柱17与支柱插口19相配合，从而将底槽15固定在试验台18上；试验台18上设有一可拆卸的电动水塞26，电动水塞26周围设有电动水塞护栏20；试验台18上还设有计时器，计时器按预设间隔时间发出提醒。

更具体地，如图8所示，是本发明装置所述电动水塞的剖面图，电动水塞26内设有电动水塞头27；电动水塞26由电池提供电源供给，电动水塞26由遥控器控制，电动水塞头27根据遥控器指令上下移动，从而起到打开或关闭下水口的作用。当更换滤纸时，可通过遥控器控制电动水塞26，关闭下水口。

更具体地，如图7所示，是本发明装置所述收集台的剖视图，收集台21底部设有滚轮25，以方便移动收集台21，从而取放设于收集台21上的漏斗22和集水槽23；漏斗22与集水槽23之间通过橡胶管24连通，防止试验过程中因水分蒸发而影响试验精度；集水槽23设有一排气口10，以利于漏斗22中的水稳定流入集水槽23中。

本发明具体实施方式还提供了一种测量多层土颗粒迁移量用的试验方法，研究某区域土层在渗流作用下，因颗粒迁移而导致各土层中细小颗粒增加量或流失量大小。所述方法包括如下步骤：

根据所研究区域土层状况，制备区域内各土层试样；土层试样共有三层，土层试样层序由下至上分别为一层土、二层土、三层土；试样槽13备有三组，第一组共有一层试样槽13，第二组共有两层试样槽13，第三组共有三层试样槽13，试样槽13层序由下至上分别为一层试样槽13、二层试样槽13、三层试样槽13；土层试样层序与其所装入试样槽13层序相同。同时，根据所需水压调整水箱1至合适高度。

土层装样时，以第三组试样槽13装样为例，先将一层试样槽13与底槽15通过螺栓进行连接；将一层土装入一层试样槽13，再通过螺栓将一层试样槽13与二层试样槽13进行连接；将二层土装入二层试样槽13，再通过螺栓将二层试样槽13与三层试样槽13进行连接；将三层土装入三层试样槽13，再通过螺栓将三层试样槽13与槽身28进行连接。

装完各组试样槽13后，将设于底槽15的支柱17插入试验台18的支柱插口19中，以固定底槽15、试样槽13和槽身28；用水管7将水箱1上的出水口3与顶槽盖8上的第二进水口9连接，打开顶槽盖8上的排气口10，水箱1通水，直至有水从顶槽盖8上的排气口10溢出，此时顶槽11水满，关闭顶槽盖8上的排气口10，并通过试验台18上的计时器设置提醒间隔时间。

每当计时器提示音响起，通过遥控器控制电动水塞26以关闭下水口，拉出收集台21更换滤纸，测量集水槽23质量，将集水槽23里水倒出后，再次测量集水槽23质量；再将收集台21推回，开启水流。如此反复，直至经过预设试验时间。

根据称取的集水槽23倒水前质量与倒水后质量的差值，并对该差值进行累加，再除以预设试验时间，即可得到所研究区域土层在单位时间内的渗透系数。

对取出的滤纸编号、所在组序进行记录，对滤纸烘干处理，获取滤纸烘干前后的质量差，由此获取每组集水槽23在预设试验时间内的细颗粒流失量；再根据每组集水槽23在预设试验时间内的细颗粒流失量，获取各土层试样在渗流前后的质量变化，具体方法如下：

第一组集水槽23流失的细颗粒质量记为m₁，第二组集水槽23流失的细颗粒质量记为m₁₂，第三组集水槽23流失的细颗粒质量记为m₁₃；则有：一层土质量变化量为m₁，二层土质量变化量为m₁₂-m₁，三层土质量变化量为m₁₃-m₁₂。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，其特征是，包括水箱（1）、顶槽（11）、试样槽（13）、底槽（15）、漏斗（22）、集水槽（23）、试验台（18）和收集台（21）；

所述水箱（1）与顶槽（11）、试样槽（13）、底槽（15）、试验台（18）、漏斗（22）和集水槽（23）顺序连通，底槽（15）固定连接于试验台（18）上，漏斗（22）和集水槽（23）设于收集台（21）上；

底槽（15）顶端设有土样支撑部，试验台（18）连通处设有水塞，漏斗（22）内设有滤纸；

试样槽（13）不少于一层，不同层试样槽（13）彼此连通。

2.根据权利要求1所述的测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，其特征是，所述顶槽（11）包括顶槽盖（8）和槽身（28），顶槽盖（8）上设有第二进水口（9）；

所述水箱（1）包括隔板（2）、出水口（3）、第一进水口（4）、箱体（5）和排水口（6），出水口（3）通过水管（7）与第二进水口（9）连通；

顶槽盖（8）和集水槽（23）上均设有排气口（10）。

3.根据权利要求2所述的测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，其特征是，出水口（3）和顶槽（11）均不少于一个。

4.根据权利要求2所述的测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，其特征是，槽身（28）和试样槽（13）底端均设有凹槽，槽身（28）、试样槽（13）和底槽（15）顶端均设有橡圈（14），凹槽在竖直投影方向上与橡圈（14）重合；

槽身（28）和试样槽（13）两端以及底槽（15）顶端均设有螺孔（12），所述螺孔（12）在竖直投影方向上重合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，其特征是，所述土样支撑部包括设于试验台（18）连通处的支撑梁（16）和设于支撑梁（16）上的钢丝网，钢丝网孔径为1至8豪米，钢丝网厚度为0.45至1.5豪米。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，其特征是，所述水塞包括电动水塞（26）。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，其特征是，底槽（15）上设有支柱（17），试验台（18）上设有支柱插口（19），支柱（17）与支柱插口（19）相适配；

试验台（18）上还设有计时器，计时器按预设间隔时间发出提醒。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的测量多层土颗粒迁移量用的试验装置，其特征是，收集台（21）底部设有滚轮（25）。

9.一种测量多层土颗粒迁移量用的试验方法，其特征是，采用权利要求1至8任一项所述的装置进行试验，所述方法包括如下步骤：

根据目标土层情况制备土层试样，将土层试样装入若干组试样槽（13），试样槽（13）组数与土层试样层数相同，土层试样层序与其所装入试样槽（13）层序相同；

水箱（1）向顶槽（11）注水直至顶槽（11）水满；

按预设间隔时间更换并提取设于漏斗（22）内的滤纸，更换滤纸时关闭水塞；

根据单组试样槽（13）滤纸烘干前后质量差，获取单组土层试样细颗粒流失量；

根据各组土层试样细颗粒流失量，获取各土层试样质量变化。

10.根据权利要求9所述的测量多层土颗粒迁移量用的试验方法，其特征是，还包括：

根据称取的集水槽重量，获取目标土层在单位时间内的渗透系数。