CN114441373A - 土壤流变性能检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
土壤流变性能测试系统，包括底座、承载装置、储料池和称重仪，承载装置、储料池和称重仪均位于底座上；所述称重仪底部与底板相抵，储料池位于称重仪上；所述承载装置位于储料池上方，且承载装置与底座之间通过支架悬空设置；所述承载装置顶部形成有进料口，承载装置底部形成有出料口，进料口与出料口相连通，出料口朝向储料池；所述承载装置底部设有支撑筛网；与现有技术相比，通过对承载装置进行加热和注水，土壤样本的流变情况在重力的作用下下落至称重仪中，通过称重仪读数的变化来观察土壤样本的流变情况，对流变情况分析后，可对土壤进行支护的个性化定制。
Description
技术领域
本发明属于土壤流变技术领域，尤其是涉及土壤流变性能检测系统及其检测方法。
背景技术
流变性是指物质在外力作用下的变形和流动性质，土壤的流变性指土壤在外力作用下变形和流动性质，变形指坍落度的突然增大，流动性质即是土壤的流动性的变化。
土壤属于宾汉姆流变模型，其流变方程中包含两个参数：屈服剪应力0τ和粘性系数η。目前常规的测试新拌土壤的试验方法不能充分的反映新拌土壤的工作性，而根据流变学观点，流变仪和粘度计试验，以Tattersell提出的两点法，测得土壤的屈服应力和塑性粘度来表征流变性能。
当边坡存在塌方隐患时，通常及时对边坡进行支护处理，所需支护的支护力根据不同结构的支护得到，而现有技术中，难以对边坡的所需支护力进行分析，大型支护结构安装费时费力，影响支护的安全效率，且加重了支护成本。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种测试可靠、安全稳定的土壤流变性能检测系统。
为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：土壤流变性能测试系统，包括底座、承载装置、储料池和称重仪，承载装置、储料池和称重仪均位于底座上；所述称重仪底部与底板相抵，储料池位于称重仪上；所述承载装置位于储料池上方，且承载装置与底座之间通过支架悬空设置；所述承载装置顶部形成有进料口，承载装置底部形成有出料口，进料口与出料口相连通，出料口朝向储料池；所述承载装置底部设有支撑筛网。
作为本发明的一种优选方案，所述承载装置为中空的圆台结构，承载装置顶部尺寸大于承载装置底部尺寸，承载装置内部形成放置土壤的空腔。
作为本发明的一种优选方案，所述承载装置包括外载体和内载体，内载体位于外载体内，外载体与内载体均为圆台结构，外载体与内载体顶部与底部均固定连接。
作为本发明的一种优选方案，所述外载体与内载体之间设有加热组件，加热组件沿外载体与内载体的高度方向均匀环绕设置。
作为本发明的一种优选方案，所述加热组件的高度与承载装置的高度一致，加热组件顶部与承载装置的顶部相连，加热组件的底部与承载装置的底部相连。
作为本发明的一种优选方案，所述加热组件为螺旋结构，加热组件固定设置于外载体与内载体之间。
作为本发明的一种优选方案，所述外载体外壁上设有与加热组件相连的供电回路，且外载体外壁上还设有与支架相适配的挂耳。
作为本发明的一种优选方案，所述内载体内设有温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器固定设置于内载体内壁上。
作为本发明的一种优选方案，所述储料池和称重仪固定连接，储料池顶部形成有与承载装置出料口相适配的开口，且储料池的开口尺寸大于承载装置出料口的尺寸。
作为本发明的一种优选方案，所述外载体与内载体高度相同，外载体与内载体为相似结构。
土壤流变性能检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将待测土壤放置于承载装置内，使待测土壤底部与支撑筛网相抵；
步骤B：通过在承载装置的进料口内注水，并同时在供电回路作用下控制承载装置内部温度，从而模拟土壤环境；
步骤C：在温度传感器和湿度传感器作用下对注水量和加热组件的发热量进行控制，使得土壤处于所需环境下；
步骤D：通过计时观察单位时间内称重仪的数值改变量，并将该改变量与注水量进行对比，得到在一定温度下，土壤在雨水作用下的流失情况；
步骤E：对土壤的天气情况进行预测，对待测土壤进行模拟式分析。
本发明的有益效果是，与现有技术相比：
1、通过对承载装置进行加热和注水，土壤样本的流变情况在重力的作用下下落至称重仪中，通过称重仪读数的变化来观察土壤样本的流变情况，对流变情况分析后，可对土壤进行支护的个性化定制；
2、加热量和注水量控制土壤样本在不同温度和湿度下的流变情况，实现对现实环境的情况的模拟观察土壤的流变情况，当出现紧急状态时，可采用改变土壤温度的方式对土壤进行临时性的抗流失操作；
3、通过对待测土壤的环境模拟，使得操作人员具有更好的提前量，确保支护结构在尽可能便捷的情况下满足支护需求，省时省力。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是加热组件的结构示意图；
图3是承载装置的仰视图；
图4是承载装置的结构示意图；
图5是承载装置的主视图；
图中附图标记：底座1，承载装置2，外载体2-1，内载体2-2，供电回路2-3，温度传感器2-4，湿度传感器2-5，挂耳2-6，支撑筛网2-7，储料池3，称重仪4，支架5，加热组件6。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
如图1-3所示，土壤流变性能测试系统，包括底座1、承载装置2、储料池3和称重仪4，承载装置2、储料池3和称重仪4均位于底座1上；称重仪4底部与底座1相抵，储料池3位于称重仪4上；承载装置2位于储料池3上方，且承载装置2与底座1之间通过支架5悬空设置；承载装置2顶部形成有进料口，承载装置2底部形成有出料口，进料口与出料口相连通，出料口朝向储料池3，所述承载装置2底部设有支撑筛网2-7。
底座1放置于水平面上，储料池3和称重仪4放置于底座1的中央处，且储料池3放置于称重仪4上，称重仪4上本身显示有储料池3的重量读数，承载装置3在支架5的作用下悬置在底座1的上方，且承载装置3的出料口与储料池3相连通，承载装置3竖直设置，支撑筛网2-7通过焊接固定设置于承载装置2的出料口处，且支撑算网2-7用于对土壤进行支撑。
承载装置2的进料口尺寸大于出料口尺寸，承载装置2内用于放置土壤样品，土壤样品结构根据承载装置2的结构进行设计，且土壤样品的尺寸需大于出料口的尺寸，且土壤样品的尺寸小于进料口的尺寸，使得土壤样品通过承载装置2的进料口放置于承载装置2内，在承载装置2内壁的支撑下实现土壤样品固定放置于承载装置2内。
承载装置2为中空的圆台结构，承载装置2顶部尺寸大于承载装置2底部尺寸，承载装置2底部形成一个向中心倾斜的锥形，支架5包括圆环和多根支撑杆，多根支撑杆圆周设置在圆环上，且支撑杆底部与底座1固定连接，圆环在多根支撑杆的作用下水平设置在底座1的上方，承载装置2套接在圆环内，圆环的尺寸小于进料口的尺寸，同时圆环的尺寸大于出料口的尺寸，使得承载装置2的外壁与圆环相抵，实现承载装置2在重力的作用下与圆环的固定连接。
承载装置2包括外载体2-1和内载体2-2，内载体2-2位于外载体2-1内，外载体2-1与内载体2-2均为圆台结构，外载体2-1与内载体2-2固定连接，外载体2-1和内载体2-2之间存在一定的间隙，外载体2-1与内载体2-2高度相同，外载体2-1与内载体2-2为相似结构，外载体2-1顶部和底部分别与内载体2-2的顶部和底部相连，从而使得外载体2-1与内载体2-2固定连接，且外载体2-1与内载体2-2为导热隔水材质，外载体2-1与内载体2-2的顶部和底部均为密封式结构，起到防水作用。
外载体2-1与内载体2-2之间设有加热组件6，加热组件6沿外载体2-1与内载体2-2的高度方向均匀环绕设置，加热组件6的高度与承载装置2的高度一致，加热组件6顶部与承载装置2的顶部相连，加热组件6的底部与承载装置2的底部相连，加热组件6为螺旋结构，加热组件6固定设置于外载体2-1与内载体2-2之间，外载体2-1外壁上设有与加热组件6相连的供电回路2-3。
加热组件6为加热电阻丝结构，加热组件6与供电回路2-3电性连接，供电回路2-3可提供不同的程度的电压，从而使得加热组件6产生不同程度的热量，使得承载装置2内具有不同的温度，加热组件6的螺旋结构使得承载装置2沿高度方向受热更为均匀，在承载装置2的作用下，加热组件6将热量传递至土壤样品上，使得土壤样品根据实际需要在不同温度的环境下。
加热组件6为螺旋线结构，加热组件6结构与承载装置2的结构相对应，在加热组件6的作用下对承载装置2内部均匀加热。
内载体2-2内设有温度传感器2-4和湿度传感器2-5，温度传感器2-4和湿度传感器2-5固定设置于内载体2-2内壁上，温度传感器2-4用于感应承载装置2内的温度，同理湿度传感器2-5用于感应承载装置2内的湿度情况。
储料池3和称重仪4固定连接，储料池3顶部形成有与承载装置2出料口相适配的开口，且储料池3的开口尺寸大于承载装置2出料口的尺寸。
外载体2-1外壁上还设有与支架5相适配的挂耳2-6，挂耳2-6为朝下设置的弯折结构，挂耳2-6的数量根据实际需要进行设置，且挂耳2-6沿外载体2-1外壁圆周设置，在挂耳2-6的作用下，将支架5的圆环卡接于挂耳2-6的开口内，实现在挂耳2-6的作用下对承载装置2的定位支撑。
在实际测试过程中，通过供电回路2-3给加热组件6提供不同的电压，使得加热组件6产生热量，从而对土壤样本进行加热，当温度传感器2-4感应到承载装置2内温度达到测试所需温度时，将土壤样本放置于承载装置2内，观察称重仪4的读数变化，从而确定土壤样本在一定温度时的流变情况。
将土壤样本放置于承载装置2内，通过承载装置2的进料口对承载装置2进行注水，通过对承载装置2进行持续注水，湿度传感器2-5用于观察承载装置2的湿度情况，观察称重仪4的读数变化，称重仪4的读数减去注水量就是土壤在一定湿度情况下的流变情况，加热和注水可同时进行。
土壤流变性能检测系统的检测方法，包括以下步骤：
步骤A：将待测土壤放置于承载装置2内，使待测土壤底部与支撑筛网2-7相抵，土壤的尺寸根据实际承载装置2的尺寸进行采样，将待测土壤放置于支撑筛网2-7上，待测土壤与内载体2-2内壁相贴合。
步骤B：通过在承载装置2的进料口内注水，并同时在供电回路2-3作用下控制承载装置2内部温度，从而模拟土壤环境，注水方式可通过喷淋头进行模拟下雨，且确保注水过程中，水分均位于承载装置2的进料口内，注水量根据实际需要进行设置。
步骤C：在温度传感器2-4和湿度传感器2-5作用下对注水量和加热组件6的发热量进行控制，使得土壤处于所需环境下，温度传感器2-4和湿度传感器2-5用于对承载装置2内的温度和湿度进行监测，从而可通过调整注水量和加热组件6对承载装置2内的温度和湿度进行控制和调整。
步骤D：通过计时观察单位时间内称重仪4的数值改变量，并将该改变量与注水量进行对比，得到在一定温度下，土壤在雨水作用下的流失情况，单位时间内称重仪4的数值改变量减去该时间内的注水量，就是土壤的流失量，从而可对土壤的水土流失情况进行分析。
步骤E：对土壤的天气情况进行预测，对待测土壤进行模拟式分析，通过天气预报对未来天气的降水量和温度进行分析，采样待测土壤后，并对降水量和温度控制对土壤进行环境模拟，观察土壤的水土流失情况，从而设置相对应的支护结构。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
尽管本文较多地使用了图中附图标记：底座1，承载装置2，外载体2-1，内载体2-2，供电回路2-3，温度传感器2-4，湿度传感器2-5，挂耳2-6，支撑筛网2-7，储料池3，称重仪4，支架5，加热组件6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.土壤流变性能检测系统，其特征在于，包括底座（1）、承载装置（2）、储料池（3）和称重仪（4），承载装置（2）、储料池（3）和称重仪（4）均位于底座（1）上；所述称重仪（4）底部与底座（1）相抵，储料池（3）位于称重仪（4）上；所述承载装置（2）位于储料池（3）上方，且承载装置（2）与底座（1）之间通过支架（5）悬空设置；所述承载装置（2）顶部形成有进料口，承载装置（2）底部形成有出料口，进料口与出料口相连通，出料口朝向储料池（3）；所述承载装置（2）底部设有支撑筛网（2-7）。
2.根据权利要求1所述的土壤流变性能检测系统，其特征在于，所述承载装置（2）为中空的圆台结构，承载装置（2）顶部尺寸大于承载装置（2）底部尺寸，承载装置（2）内部形成放置土壤的空腔。
3.根据权利要求2所述的土壤流变性能检测系统，其特征在于，所述承载装置（2）包括外载体（2-1）和内载体（2-2），内载体（2-2）位于外载体（2-1）内，外载体（2-1）与内载体（2-2）均为圆台结构，外载体（2-1）与内载体（2-2）顶部与底部均固定连接。
4.根据权利要求3所述的土壤流变性能检测系统，其特征在于，所述外载体（2-1）与内载体（2-2）之间设有加热组件（6），加热组件（6）沿外载体（2-1）与内载体（2-2）的高度方向均匀环绕设置。
5.根据权利要求4所述的土壤流变性能检测系统，其特征在于，所述加热组件（6）的高度与承载装置（2）的高度一致，加热组件（6）顶部与承载装置（2）的顶部相连，加热组件（6）的底部与承载装置（2）的底部相连。
6.根据权利要求5所述的土壤流变性能检测系统，其特征在于，所述外载体（2-1）外壁上设有与加热组件（6）相连的供电回路（2-3），且外载体（2-1）外壁上还设有与支架（5）相适配的挂耳（2-6）。
7.根据权利要求3所述的土壤流变性能检测系统，其特征在于，所述内载体（2-2）内设有温度传感器（2-4）和湿度传感器（2-5），温度传感器（2-4）和湿度传感器（2-5）固定设置于内载体（2-2）内壁上。
8.根据权利要求1所述的土壤流变性能检测系统，其特征在于，所述储料池（3）和称重仪（4）固定连接，储料池（3）顶部形成有与承载装置（2）出料口相适配的开口，且储料池（3）的开口尺寸大于承载装置（2）出料口的尺寸。
9.根据权利要求3所述的土壤流变性能检测系统，其特征在于，所述外载体（2-1）与内载体（2-2）高度相同，外载体（2-1）与内载体（2-2）为相似结构。
10.土壤流变性能检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将待测土壤放置于承载装置（2）内，使待测土壤底部与支撑筛网（2-7）相抵；
步骤B：通过在承载装置（2）的进料口内注水，并同时在供电回路（2-3）作用下控制承载装置（2）内部温度，从而模拟土壤环境；
步骤C：在温度传感器（2-4）和湿度传感器（2-5）作用下对注水量和加热组件（6）的发热量进行控制，使得土壤处于所需环境下；
步骤D：通过计时观察单位时间内称重仪（4）的数值改变量，并将该改变量与注水量进行对比，得到在一定温度下，土壤在雨水作用下的流失情况；
步骤E：对土壤的天气情况进行预测，对待测土壤进行模拟式分析。
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