CN113049779A - 基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水土特征技术领域，尤其涉及基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置与方法，包括底座，所述底座的上端面固定安装有连接箱，所述连接箱的上端活动安装有箱体，所述箱体的内侧顶面通过升降机构活动安装有土槽，所述底座的上端面开设有若干个滑槽，每个所述滑槽内滑动插装有若干个储存格，所述储存格数量为若干个且呈阵列排布，位于前后方的储存格分别对应活动穿过连接箱的前后端面，本发明可以对不同饱和盐溶液的更换，既可以进行不同次数的干湿循环也可进行不同强度的干湿循环，也可以进行干湿循环处理前后土样土水特征曲线的测定，装置具有多种用途且操作简便。

Description

基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置 与方法

技术领域

本发明涉及水土特征技术领域，尤其涉及基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置与方法。

背景技术

由于全球气候的变化，旱涝灾害频繁发生，土体开裂的现象日益普遍。在自然降雨蒸发条件下，土体经历多次干燥与湿润的循环往复作用。在这个过程中，土壤体积会发生胀缩变化，进而改变渗透性能、水分与溶质运移规律，引起土壤结构、强度的不可逆劣化和衰减，进而导致滑坡、泻溜、崩岗、崩塌等失稳现象的发生，致使灾害的发生，同时也会对岩土、水利、地质等工程方面带来极大的影响。

目前针对土体干湿循环过程的研究方法一般为浸水增湿和烘干/风干脱湿，但这些方法会需要将土样从装置中拿出来称重并且需要称量多次，操作繁琐且不能准确的控制定量增湿水的情况，因此精度较差。对于非饱和土而言，土水特征曲线是描述含水量与基质吸力间相关关系的曲线，含水量的往复变化可以用基质吸力的重复作用表示，因此土样可以通过基质吸力一定的条件下平衡，使土样均匀的达到目标含水量，实现干湿循环的过程。饱和盐溶液法是目前最常用的基质吸力控制技术之一，通过不同的饱和盐溶液控制环境湿度，从而达到控制土样吸力的目的。此外，土水特征曲线可以用来模拟土壤水分运动、预测非饱和土的渗透性质、扩散作用、吸附作用等，其测定则主要采用轴平移技术、张力计法、滤纸法等。上述方法易产生误差、操作不便且效率低。

发明内容

本发明提出的基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置与方法能够提高实验的精度和工作效率。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，包括底座，所述底座的上端面固定安装有连接箱，所述连接箱的上端活动安装有箱体，所述箱体的内侧顶面通过升降机构活动安装有土槽，所述底座的上端面开设有若干个滑槽，每个所述滑槽内滑动插装有若干个储存格，所述储存格数量为若干个且呈阵列排布，位于前后方的储存格分别对应活动穿过连接箱的前后端面，所述储存格的上端面靠近连接箱的一侧边沿处延伸出封住沿，所述储存格的内侧开设有圆柱形状的腔，所述储存格的内侧底面均放入有磁力搅拌子，所述底座的内侧设置有对应驱动所述磁力搅拌子转动的多个磁驱动机构，所述储存格的内壁的上端端口延伸出L型折边，所述L型折边的上端面活动设置有环框，所述环框外侧边沿朝向下方延伸出下折边，所述下折边的下端垂直延伸出伸入所述L型折边内侧的弯折底边，所述弯折底边的下端面转动安装有若干个等距环形阵列分布的滚球，所述储存格的上端面对应弯折底边的下方处延伸出若干个等距环形阵列分布的三角导块，所述环框的下端面靠近内侧处朝向下方延伸出转动杆，所述转动杆的外表面设置有若干个导流板体，所述环框的外边沿朝向上方延伸出上折边，所述储存格的外表面靠近上端处固定连接有固定架，所述固定架的下端面垂直延伸出与储存格同轴的固定柱，所述固定柱的下端伸入至储存格的内侧且外表面靠近下端处固定连接有下接板，所述储存格的内侧靠近上端处设置有与储存格同轴的环状筒，所述下接板的端部固定连接在环状筒的内壁上，所述上折边的内壁上连接有与之同步转动的且活动卡在环状筒上端端口的带动杆，所述环状筒的上端端口延伸出导环，所述带动杆的下端开设有滑动卡在导环外表面的导槽，所述带动杆的下端面通过上接板固定连接有上扇板，所述下接板的上端面固定连接有下扇板，所述上扇板与下扇板之间活动连接有螺旋阶梯状分布的若干个连接扇板，且所述上扇板、下扇板与连接扇板的边沿处与环状筒的内壁活动贴合，所述上扇板、下扇板与连接扇板的外形呈扇形，所述箱体的内侧设置有数据采集系统，所述数据采集系统外接有PC端数据处理系统。

优选的，所述升降机构包括连接在箱体内侧顶面与土槽上端面四个拐角处的之间的升降缸，所述箱体的内侧顶面靠近升降缸的一侧固定安装有引导筒，从引导筒的下端滑动插入有引导杆，且所述引导杆的下端固定连接在土槽的上端面靠近拐角处。

优选的，所述储存格的外表面开设有拉拽凹槽，所述磁驱动机构包括电机，所述底座的内侧开设有内空腔，所述电机通过固定连接在周围外表面的加固板固定安装在内空腔的内侧，所述电机的输出轴端部连接连接板，所述连接板的上端固定连接有双极强磁铁，所述双极强磁铁贴近内空腔的顶面且与之不相接触。

优选的，所述弯折底边的下端面靠近滚球的两侧分别垂直延伸出限位片、固定连接在两侧限位片之间的转轴，所述转轴横穿过滚球的中心，所述滚球与弯折底边之间通过限位片以及转轴转动连接。

优选的，所述导流板体包括固定连接在转动杆外表面的弧形片、连接在弧形片下端的弯折片且相互呈钝角，所述弧形片远离弯折片的一侧外表面垂直延伸出若干个水平片，所述弧形片、弯折片以及水平片一体成型，所述弧形片的外表面贯穿开设有流通孔，所述流通孔的内壁上通过限制杆固定连接限位套环，所述限位套环的中间穿过有相转动配合的转动轴，所述转动轴的外表面延伸出螺旋片。

优选的，所述上折边的内壁上对应带动杆的一端位置处开设有卡槽，所述带动杆的一端活动贴在固定柱的外表面，且所述带动杆的另一端延伸出不少于两个的T型柱，所述T型柱的端部套装有卡位头，所述卡位头靠近卡槽内侧的拐角处开设圆角，所述卡位头的内侧通过开设插入槽与T型柱滑动配合，所述插入槽的内侧设置有压缩弹簧，所述压缩弹簧的两端分别抵在T型柱的端部以及插入槽的内壁。

优选的，所述上扇板与连接扇板之间、连接扇板与下扇板之间均设置有滑动机构，所述滑动机构包括开设在连接扇板或下扇板上端面的且外形呈弧形的弧形轨、从上扇板或连接扇板边沿处向下方延伸出的导柱，所述导柱活动伸入弧形轨的内侧，所述导柱的下端固定连接有活动卡入弧形轨内侧的卡盘。

优选的，所述箱体的下端前后边沿上开设有凹型卡边，所述连接箱的上端端口一侧边沿上开设有配合缺口，且所述连接箱的上端端口另一侧边沿上延伸出抵住边，所述凹型卡边滑动卡入配合缺口的内侧，所述箱体的下端一侧边沿抵在抵住边的内壁上，所述箱体的一侧外表面贯穿开设有外接孔，所述数据采集系统包括图像采集系统、温度传感器、湿度计数器、吸力传感器、土壤水分传感器与土壤水势传感器。

一种干湿循环处理的方法，运用上述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，包括以下步骤：

S1、配置多组饱和盐溶液，准备待处理土样；

S2、将待处理土样放在土槽中，向土样中根据试验需求插入土壤水分传感器和土壤水势传感器，将不同饱和盐溶液倒入储存格中，将储存格、连接箱与箱体组装好，通过选择不同盐溶液的切换实现干湿循环的控制，连接完毕后打开增湿所需的储存格的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致；

S3、增湿土样过程中的土壤水分传感器读数以及土壤水势传感器读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，结束增湿过程；

S4、关闭增湿所需的储存格，打开脱湿所需湿度的储存格的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计数器读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致；

S5、开始脱湿过程，土样中的土壤水分传感器读数以及土壤水势传感器读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，结束脱湿过程，至此，完成一次干湿循环；

S6、重复步骤S3至步骤S5进行若干次干湿循环，也可以改变不同饱和盐溶液进行不同强度的干湿循环处理，同时土壤水势传感器能够实时记录干湿循环过程中土样基质吸力的变化，土壤水分传感器能够实时记录干湿循环过程中土样含水量的变化，因此能够测得干湿循环过程中土样的土水特征曲线。

一种土水特征曲线实时监测与测量的方法，运用上述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，包括以下步骤：

A1、配置多组饱和盐溶液，准备待处理土样；

A2、将待处理土样放在土槽中，向土样中根据试验需求插入土壤水分传感器和土壤水势传感器，将不同饱和盐溶液倒入底槽溶液箱中，将储存格、连接箱与箱体组装好，通过不同盐溶液的切换实现基质吸力的变化；

A3、打开所需增加湿度的储存格的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计数器读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致，待到土样中的土壤水分传感器读数以及土壤水势传感器读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，认为待测土样中的吸力等于饱和蒸气压；

A4、根据各组饱和盐溶液在不同温度下的湿度计数器、土壤水分传感器、土壤水势传感器测得的读数可以得到土样的含水率，同时也可以得到在土样水分变化过程中含水量和基质吸力的实时变化过程，最终绘制以待测土样体积含水量为纵坐标，待测土样的吸力为横坐标的土水特征曲线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，通过将连接箱与箱体之间，储存格设计成若干方格抽屉式结构，可以同时放置不同的饱和盐溶液，装置可以控制不同盐溶液作用于土样，避免了更换盐溶液间隙空气对测量数据的影响，对于砂质土,在移动称重的时候很容易对样品造成破坏，该装置可有效避免此问题，同时大大降低了工作量，提升了工作效率；本发明通过存储格可以对不同饱和盐溶液的更换，既可以进行不同次数的干湿循环也可进行不同强度的干湿循环，也可以进行干湿循环处理前后土样土水特征曲线的测定，装置具有多种用途且操作简便。

2、本发明提出的一种干湿循环处理的方法，在实施过程中通过在土样中放置土壤水分传感器和土壤水势传感器，可以随时监测土样含水量和基质吸力的变化，减少了频繁取出土样称重的工作量以及避免了破坏装置内的平衡条件情况，使数据更精准。

3、本发明的一种土水特征曲线实时监测与测量的方法，该方法实施时操作简单，且可以实时监测干湿循环过程中的土水特征曲线变化情况，使实验更加完整，可以结合图像进一步分析干湿循环过程中土体微观结构的变化。

4、本发明运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，控制电机驱动双极强磁铁转动的过程中，使得磁力搅拌子转动，在储存格内形成螺旋的水流，利用磁力搅拌子加速溶液与外界空气中水蒸气交换过程的平衡，在弧形片与水流的接触过程中，使得转动杆顺应着水流螺旋方向转动，进而使得环框转动，环框转动的过程中，滚球将会在储存格的上端端口且靠近L型折边的外围滚动，即滚球以转轴为轴进行滚动，滚动到三角导块处时将会被颠起来，颠起来的过程中，弧形片与弯折片转动同时向上移动，水平片将水流拨动，起到扰流效果，滚球经过三角导块时环框下移，弯折片受到水冲击也会协助环框下移，因此弧形片在转动的同时也会上下抖动，促进附近位置的水流翻动，有利于加快溶液与外界的水汽交换。

5、本发明运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，通过开启电机使得环框转动时，带动带动杆同步转动，卡槽确保环框上下抖动不会同时使得带动杆上下抖动，使得带动杆只会以固定柱为轴转动，此过程中上扇板、连接扇板将会以固定柱为轴转动，最后叠加收起到下扇板的上方位置处，故而通过控制电机转动即可使得储存格的上端打开，反之控制电机反转即可使得储存格的上端封闭，在进行内侧液体水汽交换的过程中，在整个装置封闭不开启的情况下就可以控制储存格开启关闭，提升了实验的精确程度，使用便利。

附图说明

图1为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的结构示意图；

图2为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的连接箱与箱体剖开后示意图；

图3为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的图2中A处放大图；

图4为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的图2中B处放大图；

图5为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的箱体拆卸下后示意图；

图6为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的底座局部剖视图；

图7为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的图6中C处放大图；

图8为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的储存格的剖视图；

图9为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的环框处的结构示意图；

图10为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的储存格靠近上端处结构示意图；

图11为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的图10中D处放大图；

图12为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的L型折边局部剖视图；

图13为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的环状筒处结构示意图；

图14为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的图13中E处放大图；

图15为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的上扇板、连接扇板、下扇板处结构示意图；

图16为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的卡位头处剖视图；

图17为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的图9中F的放大图；

图18为本发明基于盐溶液法测定干湿交替条件下土壤水分特征曲线的装置的数据采集系统处原理图；

图19-图22为所采集的土样水分变化过程中含水量和基质吸力的实时变化过程结果图。

图中：1、底座；2、连接箱；3、储存格；4、拉拽凹槽；5、封住沿；6、内空腔；7、电机；8、加固板；9、连接板；10、双极强磁铁；11、滑槽；12、磁力搅拌子；13、转动杆；14、弧形片；15、弯折片；16、水平片；17、环框；18、上折边；19、下折边；20、弯折底边；21、限位片；22、滚球；23、转轴；24、L型折边；25、三角导块；26、固定架；27、固定柱；28、带动杆；29、上扇板；30、连接扇板；31、下扇板；32、下接板；33、上接板；34、导柱；35、卡盘；36、弧形轨；37、卡位头；38、插入槽；39、压缩弹簧；40、T型柱；41、卡槽；42、导环；43、导槽；44、环状筒；45、箱体；

46、外接孔；47、升降缸；48、引导筒；49、引导杆；50、土槽；

51、凹型卡边；52、配合缺口；53、抵住边；54、数据采集系统；

55、流通孔；56、限制杆；57、限位套环；58、转动轴；59、螺旋片；60、图像采集系统；61、温度传感器；62、湿度计数器；63、吸力传感器；64、土壤水分传感器；65、土壤水势传感器；66、PC端数据处理系统。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1-图22所示的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，包括底座1，底座1的上端面固定安装有连接箱2，连接箱2的上端活动安装有箱体45，箱体45的内侧顶面通过升降机构活动安装有土槽50，底座1的上端面开设有若干个滑槽11，每个滑槽11内滑动插装有若干个储存格3，储存格3数量为若干个且呈阵列排布，位于前后方的储存格3分别对应活动穿过连接箱2的前后端面，储存格3的上端面靠近连接箱2的一侧边沿处延伸出封住沿5，储存格3的内侧开设有圆柱形状的腔，储存格3的内侧底面均放入有磁力搅拌子12，底座1的内侧设置有对应驱动磁力搅拌子12转动的多个磁驱动机构，储存格3的内壁的上端端口延伸出L型折边24，L型折边24的上端面活动设置有环框17，环框17外侧边沿朝向下方延伸出下折边19，下折边19的下端垂直延伸出伸入L型折边24内侧的弯折底边20，弯折底边20的下端面转动安装有若干个等距环形阵列分布的滚球22，储存格3的上端面对应弯折底边20的下方处延伸出若干个等距环形阵列分布的三角导块25，环框17的下端面靠近内侧处朝向下方延伸出转动杆13，转动杆13的外表面设置有若干个导流板体，环框17的外边沿朝向上方延伸出上折边18，储存格3的外表面靠近上端处固定连接有固定架26，固定架26的下端面垂直延伸出与储存格3同轴的固定柱27，固定柱27的下端伸入至储存格3的内侧且外表面靠近下端处固定连接有下接板32，储存格3的内侧靠近上端处设置有与储存格3同轴的环状筒44，下接板32的端部固定连接在环状筒44的内壁上，上折边18的内壁上连接有与之同步转动的且活动卡在环状筒44上端端口的带动杆28，环状筒44的上端端口延伸出导环42，带动杆28的下端开设有滑动卡在导环42外表面的导槽43，带动杆28的下端面通过上接板33固定连接有上扇板29，下接板32的上端面固定连接有下扇板31，上扇板29与下扇板31之间活动连接有螺旋阶梯状分布的若干个连接扇板30，且上扇板29、下扇板31与连接扇板30的边沿处与环状筒44的内壁活动贴合，上扇板29、下扇板31与连接扇板30的外形呈扇形，箱体45的内侧设置有数据采集系统54，数据采集系统54外接有PC端数据处理系统66。

升降机构包括连接在箱体45内侧顶面与土槽50上端面拐角处的之间的升降缸47，箱体45的内侧顶面靠近升降缸47的一侧固定安装有引导筒48，从引导筒48的下端滑动插入有引导杆49，且引导杆49的下端固定连接在土槽50的上端面靠近拐角处，通过控制升降缸47伸缩，可以带动土槽50上下移动，此过程中引导杆49沿着引导筒48的内侧上下滑动，提升升降时的平稳程度，以便于放置土壤或者检测仪器。

磁驱动机构包括电机7，底座1的内侧开设有内空腔6，电机7通过固定连接在周围外表面的加固板8固定安装在内空腔6的内侧，若干个电机7可以与外界供电线路进行并联，每个并列线路上接上通断开关，以便于控制，电机7的输出轴端部连接连接板9，连接板9的上端固定连接有双极强磁铁10，双极强磁铁10贴近内空腔6的顶面且与之不相接触。电机7带动双极强磁铁10转动，在磁力的作用下，使得磁力搅拌子12快速转动，从而搅动盐溶液。

弯折底边20的下端面靠近滚球22的两侧分别垂直延伸出限位片21、固定连接在两侧限位片21之间的转轴23，转轴23横穿过滚球22的中心，滚球22与弯折底边20之间通过限位片21以及转轴23转动连接，限位片21固定连接在弯折底边20的下端面起到限制滚球22的作用，转轴23穿过滚球22以确保滚球22可以以转轴23为轴转动。

导流板体包括固定连接在转动杆13外表面的弧形片14、连接在弧形片14下端的弯折片15，弧形片14远离弯折片15的一侧外表面垂直延伸出若干个水平片16，弧形片14、弯折片15以及水平片16一体成型，水平片16使得在电机7反转时，溶液形成反向旋流时，水平片16进一步提升了水流对弧形片14表面的推力，以驱使环框17反转，将上扇板29、连接扇板30与下扇板31展开，关闭储存格3，导流板14的外表面贯穿开设有流通孔55，流通孔55的内壁上通过限制杆56固定连接限位套环57，限位套环57的中间穿过有相转动配合的转动轴58，转动轴58的外表面延伸出螺旋片59，在弧形片14移动的过程中，水流经过螺旋片59时将会使得螺旋片59发送转动，进而使得周围的水形成水平方向上的螺旋流，进而扰乱溶液的流动状态，促进溶液与外界水汽进行交换。

上折边18的内壁上对应带动杆28的一端位置处开设有卡槽41，带动杆28的一端活动贴在固定柱27的外表面，且带动杆28的另一端延伸出不少于两个的T型柱40，T型柱40的端部套装有卡位头37，卡位头37靠近卡槽41内侧的拐角处开设圆角，卡位头37的内侧通过开设插入槽38与T型柱40滑动配合，插入槽38的内侧设置有压缩弹簧39，压缩弹簧39的两端分别抵在T型柱40的端部以及插入槽38的内壁，在环框17转动的过程中，当使得带动杆28转动带动上扇板29转动到下扇板31的上方时，环框17继续转动，卡槽41将会使得卡位头37的端部推挤至外部，以使得卡位头37挤压压缩弹簧39，以确保不影响环框17的继续转动，确保弧形片14继续进行扰流的作用。

上扇板29与连接扇板30之间、连接扇板30与下扇板31之间均设置有滑动机构，滑动机构包括开设在连接扇板30或下扇板31上端面的呈弧形的弧形轨36、从上扇板29或连接扇板30边沿处向下方延伸出的导柱34，导柱34活动伸入弧形轨36的内侧，导柱34的下端固定连接有活动卡入弧形轨36内侧的卡盘35，在上扇板29、连接扇板30、下扇板31转动收起或者展开的过程中，导柱34与卡盘35沿着弧形轨36的内侧滑动，以确保三者间的平稳展开或者收起。

箱体45的下端前后边沿上开设有凹型卡边51，连接箱2的上端端口一侧边沿上开设有配合缺口52，且连接箱2的上端端口另一侧边沿上延伸出抵住边53，凹型卡边51滑动卡入配合缺口52的内侧，箱体45的下端一侧边沿抵在抵住边53的内壁上，箱体45的一侧外表面贯穿开设有外接孔46，数据采集系统54包括图像采集系统60、温度传感器61、湿度计数器62、吸力传感器63、土壤水分传感器64与土壤水势传感器65，外接孔46可以连接土壤水分传感器64与土壤水势传感器65，直接实时监测每一个土样含水率和基质吸力的变化。

连接箱2、箱体45与储存格3均采用无色透明耐高温有机玻璃材质，图像采集系统60可选用高清数码相机，土壤水分传感器64、土壤水势传感器65、温湿度传感器61、湿度计数器62、吸力传感器63与PC端数据处理系统66相连接，通过不同饱和盐溶液的切换实现箱体45的湿度变化，将测得的箱体45温湿度反馈给PC端数据处理系统66，同时连接的土壤水分传感器64、土壤水势传感器65将试样监测的水分水势变化传输给PC端数据处理系统66，固定于装置上方的高清数码相机可以实时拍摄试样的正面图像，与PC端数据处理系统66相连将拍摄的试样图像传输给PC端数据处理系统66(计算机)，储存格3内的溶液可以选择的有醋酸钾、氯化镁、碳酸钾、溴化钠、氯化钠、氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、氯化锂的饱和溶液。

一种干湿循环处理的方法，运用上述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，包括以下步骤：

S1、配置多组饱和盐溶液，准备待处理土样；

S2、将待处理土样放在土槽50中，向土样中根据试验需求插入土壤水分传感器64和土壤水势传感器65，将不同饱和盐溶液倒入储存格3中，将储存格3、连接箱2与箱体45组装好，通过选择不同盐溶液的切换实现干湿循环的控制，连接完毕后打开增湿所需的储存格3的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致；

S3、增湿土样过程中的土壤水分传感器64读数以及土壤水势传感器65读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，结束增湿过程；

S4、关闭增湿所需的储存格3，打开脱湿所需湿度的储存格3的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计数器62读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致；

S5、开始脱湿过程，土样中的土壤水分传感器64读数以及土壤水势传感器65读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，结束脱湿过程，至此，完成一次干湿循环；

S6、重复步骤S3至步骤S5进行若干次干湿循环，也可以改变不同饱和盐溶液进行不同强度的干湿循环处理，同时土壤水势传感器65能够实时记录干湿循环过程中土样基质吸力的变化，土壤水分传感器64能够实时记录干湿循环过程中土样含水量的变化，因此能够测得干湿循环过程中土样的土水特征曲线。

一种土水特征曲线实时监测与测量的方法，运用上述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，包括以下步骤：

A1、配置多组饱和盐溶液，准备待处理土样；

A2、将待处理土样放在土槽50中，向土样中根据试验需求插入土壤水分传感器64和土壤水势传感器65，将不同饱和盐溶液倒入底槽溶液箱中，将储存格3、连接箱2与箱体45组装好，通过不同盐溶液的切换实现基质吸力的变化；

A3、打开所需增加湿度的储存格3的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计数器62读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致，待到土样中的土壤水分传感器64读数以及土壤水势传感器65读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，认为待测土样中的吸力等于饱和蒸气压；

A4、根据各组饱和盐溶液在不同温度下的湿度计数器62、土壤水分传感器64、土壤水势传感器65测得的读数可以得到土样的含水率，同时也可以得到在土样水分变化过程中含水量和基质吸力的实时变化过程，最终绘制以待测土样体积含水量为纵坐标，待测土样的吸力为横坐标的土水特征曲线。

本发明运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，通过将连接箱2与箱体45之间，储存格设计成若干方格抽屉式结构，可以同时放置不同的饱和盐溶液，避免了更换盐溶液间隙空气对测量数据的影响，同时大大降低了工作量，提升了工作效率；本发明通过存储格3可以对不同饱和盐溶液的更换，既可以进行不同次数的干湿循环也可进行不同强度的干湿循环，也可以进行干湿循环处理前后土样土水特征曲线的测定，装置具有多种用途且操作简便。

本发明的一种干湿循环处理的方法，在实施过程中通过将土样中放置土壤水分和水势传感器，可以随时监测土样含水量和基质吸力的变化，避免了频繁取出土样称重的工作量以及避免了破坏装置内的平衡条件情况，尤其对于砂质土,在移动称重的时候很容易对样品造成破坏，使数据的精度更精准。

本发明的一种土水特征曲线实时监测与测量的方法，操作简单，且可以实时监测干湿循环过程中的土水特征曲线变化情况，使实验更加完整，可以结合图像进一步分析干湿循环过程中土体微观结构的变化。

本发明运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，利用磁力搅拌子12加速溶液的平衡，控制电机7驱动双极强磁铁10转动的过程中，使得磁力搅拌子12转动，在储存格3内形成螺旋的水流，在弧形片14与水流的接触过程中，使得转动杆13顺应着水流螺旋方向转动，进而使得环框17转动，环框17转动的过程中，滚球22将会在储存格3的上端端口且靠近L型折边24的外围滚动，滚动到三角导块25处时将会被颠起来，颠起来的过程中，弧形片14与弯折片15转动同时向上移动，水平片16将水流上下拨动，起到扰流效果，使得盐溶液不会仅仅只做螺旋的流动方式，滚球22经过三角导块25时环框17下移，弯折片15受到水冲击也会协助环框17下移，因此弧形片14在转动的同时也会上下抖动，促进附近的溶液上下翻动，有利于加快溶液与外界的水汽交换。

本发明运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，通过开启电机7使得环框17转动时，带动带动杆28同步转动，卡槽41确保环框17上下抖动不会同时使得带动杆28上下抖动，使得带动杆28只会以固定柱27为轴转动，此过程中上扇板29、连接扇板30将会以固定柱27为轴转动，最后叠加收起带下扇板31的上方位置处，故而通过控制电机7转动即可使得储存格3的上端打开，反之控制电机7反转即可使得储存格3的上端封闭，在进行内侧液体水汽交换的过程中，在整个装置封闭不开启的情况下就可以控制储存格3开启关闭，提升了实验的精确程度，使用便利。

综上，在磁力搅拌子12转动时，储存格3内将会形成螺旋水流，螺旋水流将会驱使弧形片14受到冲击，进而使得转动杆13与环框17发生转动，而在转动的同时使得靠近上方处的上扇板29、连接扇板30与下扇板31转动而收叠在一起，此过程中上扇板29、连接扇板30将会以固定柱27为轴转动，导柱34沿着弧形轨36滑动，而下接板32起到固定住下扇板31的作用，上接板33会随着上扇板29同步转动，叠起后，在环框17继续转动时卡位头37刮碰卡槽41内壁将会被推挤收缩，以确保不影响环框17的继续转动，反之，在控制磁力搅拌子12反转时，叠起来的上扇板29与连接扇板30再度展开，将储存格3的上端封闭，进而在磁力搅拌子12搅拌的同时控制储存格3的上端敞开与封闭，免去了盖板等单独开关储存格3上端带来的不便，也避免了因抽拉而带来的外界空气渗入的现象发生，提升实验精准度，同时在上述转动杆13与环框17发生转动的同时，由于滚球22间断性的接触三角导块25，会使得环框17、转动杆13上下抖动，由于上下抖动的运动轨迹，使得弧形片14上的水平片16对水流产生扰流的作用，破坏了螺旋水流的运动规律状态，而水流经过螺旋片59时将会使得螺旋片59发送转动，进而使得周围的水形成水平方向上的螺旋流，进一步扰乱溶液的流动状态，促进了外界水汽与盐溶液之间的交换速率，提高实验效率，在借助磁力搅拌子12驱动溶液螺旋流动时，实现了储存格3上端的自动开闭，此过程中同时促进内侧溶液的翻动，促进与外界水汽的交换效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)的上端面固定安装有连接箱(2)，所述连接箱(2)的上端活动安装有箱体(45)，所述箱体(45)的内侧顶面通过升降机构活动安装有土槽(50)，所述底座(1)的上端面开设有若干个滑槽(11)，每个所述滑槽(11)内滑动插装有若干个储存格(3)，所述储存格(3)数量为若干个且呈阵列排布，位于前后方的储存格(3)分别对应活动穿过连接箱(2)的前后端面，所述储存格(3)的上端面靠近连接箱(2)的一侧边沿处延伸出封住沿(5)，所述储存格(3)的内侧开设有圆柱形状的腔，所述储存格(3)的内侧底面均放入有磁力搅拌子(12)，所述底座(1)的内侧设置有对应驱动所述磁力搅拌子(12)转动的多个磁驱动机构，所述储存格(3)的内壁的上端端口延伸出L型折边(24)，所述L型折边(24)的上端面活动设置有环框(17)，所述环框(17)外侧边沿朝向下方延伸出下折边(19)，所述下折边(19)的下端垂直延伸出伸入所述L型折边(24)内侧的弯折底边(20)，所述弯折底边(20)的下端面转动安装有若干个等距环形阵列分布的滚球(22)，所述储存格(3)的上端面对应弯折底边(20)的下方处延伸出若干个等距环形阵列分布的三角导块(25)，所述环框(17)的下端面靠近内侧处朝向下方延伸出转动杆(13)，所述转动杆(13)的外表面设置有若干个导流板体，所述环框(17)的外边沿朝向上方延伸出上折边(18)，所述储存格(3)的外表面靠近上端处固定连接有固定架(26)，所述固定架(26)的下端面垂直延伸出与储存格(3)同轴的固定柱(27)，所述固定柱(27)的下端伸入至储存格(3)的内侧且外表面靠近下端处固定连接有下接板(32)，所述储存格(3)的内侧靠近上端处设置有与储存格(3)同轴的环状筒(44)，所述下接板(32)的端部固定连接在环状筒(44)的内壁上，所述上折边(18)的内壁上连接有与之同步转动的且活动卡在环状筒(44)上端端口的带动杆(28)，所述环状筒(44)的上端端口延伸出导环(42)，所述带动杆(28)的下端开设有滑动卡在导环(42)外表面的导槽(43)，所述带动杆(28)的下端面通过上接板(33)固定连接有上扇板(29)，所述下接板(32)的上端面固定连接有下扇板(31)，所述上扇板(29)与下扇板(31)之间活动连接有螺旋阶梯状分布的若干个连接扇板(30)，且所述上扇板(29)、下扇板(31)与连接扇板(30)的边沿处与环状筒(44)的内壁活动贴合，所述上扇板(29)、下扇板(31)与连接扇板(30)的外形呈扇形，所述箱体(45)的内侧设置有数据采集系统(54)，所述数据采集系统(54)外接有PC端数据处理系统(66)。

2.根据权利要求1所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：所述升降机构包括连接在箱体(45)内侧顶面与土槽(50)上端面四个拐角处的之间的升降缸(47)，所述箱体(45)的内侧顶面靠近升降缸(47)的一侧固定安装有引导筒(48)，从引导筒(48)的下端滑动插入有引导杆(49)，且所述引导杆(49)的下端固定连接在土槽(50)的上端面靠近拐角处。

3.根据权利要求1所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：所述储存格(3)的外表面开设有拉拽凹槽(4)，所述磁驱动机构包括电机(7)，所述底座(1)的内侧开设有内空腔(6)，所述电机(7)通过固定连接在周围外表面的加固板(8)固定安装在内空腔(6)的内侧，所述电机(7)的输出轴端部连接连接板(9)，所述连接板(9)的上端固定连接有双极强磁铁(10)，所述双极强磁铁(10)贴近内空腔(6)的顶面且与之不相接触。

4.根据权利要求1所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：所述弯折底边(20)的下端面靠近滚球(22)的两侧分别垂直延伸出限位片(21)、固定连接在两侧限位片(21)之间的转轴(23)，所述转轴(23)横穿过滚球(22)的中心，所述滚球(22)与弯折底边(20)之间通过限位片(21)以及转轴(23)转动连接。

5.根据权利要求1所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：所述导流板体包括固定连接在转动杆(13)外表面的弧形片(14)、连接在弧形片(14)下端的弯折片(15)且相互呈钝角，所述弧形片(14)远离弯折片(15)的一侧外表面垂直延伸出若干个水平片(16)，所述弧形片(14)、弯折片(15)以及水平片(16)一体成型，所述弧形片(14)的外表面贯穿开设有流通孔(55)，所述流通孔(55)的内壁上通过限制杆(56)固定连接限位套环(57)，所述限位套环(57)的中间穿过有相转动配合的转动轴(58)，所述转动轴(58)的外表面延伸出螺旋片(59)。

6.根据权利要求1所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：所述上折边(18)的内壁上对应带动杆(28)的一端位置处开设有卡槽(41)，所述带动杆(28)的一端活动贴在固定柱(27)的外表面，且所述带动杆(28)的另一端延伸出不少于两个的T型柱(40)，所述T型柱(40)的端部套装有卡位头(37)，所述卡位头(37)靠近卡槽(41)内侧的拐角处开设圆角，所述卡位头(37)的内侧通过开设插入槽(38)与T型柱(40)滑动配合，所述插入槽(38)的内侧设置有压缩弹簧(39)，所述压缩弹簧(39)的两端分别抵在T型柱(40)的端部以及插入槽(38)的内壁。

7.根据权利要求1所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：所述上扇板(29)与连接扇板(30)之间、连接扇板(30)与下扇板(31)之间均设置有滑动机构，所述滑动机构包括开设在连接扇板(30)或下扇板(31)上端面的且外形呈弧形的弧形轨(36)、从上扇板(29)或连接扇板(30)边沿处向下方延伸出的导柱(34)，所述导柱(34)活动伸入弧形轨(36)的内侧，所述导柱(34)的下端固定连接有活动卡入弧形轨(36)内侧的卡盘(35)。

8.根据权利要求1所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：所述箱体(45)的下端前后边沿上开设有凹型卡边(51)，所述连接箱(2)的上端端口一侧边沿上开设有配合缺口(52)，且所述连接箱(2)的上端端口另一侧边沿上延伸出抵住边(53)，所述凹型卡边(51)滑动卡入配合缺口(52)的内侧，所述箱体(45)的下端一侧边沿抵在抵住边(53)的内壁上，所述箱体(45)的一侧外表面贯穿开设有外接孔(46)，所述数据采集系统(54)包括图像采集系统(60)、温度传感器(61)、湿度计数器(62)、吸力传感器(63)、土壤水分传感器(64)与土壤水势传感器(65)。

9.一种干湿循环处理的方法，运用上述权利要求1-8任意一条所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1、配置多组饱和盐溶液，准备待处理土样；

S2、将待处理土样放在土槽(50)中，向土样中根据试验需求插入土壤水分传感器(64)和土壤水势传感器(65)，将不同饱和盐溶液倒入储存格(3)中，将储存格(3)、连接箱(2)与箱体(45)组装好，通过选择不同盐溶液的切换实现干湿循环的控制，连接完毕后打开增湿所需的储存格(3)的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致；

S3、增湿土样过程中的土壤水分传感器(64)读数以及土壤水势传感器(65)读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，结束增湿过程；

S4、关闭增湿所需的储存格(3)，打开脱湿所需湿度的储存格(3)的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计数器(62)读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致；

S5、开始脱湿过程，土样中的土壤水分传感器(64)读数以及土壤水势传感器(65)读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，结束脱湿过程，至此，完成一次干湿循环；

S6、重复步骤S3至步骤S5进行若干次干湿循环，也可以改变不同饱和盐溶液进行不同强度的干湿循环处理，同时土壤水势传感器(65)能够实时记录干湿循环过程中土样基质吸力的变化，土壤水分传感器(64)能够实时记录干湿循环过程中土样含水量的变化，因此能够测得干湿循环过程中土样的土水特征曲线。

10.一种土水特征曲线实时监测与测量的方法，运用上述权利要求1-8任意一条所述的一种运用盐溶液法进行干湿循环处理和土水特征曲线实时监测的装置，其特征在于：包括以下步骤：

A1、配置多组饱和盐溶液，准备待处理土样；

A2、将待处理土样放在土槽(50)中，向土样中根据试验需求插入土壤水分传感器(64)和土壤水势传感器(65)，将不同饱和盐溶液倒入底槽溶液箱中，将储存格(3)、连接箱(2)与箱体(45)组装好，通过不同盐溶液的切换实现基质吸力的变化；

A3、打开所需增加湿度的储存格(3)的对应的磁驱动机构，土样与水蒸气之间开始进行水汽交换，湿度计数器(62)读数与增湿过程中目标吸力对应的相对湿度一致，待到土样中的土壤水分传感器(64)读数以及土壤水势传感器(65)读数与目标吸力相对误差小于0.5％时，认为待测土样中的吸力等于饱和蒸气压；

A4、根据各组饱和盐溶液在不同温度下的湿度计数器(62)、土壤水分传感器(64)、土壤水势传感器(65)测得的读数可以得到土样的含水率，同时也可以得到在土样水分变化过程中含水量和基质吸力的实时变化过程，最终绘制以待测土样体积含水量为纵坐标，待测土样的吸力为横坐标的土水特征曲线。

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