CN112557628A - 温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于非饱和土特性测试装置的技术领域,涉及一种温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,包括温度恒定箱、雨水生成系统和土样测试缸,所述土样测试缸设置在温度恒定箱内,雨水生成系统设置在土样测试缸上方,所述雨水生成系统包括若干独立设置的降雨结构,所述土样测设缸内于不同深度设置有若干组热水气测试固定位,所述热水气测试固定位内设置有温度传感器、水分传感器和空气压力传感器。本发明提供的测试装置可以测试解决不同温度环境、不同降雨强度条件下非饱和土内的热水气迁移规律和渗透特性,该装置设计轻便、操作简单、测试精度高,可为温度环境降雨入渗非饱和土边坡稳定性分析提供实验装置。

Description

温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置
技术领域
本发明属于非饱和土特性测试装置的技术领域,涉及一种温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置。
背景技术
多物理场环境对非饱和土边坡稳定性的影响主要体现在持续降雨和环境温度的交互作用,每年夏秋季节的这些气候条件叠加常常诱发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。这些地质灾害中最多的就是滑坡,而导致滑坡的主要原因是降雨入渗,尤其是在温度较高季节,突然发生持续降雨导致的边坡灾害更为严重。根据中国气象局公布的数据,统计得到全国月平均降雨量主要集中在5-9月份,全国月平均温度较高也主要集中在5-9月份,全国地质灾害(含约70%的滑坡)也主要集中在5-9月份。气温和降雨环境诱发边坡失稳和灾害在全国工程地质灾害中占有很大比例,经常造成重大的人员伤亡、财物损失以及公路铁路等交通中断。
夏秋季节,黏土类边坡表层在阳光照射或环境温度影响下,坡面水分蒸发较多、表层土失水易干裂,空隙也增大,边坡非饱和程度比常温环境更大,给雨水入渗创造良好条件,一旦突发降雨,边坡极易失稳。由此可知,温度和降雨物理场条件与滑坡存在一定的关联性,在气温和降雨交互影响下非饱和土边坡内热水气发生迁移变化,从而影响到土边坡的稳定性。因此,研究温度和降雨交互影响非饱和土的热水气迁移规律,有助于合理评价温度和持续降雨交互非饱和土边坡的稳定性,对夏秋季节边坡灾害防治和加固具有重大的现实意义。
中国发明专利申请CN 109270244 A公开了一种降雨作用下土壤中溶质运移模拟观测装置,包括土壤观测单元,所述土壤观测单元包括土柱箱,所述土柱箱内设置有土壤,所述土壤观测单元上方设置有模拟降雨环境的降雨模块,所述土壤观测单元侧壁设置有用于测定土壤水分、负压的检测模块和用于采集不同深度土壤溶质的取样模块,所述土壤观测单元下端连有用于收集土壤渗漏液的抽气模块。
该装置仅能测试降雨作用对土壤的影响,无法进行降雨和温度环境同步影响非饱和土边坡稳定性的热水气迁移测试。同时,其降雨模块包括供水瓶,抽水泵的进液口连有所述供水瓶,出液口通过软管连有降雨筛,所述降雨筛横截面尺寸与所述土柱箱横截面尺寸相同,所述降雨筛上纵横排列有出水孔,所述降雨筛的筛面粘附有胶皮。这种降雨模块对雨强和雨水分布密度比较固定,且降雨过程无法调整降雨密度,很难模拟降雨的真实性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供了一种温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,该测试装置可以测试解决不同温度环境、不同降雨强度条件下非饱和土内的热水气迁移规律和渗透特性,该装置设计轻便、操作简单、测试精度高,可为温度环境降雨入渗非饱和土边坡稳定性分析提供实验装置。
为解决上述技术问题,本发明的目的通过下述技术方案得以实现:
温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,包括温度恒定箱、雨水生成系统和土样测试缸,所述土样测试缸设置在温度恒定箱内,雨水生成系统设置在土样测试缸上方,所述雨水生成系统包括若干独立设置的降雨结构,所述土样测设缸内于不同深度设置有若干组热水气测试固定位,所述热水气测试固定位内设置有温度传感器、水分传感器和空气压力传感器。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述温度恒定箱包括箱体、箱盖和底座,所述箱盖上设置有固定土样测试缸的固定槽、固定降雨结构的降雨针管孔,所述箱体下端设置有恒温水进口、上端设置有恒温水出口。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述箱体采用保温材料,做成双层中空圆柱体,箱体和箱盖通过活动扣固定。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述箱体上设置有测试导线引出口,温度传感器、水分传感器和空气压力传感器连接的导线由测试导线引出口引出,测试导线引出口也可以作为试样积水时的溢水口,还可以作为环境温度测试口。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述降雨结构包括相连通的降雨针管和若干雨水出水针管,所述雨水出水针管环状倾斜设置,所述降雨结构与水源连接,并可以使用水泵作为动力源。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述降雨针管孔数量根据土样测试缸体平面尺寸均匀布设。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述雨水出水针管设置为2-6个,优选为4个,与降雨针管的轴线成5°-20°的倾角对称布置,优选为10°倾角,所述雨水出水针管的内径之和与降雨针管相同,例如雨水出水针管的内径采用0.5cm,降雨针管的内径采用2cm。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述降雨结构通过阀门控制降雨模式和降雨间歇进程,雨水生成系统可以统一控制,也可以单独控制,还可以分组控制。每个独立的降雨结构通过控制阀设定雨强和降雨时长,模拟存在斜向降雨情况,并做好雨水生成系统的雨强标定。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述土样测试缸为环形缸体,其内环上口封闭,下口开放,所述热水气测试固定位设置在内环和外环上,所述固定槽与外环连接。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述土样测试缸采用高强度的有机玻璃材料,下口处采用十字有机玻璃杆固定。
在上述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置中,所述温度恒定箱的底部设置有固定孔,土样测试缸的底部设置有雨水渗出口,雨水渗出口与固定孔相连接,固定孔还具有固定土样测试缸的作用。
本发明和现有技术相比,具有如下有益效果:
1、本发明提供了一种温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,该测试装置可以测试解决不同温度环境、不同降雨强度条件下非饱和土内的热水气迁移规律和渗透特性,该装置设计轻便、操作简单、测试精度高,可为温度环境降雨入渗非饱和土边坡稳定性分析提供实验装置。
2、本发明的降雨模拟系统可以通过控制阀控制降雨模式和降雨间歇进程,通过降雨结构的独立启停控制降雨分布密度,通过雨水出水针管控制雨水生成方式和分布方向,通过真实的降雨模拟还可以进一步实现地下水位模拟。
3、本发明的温度控制系统稳定可靠,温度分布均匀,可以充分模拟环境温度。
附图说明
图1是本发明的主视结构原理示意图;
图2是本发明的侧视结构原理示意图;
图3是本发明的俯视结构原理示意图;
图4是本发明降雨结构的主视结构原理示意图;
图5是本发明雨水出水针管的分布示意图;
附图标记:1、温度恒定箱;11、箱体;12、箱盖;13、底座;14、恒温水进口;15、恒温水出口;16、测试导线引出口;2、雨水生成系统;21、降雨针管;22、雨水出水针管;3、土样测试缸;31、内环;32、外环;33、雨水渗出口;34、十字有机玻璃杆;35、热水气测试固定位。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述,参见图1-5:
温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,包括:包括温度恒定箱1、雨水生成系统2和土样测试缸3,所述土样测试缸3设置在温度恒定箱1内,雨水生成系统2设置在土样测试缸3上方。
对照附图1、附图2和附图3,温度恒定箱1的具体结构是:所述温度恒定箱包括箱体11、箱盖12和底座13,所述箱体11采用保温材料,做成双层中空圆柱体,箱体11和箱盖12通过活动扣固定,底座13为圆柱形。
上述箱盖12上设置有固定土样测试缸3的固定槽、固定降雨结构的降雨针管孔,所述温度恒定箱1的底部设置有固定土样测试缸3的固定孔。
上述箱体11下端设置有恒温水进口14、上端设置有恒温水出口15,恒温水系统由恒温水进口14进入,恒温水出口15流出,形成水循环结构,保证温度恒定箱1的温度恒定。
上述箱体11上设置有测试导线引出口16,温度传感器、水分传感器和空气压力传感器连接的导线由测试导线引出口16引出,测试导线引出口16也可以作为试样积水时的溢水口,还可以作为环境温度测试口。
对照附图4和附图5,雨水生成系统2的具体结构是:所述雨水生成系统2包括若干独立设置的降雨结构,所述降雨结构包括相连通的降雨针管21和若干雨水出水针管22,所述雨水出水针管22环状倾斜设置,所述降雨结构与水源连接,并可以使用水泵作为动力源。
优选的,上述降雨针管孔数量根据土样测试缸体3平面尺寸均匀布设。
优选的,上述雨水出水针管22设置为4个,与降雨针管21的轴线成10°倾角对称布置,所述雨水出水针管22的内径之和与降雨针管21相同,雨水出水针管22的内径采用0.5cm,降雨针管21的内径采用2cm。
上述降雨结构通过阀门控制降雨模式和降雨间歇进程,雨水生成系统2可以统一控制,也可以单独控制,还可以分组控制。每个独立的降雨结构通过控制阀设定雨强和降雨时长,模拟存在斜向降雨情况,并做好雨水生成系统的雨强标定。
对照附图1和附图2,土样测试缸3的具体结构是:所述土样测试缸3为环形缸体,其内环31上口封闭,下口开放,所述固定槽与外环32连接,所述土样测试缸3的底部设置有与固定孔连接的雨水渗出口33,雨水渗出口33共设置有四个。
上述土样测试缸3采用高强度的有机玻璃材料,下口处采用十字有机玻璃杆34固定。
上述土样测设缸3内于不同深度设置有若干组热水气测试固定位35,所述热水气测试固定位35内设置有温度传感器、水分传感器和空气压力传感器,分别测试土样的温度、水分和气压。所述热水气测试固定位35设置在内环31和外环32上,附图中于不同的深度布设了五组热水气测试固定位35,上下每组间隔5cm,每组由四个热水气测试固定位35构成。
本发明的使用方式是:调试好雨水生成系统2,将土样配置后装入土样测设缸3,埋设好测试传感器(包括温度传感器、水分传感器、空气压力传感器)和导线,将温度恒定箱1密封盖好,根据所需工况,通过恒温水系统控制设定恒定的环境温度,调整环境温度和降雨强度,测试土样测试缸3内不同深度处的热水气迁移情况。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例,并非依此限制本发明的保护范围,故:凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,包括温度恒定箱、雨水生成系统和土样测试缸,其特征在于,所述土样测试缸设置在温度恒定箱内,雨水生成系统设置在土样测试缸上方,所述雨水生成系统包括若干独立设置的降雨结构,所述土样测设缸内于不同深度设置有若干组热水气测试固定位,所述热水气测试固定位内设置有温度传感器、水分传感器和空气压力传感器。
2.根据权利要求1所述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,其特征在于,所述温度恒定箱包括箱体、箱盖和底座,所述箱盖上设置有固定土样测试缸的固定槽、固定降雨结构的降雨针管孔,所述箱体下端设置有恒温水进口、上端设置有恒温水出口。
3.根据权利要求2所述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,其特征在于,所述箱体上设置有测试导线引出口,温度传感器、水分传感器和空气压力传感器连接的导线由测试导线引出口引出。
4.根据权利要求1所述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,其特征在于,所述降雨结构包括相连通的降雨针管和若干雨水出水针管,所述雨水出水针管环状倾斜设置。
5.根据权利要求4所述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,其特征在于,所述雨水出水针管设置为4个,与降雨针管的轴线成10°倾角对称布置,所述雨水出水针管的内径之和与降雨针管相同。
6.根据权利要求1所述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,其特征在于,所述降雨结构通过阀门控制降雨模式和降雨间歇进程。
7.根据权利要求1所述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,其特征在于,所述土样测试缸为环形缸体,其内环上口封闭,下口开放,所述热水气测试固定位设置在内环和外环上。
8.根据权利要求1所述的温度影响下雨水入渗非饱和土的热水气迁移测试装置,其特征在于,所述温度恒定箱的底部设置有固定孔,土样测试缸的底部设置有雨水渗出口,雨水渗出口与固定孔相连接。
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