CN113029856A - 检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

一种检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置及实验方法，包括冲刷水槽，冲刷水槽顶部设有降雨模拟装置，降雨模拟装置用于给径流坡道提供降水，径流坡道中部设有稳流池，径流坡道下部设有土样盒；土样盒内用于填充土试样，土试样表面铺设有植生卷材，植生卷材与径流坡道上表面平齐设置；径流坡道底部可转动地与冲刷水槽连接，径流坡道顶部连接有牵线，牵线缠绕在绕线轮上；冲刷水槽底部设有径流口，径流口下方设有回收槽，回收槽放置上在称重器上。本发明的降雨模拟装置可以模拟不同降雨量的降雨，径流坡道的坡度可以根据不同实验坡度进行调整，且径流坡道对应设置有指针，指针与角度刻度指示相适配，可以清晰地观察到实验坡度，使得本装置通用性强。

Description

检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置及实验方法

技术领域

本发明属于生态卷材抗冲刷实验技术领域，特别涉及一种检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置及实验方法。

背景技术

防冲刷设计是边坡稳定性及防护设计的重要组成部分，冲刷会引起水土流失会污染环境，其带走的大量泥沙会堆积在坡脚或行车道，阻碍路面排水，甚至影响行车安全。边坡进行植被防护后，植被能减少水土的流失，减轻雨水冲蚀的强度，并且提高了土体内部颗粒间的结合作用，从而对坡面稳定有利。

不同降雨强度以及降水面积对生态植物边坡的冲刷作用,需要设计一种生态卷材抗冲刷实验装置及实验方法，综合评价生态卷材抗冲刷性能具有更加重要意义。

中国专利文献（申请号202010969957.2），记载的“用于边坡绿化及防护的植被混凝土帆布”，描述了三维间隔织物层的结构，三维间隔织物层为生态卷材，其抗冲刷能力需要采用专用的实验装置进行测试，而现有技术并没有公开相应的实验装置。

发明内容

鉴于背景技术所存在的技术问题，本发明所提供的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置及实验方法，本发明的降雨模拟装置可以模拟不同降雨量的降雨，径流坡道的坡度可以根据不同实验坡度进行调整，且径流坡道对应设置有指针，指针与角度刻度指示相适配，可以清晰地观察到实验坡度，使得本装置通用性强，实用性强，另外本发明结构简单，制造成本低，便于推广。

为了解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案来实现：

一种检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置及实验方法，包括冲刷水槽，冲刷水槽顶部设有降雨模拟装置，降雨模拟装置包括质量流量计，降雨模拟装置用于给径流坡道提供降水，径流坡道中部设有稳流池，径流坡道下部设有土样盒，土样盒和稳流池均位于径流坡道下表面以下；土样盒内用于填充土试样，土试样表面铺设有植生卷材，植生卷材与径流坡道上表面平齐设置；径流坡道底部可转动地与冲刷水槽连接，径流坡道顶部连接有牵线，牵线缠绕在绕线轮上；冲刷水槽底部设有径流口，径流口下方设有回收槽，回收槽放置上在称重器上。

优选的方案中，所述的降雨模拟装置还包括花洒，花洒位于径流坡道上方，花洒通过水管与变频水泵连接，变频水泵位于水箱底部。

优选的方案中，所述的冲刷水槽顶部设有支架，支架用于固定水管；水管上设有控制阀门和质量流量计。

优选的方案中，所述的水管包括第一硬质水管和第二硬质水管，第一硬质水管和第二硬质水管相互套接且通过活塞滑动配合。

优选的方案中，所述的绕线轮通过摇把或电机转动。

优选的方案中，所述的绕线轮可转动地设置在Y形架上，Y形架与丝杆连接，丝杆与内螺纹调节筒螺纹配合。

优选的方案中，所述的径流坡道通过转轴和轴套与冲刷水槽连接，轴套与径流坡道固定连接，轴套上设有指针，指针与径流坡道位于同一个平面设置；冲刷水槽为透明材质，冲刷水槽上设有角度刻度指示，角度刻度指示的圆心位于轴套的轴线上。

优选的方案中，所述的径流坡道上设有多个隔板，隔板将径流坡道分隔成了多条冲刷实验通道，冲刷实验通道上配备有一个土样盒；冲刷水槽内设置有多个隔板和径流口，每个径流口对应一条冲刷实验通道。

本专利可达到以下有益效果：

1、本发明的降雨模拟装置可以模拟不同降雨量的降雨，径流坡道的坡度可以根据不同实验坡度进行调整，且径流坡道对应设置有指针，指针与角度刻度指示相适配，可以清晰地观察到实验坡度，使得本装置通用性强，实用性强，另外本发明结构简单，制造成本低，便于推广。

2、本发明给出了一种生态卷材降雨冲刷实验的方法，通过本装置和方法，可获得坡体水土的冲刷量，本发明可为生态边坡受冲刷作用的防治工作提供依据。

3、本发明坡度调节装置不仅可以进行低角度（例如0-45°）的快速调节，还可以高角度（例如45-90°）二次调节。具体调节如下：先确定实验所需的坡度，旋转绕线轮调节牵线的长度，从而调节径流坡道的角度；当实验坡度过大时，旋转内螺纹调节筒使丝杆伸长，再收紧牵线长度，从而调节径流坡道的角度。绕线轮位置确定后，用合抱装置进行锁定，合抱装置为两个卡箍，两个卡箍可滑动地与冲刷水槽外壁连接。

4、本发明提供的实验方法，可以模拟生态卷材在不同类型土壤上的抗冲刷效果，得出的实验数据充分，为防治工作提供更全面的依据。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明径流坡道主视图;

图3为本发明径流坡道安装示意图；

图4为本发明绕线轮调节原理图；

图5为本发明不同土试样实验曲线图；

图6为现有三维间隔织物布结构图。

图中：冲刷水槽1、支架2、水管3、水箱4、管箍5、稳流池6、土样盒7、花洒8、径流坡道9、称重器10、回收槽11、隔板12、变频水泵13、控制阀门14、计时器15、质量流量计16、活塞17、径流口18、绕线轮19、转轴20、牵线21、摇把22、Y形架23、丝杆24、内螺纹调节筒25、轴套26、指针27、角度刻度指示28、合抱装置29、滑轨30；

A为上织布层、B为纤维丝中间层、C为下织布层。

具体实施方式

优选的方案如图1至图5所示，一种检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置及实验方法，包括冲刷水槽1，冲刷水槽1顶部设有降雨模拟装置，降雨模拟装置包括质量流量计16，降雨模拟装置用于给径流坡道9提供降水，径流坡道9中部设有稳流池6，径流坡道9下部设有土样盒7，土样盒7和稳流池6均位于径流坡道9下表面以下；土样盒7内用于填充土试样，土试样表面铺设有植生卷材，植生卷材与径流坡道9上表面平齐设置；径流坡道9底部可转动地与冲刷水槽1连接，径流坡道9顶部连接有牵线21，牵线21缠绕在绕线轮19上；冲刷水槽1底部设有径流口18，径流口18下方设有回收槽11，回收槽11放置上在称重器10上。

径流坡道9的长度为9.62米，宽度为2.5米，冲刷水槽1优选为玻璃或透明塑料，冲刷水槽1设有高度刻度指示。实验室需要配合计时器15进行操作。

进一步地，降雨模拟装置还包括花洒8，花洒8位于径流坡道9上方，花洒8通过水管3与变频水泵13连接，变频水泵13位于水箱4底部。

进一步地，冲刷水槽1顶部设有支架2，支架2用于固定水管3；水管3上设有控制阀门14和质量流量计16。

支架2上设有管箍5，管箍5用于固定水管3。

进一步地，如图1所示，水管3包括第一硬质水管和第二硬质水管，第一硬质水管和第二硬质水管相互套接且通过活塞17滑动配合。

进一步地，绕线轮19通过摇把22或电机转动。

进一步地，绕线轮19可转动地设置在Y形架23上，Y形架23与丝杆24连接，丝杆24与内螺纹调节筒25螺纹配合。

旋转内螺纹调节筒25用于调节丝杆24横向位置，从而调节绕线轮19位置，由于绕线轮19需要在冲刷水槽1上横向移动，因此在冲刷水槽1上设有横向滑槽，横向滑槽与滑块相配合，滑块通过轴承与转动杆连接，转动杆一端与摇把22连接，转动杆另一端设有合抱装置29，合抱装置29类似与卡箍，合抱装置29用于限制转动杆转动，合抱装置29与滑轨30滑动配合，滑轨30设置在冲刷水槽1侧壁。

进一步地，径流坡道9通过转轴20和轴套26与冲刷水槽1连接，轴套26与径流坡道9固定连接，轴套26上设有指针27，指针27与径流坡道9位于同一个平面设置；冲刷水槽1为透明材质，冲刷水槽1上设有角度刻度指示28，角度刻度指示28的圆心位于轴套26的轴线上。

转轴20通过轴承与冲刷水槽1连接，指针27随同径流坡道9转动用于直观观察径流坡道9的角度。

进一步地，径流坡道9上设有多个隔板12，隔板12将径流坡道9分隔成了多条冲刷实验通道，冲刷实验通道上配备有一个土样盒7；冲刷水槽1内设置有多个隔板12和径流口18，每个径流口18对应一条冲刷实验通道。

多个冲刷实验通道用于取多组沉淀物取平均值，从而增加试验准确性。

检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置的实验方法，包括如下步骤：

步骤1:准备工作：准备植生卷材和土试样，向土样盒7内填充土试样，在填好的土试样表面铺设植生卷材，并将植生卷材压实，使植生卷材与径流坡道9上表面平齐；

土试样包括第一土试样、第二土试样和第三试样；第一土试样用于模拟土质边坡，第二土试样用于模拟砂质边坡，第二土试样内参有X%质量比值的砂；第三土试样用于模拟岩石边坡，第三土试样参有Y%的岩石颗粒；如图5所示，灌粉率表示土的比重，例如，60%灌粉率表示土试样中含有40%的砂或岩石颗粒。

植生卷材中的粉料是通过调节PH值保证土壤的酸碱性，将原生土过筛磨细后作为植物生长的主要来源，并加入水泥降碱用磷石膏对水泥降碱并作为胶凝材料使用，由于水泥的持续水化会导致胶凝材料碱性的持续提升，以FeSO4·7H2O作为降碱材料，并且效果显著。故以水泥为主要材料的配方定为：黏土、磷石膏粉末、硫铝酸盐水泥、熟化鸡粪以及木屑，所有物质均为粉末物。

将径流坡道9调整到合适坡度, 所述的合适坡度与实际岸坡坡度保持一致，并做好坡度记录; 调整花洒8高度并做好记录；

步骤2:实验进行：开启变频水泵13，通过变频器控制变频水泵13的输出功率，从而调节花洒的出水大小；水落入稳流池6中，稳流池6用于获得稳定流速；记录流量计16数值，并观察冲刷水槽中是否有颗粒物冲刷出；

步骤3：待降雨量达到稳定后，将收集槽放置在径流坡道的末端，并且开始计时测试，T分钟后，将收集到污水和冲刷物沉淀，并将收集槽取出；

再将空收集槽放置在径流坡道的末端，然后每隔T分钟重复上述操作；

步骤4：将回收槽中的水和植生材料混合物倒入滤纸中，收集测试沉淀物；测量并记录每一桶水的蓄水量；还可以使用额外的水来冲洗容器内的所有植生材料；将剩下的沉淀物放入烘箱中烘干并进行称重,记为M1；

将试件重复进行上述操作，分别称重质量为M2、M3、M4、M5、M6。

步骤5：将每个沉淀物样品放入烤箱中烘干，然后称重样品，测定质量并记录下来；优选地，每个沉淀物样品放入105°C的烤箱中烘干至少24小时；

步骤6： 取同一T分钟内对应的三个泥沙质量平均值，得出每个目标降雨强度下平均土壤流失量。

T取值为5，取同一五分钟内对应的三个冲刷剩余物质量平均值，得出每个目标降雨强度下平均土壤流失量。将平均植生材料的流失量相加，得到在每个降雨强度下整个30分钟的平均流失量。

进一步地，径流坡道9的坡度调节方法为：先确定实验所需的坡度，旋转绕线轮19调节牵线21的长度，从而调节径流坡道9的角度；当实验坡度过大时，旋转内螺纹调节筒25使丝杆24伸长，再收紧牵线21长度，从而调节径流坡道9的角度。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置，包括冲刷水槽（1），冲刷水槽（1）顶部设有降雨模拟装置，降雨模拟装置包括质量流量计（16），其特征在于：降雨模拟装置用于给径流坡道（9）提供降水，径流坡道（9）中部设有稳流池（6），径流坡道（9）下部设有土样盒（7），土样盒（7）和稳流池（6）均位于径流坡道（9）下表面以下；土样盒（7）内用于填充土试样，土试样表面铺设有植生卷材，植生卷材与径流坡道（9）上表面平齐设置；径流坡道（9）底部可转动地与冲刷水槽（1）连接，径流坡道（9）顶部连接有牵线（21），牵线（21）缠绕在绕线轮（19）上；冲刷水槽（1）底部设有径流口（18），径流口（18）下方设有回收槽（11），回收槽（11）放置上在称重器（10）上。

2.根据权利要求1所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置，其特征在于：降雨模拟装置还包括花洒（8），花洒（8）位于径流坡道（9）上方，花洒（8）通过水管（3）与变频水泵（13）连接，变频水泵（13）位于水箱（4）底部。

3.根据权利要求2所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置，其特征在于：冲刷水槽（1）顶部设有支架（2），支架（2）用于固定水管（3）；水管（3）上设有控制阀门（14）和质量流量计（16）。

4.根据权利要求3所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置，其特征在于：水管（3）包括第一硬质水管和第二硬质水管，第一硬质水管和第二硬质水管相互套接且通过活塞（17）滑动配合。

5.根据权利要求1所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置，其特征在于：绕线轮（19）通过摇把（22）或电机转动。

6.根据权利要求5所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置，其特征在于：绕线轮（19）可转动地设置在Y形架（23）上，Y形架（23）与丝杆（24）连接，丝杆（24）与内螺纹调节筒（25）螺纹配合。

7.根据权利要求1所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置，其特征在于：径流坡道（9）通过转轴（20）和轴套（26）与冲刷水槽（1）连接，轴套（26）与径流坡道（9）固定连接，轴套（26）上设有指针（27），指针（27）与径流坡道（9）位于同一个平面设置；冲刷水槽（1）为透明材质，冲刷水槽（1）上设有角度刻度指示（28），角度刻度指示（28）的圆心位于轴套（26）的轴线上。

8.根据权利要求7所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置，其特征在于：径流坡道（9）上设有多个隔板（12），隔板（12）将径流坡道（9）分隔成了多条冲刷实验通道，冲刷实验通道上配备有一个土样盒（7）；冲刷水槽（1）内设置有多个隔板（12）和径流口（18），每个径流口（18）对应一条冲刷实验通道。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1:准备工作：准备植生卷材和土试样，向土样盒（7）内填充土试样，在填好的土试样表面铺设植生卷材，并将植生卷材压实，使植生卷材与径流坡道（9）上表面平齐；

土试样包括第一土试样、第二土试样和第三试样；第一土试样用于模拟土质边坡，第二土试样用于模拟砂质边坡，第二土试样内参有X%质量比值的砂；第三土试样用于模拟岩石边坡，第三土试样参有Y%的岩石颗粒；

将径流坡道（9）调整到合适坡度, 所述的合适坡度与实际岸坡坡度保持一致，并做好坡度记录; 调整花洒（8）高度并做好记录；

步骤2:实验进行：开启变频水泵（13），通过变频器控制变频水泵（13）的输出功率，从而调节花洒的出水大小；水落入稳流池（6）中，稳流池（6）用于获得稳定流速；记录流量计（16）数值，并观察冲刷水槽中是否有颗粒物冲刷出；

步骤3：待降雨量达到稳定后，将收集槽放置在径流坡道的末端，并且开始计时测试，T分钟后，将收集到污水和冲刷物沉淀，并将收集槽取出；

再将空收集槽放置在径流坡道的末端，然后每隔T分钟重复上述操作；

步骤4：将回收槽中的水和植生材料混合物倒入滤纸中，收集测试沉淀物；测量并记录每一桶水的蓄水量；还可以使用额外的水来冲洗容器内的所有植生材料；将剩下的沉淀物放入烘箱中烘干并进行称重,记为M1；

步骤5：将每个沉淀物样品放入烤箱中烘干，然后称重样品，测定质量并记录下来；

步骤6：取同一T分钟内对应的三个泥沙质量平均值，得出每个目标降雨强度下平均土壤流失量。

10.根据权利要求9所述的检验生态卷材抗冲刷性能的实验装置的实验方法，其特征在于：径流坡道（9）的坡度调节方法为：先确定实验所需的坡度，旋转绕线轮（19）调节牵线（21）的长度，从而调节径流坡道（9）的角度；当实验坡度过大时，旋转内螺纹调节筒（25）使丝杆（24）伸长，再收紧牵线（21）长度，从而调节径流坡道（9）的角度。

Images