CN113588510A - 一种用于原状土柱下渗试验的装置及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于原状土柱下渗试验的装置及其操作方法，包括支撑架、牵引装置、加热装置、土柱固定器和下渗装置，所述牵引装置与支撑架相连接，且牵引装置的一端与土柱固定器相连接，所述加热装置和土柱固定器相配合，且加热装置位于土柱固定器的下端。该用于原状土柱下渗试验的装置及其操作方法对凡士林、聚四氟乙烯胶带和宽胶带的利用，能够使原状土柱下渗试验中水不会从土柱侧边漏出，可确保水只从土柱中间下渗，避免重塑土与实际野外状态下的土壤存在的差距，避免产生试验误差，保证了下渗试验的准确性。
Description
技术领域
本发明属于土柱下渗试验领域，具体为一种用于原状土柱下渗试验的装置及其操作方法。
背景技术
目前进行下渗试验主要通过三种方式，第一种是环刀法，第二种是在野外进行，第三种是通过测定土壤容重，然后将土壤取回在预制好的装置中按容重进行土壤重塑，最后将重塑的土柱进行下渗试验。现有的三种进行下渗试验的方法存在或多或少的问题与局限性。第一种环刀法对操作要求较高，且环刀法无法避免环刀内壁与环刀内土壤之间形成的间隙，在下渗过程中极易产生壁流，无法保证水分只从土壤中经过，严重影响下渗实验结果准确性。第二种方法只可用于野外下渗，无法进行室内操作，有些试验样品需要在下渗试验前多一部预处理，而野外试验则无法实现这样的实验要求。第三种方法是通过进行重塑土柱进而开展下渗试验，虽然重塑土柱按照野外的容重进行重塑，但是重塑土与实际野外状态下的土壤还是存在差距，这就不可避免地产生了试验误差，使得研究的数据可信度不高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于原状土柱下渗试验的装置及其操作方法，以解决目前的环刀法壁流造成的试验不准确问题，同时解决野外下渗试验不方便进行预处理，误差比较大，使得研究的数据可信度不高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于原状土柱下渗试验的装置，包括支撑架、牵引装置、加热装置、土柱固定器和下渗装置，所述牵引装置与支撑架相连接，且牵引装置的一端与土柱固定器相连接，所述加热装置和土柱固定器相配合，且加热装置位于土柱固定器的下端。
进一步放入，所述支撑架为三角支撑架，且支撑架的顶端下侧设置有挂钩，该挂钩与牵引装置相配合。
进一步放入，所述牵引装置包括滑轮和牵引绳，且滑轮与牵引绳相配合，所述滑轮上端设置有挂环，且挂环与挂钩相配合。
进一步放入，所述加热装置包括电热炉和铁桶，铁桶位于电热炉上端。
进一步放入，所述土柱固定器包括下托盘、限位架和挂绳，下托盘与限位架为固定连接，且下托盘上端面设置有限位槽，所述土柱固定器与铁桶相配合，挂绳与牵引绳相连接。
进一步放入，所述下渗装置包括放置腔和下支撑，且放置腔直径大于土柱直径，且放置腔下端设置有放水阀。
一种用于原状土柱下渗试验的装置的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：取适量的石蜡颗粒放置于铁桶内，并在铁桶下方放置电热炉进行加热，使石蜡完全融化；
第二步：将支撑架、牵引装置和土柱固定器安装固定；
第三步：待石蜡完全溶解后将电热炉熄灭，使石蜡液体冷却；
第四步：将原状土柱置于土柱固定器中，利用牵引装置进行拉拽土柱固定器，使原状土柱反复没入铁桶的石蜡液体中；
第五步：待包裹好石蜡的土柱表面的石蜡完全冷却后，在土柱最上端进行水头下渗试验的预处理；
第六步：根据下渗水头实验所需的水头高度选择相应的宽胶带，在土柱上端进行缠绕；
第七步：使用聚四氟乙烯胶带对宽胶带与聚四氟乙烯胶带的接缝位置进行包裹；
第八步：使用凡士林将土柱上端的边缘与宽胶带结合处进行涂抹；
第九步：将使用石蜡封好的原状土柱小心装入下渗装置中，在上端保持恒定水头，定时测定下渗的水量，并记录。
进一步的，在第五步中，使用聚四氟乙烯胶带对土柱上端进行包裹，并利用聚四氟乙烯胶带将石蜡与土壤的接缝处进行包裹。
有益效果：与现有技术相比，本申请具有以下优势：
1.该用于原状土柱下渗试验的装置的各个部件可以快速安装拆卸，方便携带，占用空间比较小，使该装置可以在实验室内进行工作，操作更加简单快捷，能够使原状土柱石蜡涂抹更加均匀，有利于后期试验的进行。
2.该用于原状土柱下渗试验的装置的操作方法以及对凡士林、聚四氟乙烯胶带和宽胶带的利用，能够使原状土柱下渗试验中水不会从土柱侧边漏出，可确保水只从土柱中间下渗，避免重塑土与实际野外状态下的土壤存在的差距，避免产生试验误差，保证了下渗试验的准确性。
3.该用于原状土柱下渗试验的装置中所使用的石蜡可以重复利用，节约了使用成本，间接的保护环境。
附图说明
图1是用于原状土柱下渗试验的装置示意图；
图2是图1A处放大示意图；
图3是土柱固定器部分结构示意图；
图4是下渗装置结构示意图；
图5是包裹好的原状土柱示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本申请的用于原状土柱下渗试验的装置，包括支撑架1、牵引装置2、加热装置3、土柱固定器4和下渗装置5，牵引装置2与支撑架1相连接，且牵引装置2的一端与土柱固定器4相连接，加热装置3和土柱固定器4相配合，且加热装置3位于土柱固定器4的下端，把原状土柱放置在土柱固定器4上，然后利用牵引装置2把土柱固定器4拉起来，使土柱固定器4能够反复没入加热装置的铁桶302中，使石蜡12紧紧包裹住原状土柱，但是不让石蜡12包裹住土柱的两端，处理好的土柱取出经过预处理放置在下渗装置5中，该装置各个部件可以快速安装拆卸，方便携带，占用空间比较小，使该装置可以在实验室内进行工作，操作更加简单快捷，能够使原状土柱石蜡12涂抹更加均匀，有利于后期试验的进行。
支撑架1为三角支撑架，三角支撑架的顶端可以拆卸，而且3个支撑杆可以根据实际情况进行升降，大大实高实用性，确保了下渗试验在室内进行的可能，且支撑架1的顶端下侧设置有挂钩，该挂钩与牵引装置2相配合，方便牵引装置2的拆卸。
牵引装置2包括滑轮201和牵引绳202，且滑轮201与牵引绳202相配合，滑轮201上端设置有挂环，挂环与滑轮201为固定连接，提高连接强度和稳定性，同时又不影响滑轮201的旋转，且挂环与挂钩相配合，挂环可以直接挂在挂钩上，拆卸更加方便。
加热装置3包括电热炉301和铁桶302，铁桶302位于电热炉301上端，以直径10cm，高度60cm土柱原状土柱为例：用于融化石蜡12的铁桶302直径30cm，高度1m、电热炉301220V.AC 2000W。
土柱固定器4包括下托盘401、限位架402和挂绳403，下托盘401与限位架402为固定连接，限位架402可以焊接在下托盘401的四周，保证土柱能够放进去，且下托盘401上端面设置有限位槽，限位槽方便限制住土柱，在不影响土柱被石蜡12包裹的墙体下，尽量稳定住原状土柱，而且，下托盘401限位槽的四周均匀设置有漏孔，方便融化的石蜡12通过下托盘401包裹住土柱，土柱固定器4与铁桶302相配合，挂绳403与牵引绳202相连接，利用牵引绳202使带有原状土柱的土柱固定器4能够反复没入加热装置的铁桶302中，使石蜡12紧紧包裹住原状土柱。
如图4所示，下渗装置5包括放置腔501和下支撑502，且放置腔501直径大于土柱直径，经过一系列处理的原状土柱放置在放置腔501内，且放置腔501下端设置有放水阀，下支撑502内部可以设置有水杯，放水阀可以根据实际情况进项开关，下渗装置5方便使用者记录原状土柱下渗的过程和参数。
一种用于原状土柱下渗试验的装置的操作方法，包括以下步骤：
第一步：取适量的石蜡12颗粒，石蜡颗粒是昆仑产的58号全精炼石蜡颗粒执行标准GB/T 254-2010放置于铁桶302内，并在铁桶302下方放置电热炉301进行加热，使石蜡12完全融化；
第二步：在等石蜡12颗粒融化的过程中，可以将支撑架1、牵引装置2和土柱固定器3安装固定好；
第三步：待石蜡12完全溶解后将电热炉301熄灭，使石蜡12液体冷却，冷却时间为1小时；
第四步：将原状土柱置于土柱固定器4中，土柱的一端位于固定器4的限位槽中，提高固定器的稳定性，利用牵引装置2的牵引绳202进行拉拽土柱固定器4，使原状土柱反复没入铁桶302的石蜡12液体中，土柱的最上端不可没入石蜡12，反复多次，使原状土柱表面裹上适当厚度的石蜡12隔离层；
第五步：待包裹好石蜡12的土柱表面的石蜡12完全冷却后，在土柱最上端进行水头下渗试验的预处理，首先使用生胶带(聚四氟乙烯胶带11)对土柱上端和石蜡12连接处进行包裹，使得土柱上端和石蜡12连接处尽量平整，并利用生胶带将石蜡12与土壤的接缝处进行包裹，防止下渗试验时水从缝隙中流走，从而影响实验结果；
第六步：根据下渗水头实验所需的水头高度选择相应的宽胶带13，在土柱上端进行缠绕，宽胶带13高出土柱上端的高度要大于水头(水头是进行下渗实验时候土柱上端所放的水)高度，宽胶带13能够防止水意外流出，影响实验结果；
第七步：使用聚四氟乙烯胶带11对宽胶带13与聚四氟乙烯胶带11的接缝位置进行包裹，由于生胶带(聚四氟乙烯胶带11)对土柱上端和石蜡12连接处进行包裹，而且土柱上端缠绕有宽胶带13，为了防止宽胶带13与聚四氟乙烯胶带11的接缝位置漏水，再次使用使用聚四氟乙烯胶带11对宽胶带13与聚四氟乙烯胶带11的接缝位置进行包裹，大大提高密封性，使原状土柱下渗试验中水不会从土柱侧边漏出，可确保水只从土柱中间下渗，避免重塑土与实际野外状态下的土壤存在的差距，避免产生试验误差，保证了下渗试验的准确性；
第八步：使用凡士林14将土柱上端的边缘与宽胶带13结合处进行涂抹，防治水从胶带与土柱之间漏出，确保水只从土柱中下渗；
第九步：将使用石蜡12封好的原状土柱小心装入下渗装置5中，在上端保持恒定水头，定时测定下渗的水量，并记录。
第五步中，使用聚四氟乙烯胶带11对土柱上端进行包裹，并利用聚四氟乙烯胶带11将石蜡12与土壤的接缝处进行包裹。
该用于原状土柱下渗试验的装置的操作方法以及对凡士林14、聚四氟乙烯胶带11和宽胶带13的利用，能够使原状土柱下渗试验中水不会从土柱侧边漏出，可确保水只从土柱中间下渗，避免重塑土与实际野外状态下的土壤存在的差距，避免产生试验误差，保证了下渗试验的准确性。
本发明提供了一种用于原状土柱下渗试验的装置及其操作方法的思路及实施方法，具体应用途径很多，以上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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于原状土柱下渗试验的装置，其特征在于：包括支撑架(1)、牵引装置(2)、加热装置(3)、土柱固定器(4)和下渗装置(5)，所述牵引装置(2)与支撑架(1)相连接，且牵引装置(2)的一端与土柱固定器(4)相连接，所述加热装置(3)和土柱固定器(4)相配合，且加热装置(3)位于土柱固定器(4)的下端。
2.根据权利要求1所述的用于原状土柱下渗试验的装置，其特征在于：所述支撑架(1)为三角支撑架，且支撑架(1)的顶端下侧设置有挂钩，该挂钩与牵引装置(2)相配合。
3.根据权利要求1所述的用于原状土柱下渗试验的装置，其特征在于：所述牵引装置(2)包括滑轮(201)和牵引绳(202)，且滑轮(201)与牵引绳(202)相配合，所述滑轮(201)上端设置有挂环，且挂环与挂钩相配合。
4.根据权利要求1所述的用于原状土柱下渗试验的装置，其特征在于：所述加热装置(3)包括电热炉(301)和铁桶(302)，铁桶(302)位于电热炉(301)上端。
5.根据权利要求1所述的用于原状土柱下渗试验的装置，其特征在于：所述土柱固定器(4)包括下托盘(401)、限位架(402)和挂绳(403)，下托盘(401)与限位架(402)为固定连接，且下托盘(401)上端面设置有限位槽，所述土柱固定器(4)与铁桶(302)相配合，挂绳(403)与牵引绳(202)相连接。
6.根据权利要求1所述的用于原状土柱下渗试验的装置，其特征在于：所述下渗装置(5)包括放置腔(501)和下支撑(502)，且放置腔(501)直径大于土柱直径，且放置腔(501)下端设置有放水阀。
7.基于如权利要求1-6中任一项所述的用于原状土柱下渗试验的装置的操作方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：取适量的石蜡颗粒放置于铁桶内，并在铁桶(302)下方放置电热炉(301)进行加热，使石蜡完全融化；
第二步：将支撑架(1)、牵引装置(2)和土柱固定器(3)安装固定；
第三步：待石蜡完全溶解后将电热炉(301)熄灭，使石蜡液体冷却；
第四步：将原状土柱置于土柱固定器(4)中，利用牵引装置(2)进行拉拽土柱固定器(4)，使原状土柱反复没入铁桶(302)的石蜡液体中；
第五步：待包裹好石蜡的土柱表面的石蜡完全冷却后，在土柱最上端进行水头下渗试验的预处理；
第六步：根据下渗水头实验所需的水头高度选择相应的宽胶带，在土柱上端进行缠绕；
第七步：使用聚四氟乙烯胶带对宽胶带与聚四氟乙烯胶带的接缝位置进行包裹；
第八步：使用凡士林将土柱上端的边缘与宽胶带结合处进行涂抹；
第九步：将使用石蜡封好的原状土柱小心装入下渗装置(5)中，在上端保持恒定水头，定时测定下渗的水量，并记录。
8.根据权利要求7所述的用于原状土柱下渗试验的装置的操作方法，其特征在于：在第五步中，使用聚四氟乙烯胶带对土柱上端进行包裹，并利用聚四氟乙烯胶带将石蜡与土壤的接缝处进行包裹。
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