CN217954217U - 一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，属于水流侵蚀测量技术领域，包括包括可调节高度支架、法兰盘、丝杆升降机、电机、流量计、进水口、矩形横截面封闭水槽、泥沙收集装置、浊度仪、变频恒压水泵、小孔径滤网、超声流速仪、钢丝软管、柱状试样管、活塞；本实用新型中利用可调节高度支架调节矩形横截面封闭水槽的坡度，实现了不同坡度下土体表面的水力侵蚀模拟；利用变频恒压水泵提供恒定水流，控制水流速度，给试样提供不同大小的平行剪切应力，实现了不同剪应力下土体表面的侵蚀测量；利用泥沙收集装置收集水流冲刷过程中土体表面的侵蚀砂含量，并利用小孔径滤网过滤收集侵蚀过程中未沉积在泥沙收集装置中的细粒土。

Description

一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪

技术领域

本实用新型涉及水流侵蚀测量技术领域，具体为一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪。

背景技术

当土壤直接暴露于牛顿流体的剪切流中时，土颗粒可能会在水流力的作用下运动，然后通过水流进行运输，从而启动一个称为侵蚀的过程。水流给土体施加一个剪切力，当剪切力超过土壤对流动水牵引力的阻力时，土体表面容易发生侵蚀。侵蚀速率定义为单位时间内侵蚀的土样量。侵蚀会导致土层变薄，土壤退化，破坏生态平衡，并引起泥沙沉积污染，淤塞河湖水库，危害农田。与砂土冲刷相比，现国内外对细粒土的冲刷侵蚀了解较少。本实用新型提供的一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，可量化细粒土的侵蚀速率。侵蚀速率可评价土壤对流动水牵引力的阻力，反应土壤稳定性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，该装置克服了现有技术中外力不可控、平行剪切应力无法计算、坡度不好调节与土体侵蚀过程中泥沙含量特别是细粒土含量无法定量监测等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，包括可调节高度支架、法兰盘、丝杆升降机、电机、流量计、进水口、矩形横截面封闭水槽、泥沙收集装置、浊度仪、变频恒压水泵、小孔径滤网、超声流速仪、钢丝软管、柱状试样管、活塞，所述流量计、进水口与变频恒压水泵组成输水系统，所述矩形横截面封闭水槽下表面分别开有进泥口和出泥口，所述进泥口与柱状试样管顶部密封连接，所述出泥口与泥沙收集装置可拆卸连接，所述泥沙收集装置位于矩形横截面封闭水槽下游段，所述浊度仪与小孔径滤网组成出水过滤装置；

所述法兰盘、丝杆升降机、电机、柱状试样管与活塞组成土样推进装置，所述丝杆升降机与电机均固定安装在合页的顶部，所述丝杆升降机的顶部固定安装有法兰盘，所述丝杆升降机的升降杆一端穿过并延伸到柱状试样管内部，所述丝杆升降机的升降杆一端固定安装有安装有活塞，所述活塞滑动安装在柱状试样管内壁上，所述柱状试样管内装有土样。

优选的，所述可调节高度支架上等距离开有插槽，所述可调节高度支架的顶部设置铰链与矩形横截面封闭水槽连接。

优选的，所述超声流速仪与浊度仪组成测量系统，所述超声流速仪安装在矩形横截面封闭水槽的上游段，所述浊度仪上安装有两根数据传输线，一根数据传输线与第二水箱顶部的传感器相连接，另一根数据传输线与电脑相连接。

优选的，所述矩形横截面封闭水槽顶部安装激光漫反射光电开关，所述激光漫反射光电开关位于土样推进装置的正上方。

优选的，所述丝杆升降机的侧面设置有夹具、基准板与位移传感器，所述夹具夹持在丝杆升降机的升降杆上，所述夹具的一侧固定安装有基准板，所述位移传感器固定安装在丝杆升降机的侧面，所述基准板在位移传感器内滑动。

优选的，所述矩形横截面封闭水槽、泥沙收集装置、柱状试样管、第一水箱、第二水箱均采用PVC材质，所述第一水箱和第二水箱之间设置隔板，所述矩形横截面封闭水槽、输水系统与出水过滤装置之间通过钢丝软管无缝衔接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型中，利用可调节高度支架调节矩形横截面封闭水槽的坡度，实现了不同坡度下土体表面的侵蚀模拟；利用变频恒压水泵提供恒定水流，并控制水流速度，给试样提供不同大小的平行剪切应力，实现了不同剪应力下试样的侵蚀模拟；利用泥沙收集装置收集水流冲刷过程中土体表面的侵蚀砂，并利用小孔径滤网过滤收集侵蚀过程中未沉积在泥沙收集装置中的细粒土，通过浊度仪测量其含量，实现了水流冲刷过程中土体表面的侵蚀量监测；土样推进装置利用机械电机发力，推动螺纹旋杆受力上下运动，从而推动活塞使试样穿过矩形横截面封闭水槽底部的开口，实现机械化；利用位移传感器，并配置基准板监测水流过程中土样高度的侵蚀变化，通过电脑输出数据，实现智能化。

附图说明

图1为一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪的立体结构示意图；

图2为一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪中可调节高度支架的立体结构示意图；

图3为一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪中土样推进装置的立体结构示意图；

图4为一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪中泥沙收集装置的立体结构示意图；

图5为一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪中出水过滤装置的立体结构示意图。

图中：1、铰链；2、可调节高度支架；3、插销；4、插槽；5、夹具；6、基准板；7、法兰盘；8、位移传感器；9、电脑；10、丝杆升降机；11、电机；12、激光漫反射光电开关；13、流量计；14、进水口；15、矩形横截面封闭水槽；16、泥沙收集装置；17、浊度仪； 18、合页；19、变频恒压水泵；20、小孔径滤网；21、超声流速仪； 22、钢丝软管；23、进泥口；24、出泥口；25、第一水箱；26、第二水箱；27、柱状试样管；28、活塞；29、隔板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，本实用新型提供一种技术方案：一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，包括可调节高度支架2、法兰盘7、丝杆升降机10、电机11、流量计13、进水口14、矩形横截面封闭水槽15、泥沙收集装置16、浊度仪17、变频恒压水泵19、小孔径滤网20、超声流速仪21、钢丝软管22、柱状试样管27、活塞28，所述流量计 13、进水口14与变频恒压水泵19组成输水系统，所述矩形横截面封闭水槽15下表面分别开有进泥口23和出泥口24，所述进泥口23与柱状试样管27顶部密封连接，所述出泥口24与泥沙收集装置16可拆卸连接，所述泥沙收集装置16位于矩形横截面封闭水槽15下游段，所述浊度仪17与小孔径滤网20组成出水过滤装置；

所述法兰盘7、丝杆升降机10、电机11、柱状试样管27与活塞 28组成土样推进装置，所述丝杆升降机10与电机11均固定安装在合页18的顶部，所述丝杆升降机10的顶部固定安装有法兰盘7，所述丝杆升降机10的升降杆一端穿过并延伸到柱状试样管27内部，所述丝杆升降机10的升降杆一端固定安装有安装有活塞28，所述活塞 28滑动安装在柱状试样管27内壁上，所述柱状试样管27内装有土样。

所述可调节高度支架2上等距离开有插槽4，所述可调节高度支架2的顶部设置铰链1与矩形横截面封闭水槽15连接，所述超声流速仪21与浊度仪17组成测量系统，所述超声流速仪21安装在矩形横截面封闭水槽15的上游段，所述浊度仪17上安装有两根数据传输线，一根数据传输线与第二水箱26顶部的传感器相连接，另一根数据传输线与电脑9相连接，所述矩形横截面封闭水槽15顶部安装激光漫反射光电开关12，所述激光漫反射光电开关12位于土样推进装置的正上方，所述丝杆升降机10的侧面设置有夹具5、基准板6与位移传感器8，所述夹具5夹持在丝杆升降机10的升降杆上，所述夹具5的一侧固定安装有基准板6，所述位移传感器8固定安装在丝杆升降机10的侧面，所述基准板6在位移传感器8内滑动，所述矩形横截面封闭水槽15、泥沙收集装置16、柱状试样管27、第一水箱 25、第二水箱26均采用PVC材质，所述第一水箱25和第二水箱26 之间设置隔板29，所述矩形横截面封闭水槽15、输水系统与出水过滤装置之间通过钢丝软管22无缝衔接。

当使用时，利用可调节高度支架2调节矩形横截面封闭水槽15 的坡度，实现了不同坡度下土体表面的侵蚀模拟；利用变频恒压水泵 19提供恒定水流，并控制水流速度，给试样提供不同大小的平行剪切应力，实现了不同剪应力下试样的侵蚀模拟；利用泥沙收集装置 16收集水流冲刷过程中土体表面的侵蚀砂，并利用小孔径滤网20过滤收集侵蚀过程中未沉积在泥沙收集装置16中的细粒土，通过浊度仪17测量其含量，实现了水流冲刷过程中土体表面的侵蚀量监测；土样推进装置利用机械电机发力，推动螺纹旋杆受力上下运动，从而推动活塞28使试样穿过矩形横截面封闭水槽15底部的开口，实现机械化；利用位移传感器8，并配置基准板6监测水流过程中土样高度的侵蚀变化，通过电脑9输出数据，实现智能化，当第二水箱26中的浑浊水位高于隔板29时，水流漫过隔板29进去第一水箱25。第一水箱25上侧设置小孔径滤网20用来收集未沉积在泥沙收集装置 16中的细粒土，使得第一水箱25中的水可以重复利用，实现整体水循环。

工作原理：本水流作用下土体表面侵蚀测量仪具体操作如下：根据模拟需要调节可调节高度支架2，将插销3插入特定高度的插槽4 中，抬高矩形横截面封闭水槽15一端，使矩形横截面封闭水槽15达到预期坡度。同时调节土样推进装置下的合页18以适应矩形横截面封闭水槽15坡度变化，使土样表面与水流作用力平行。在柱状试样管27中放置所需测量的土样，开启电机11，推动螺纹旋杆受力旋转上下运动，从而推动活塞28使试样穿过矩形横截面封闭水槽15底部的进泥口23，直到其从矩形横截面封闭水槽底部伸出1mm；开启变频恒压水泵19，水从第一水箱25中抽出，顺着钢丝软管22流入进水口14，再流入矩形横截面封闭水槽15，给土样表面施加平行剪切应力，使试样发生侵蚀破坏，变频恒压水泵19可控制水流流速并保持水流速度恒定，流量计13可实时监测水流作用时流量变化，超声流速仪21可实时监测矩形横截面封闭水槽15中水流速度的变化，并用来计算平行水流施加给土样的剪切应力；被侵蚀的土样被冲入出泥口 24，在泥沙收集装置16中得以收集，通过收集的泥沙的含量可以估算土体表面侵蚀率，未收集在泥沙收集装置16中的细粒土顺着水流沿着钢丝软管22冲入第二水箱26，第二水箱26设置浊度仪17，可测定其细粒土含量，并通过电脑9输出测量结果，第二水箱26中的水位不断升高，当水位超过隔板29时，水漫过隔板进入第一水箱25，第一水箱25上部设置小孔径滤网20，细粒土全部沉积在小孔径滤网 20上，从而进入第一水箱25中的水可以重复利用，实现整体水循环，同时，第二水箱26中配置浊度仪17，可以测定水流冲刷后未沉积在泥沙收集装置中的细粒土含量，并通过电脑9输出数据结果，开启激光漫反射光电开关12，激光发射器发出激光光束照射到土样表面测出激光发射位置与土样表面的距离，反映土体表面侵蚀高度的变化，当侵蚀高度等于1mm即伸出矩形横截面封闭水槽15的土样表面全部侵蚀后触发土样推进装置向上推动土样，直至土样重新伸出矩形横截面封闭水槽15底部1mm，以此往复，土样旁边安装有高速摄像机，实时观测试样侵蚀高度随时间的变化。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，包括可调节高度支架(2)、法兰盘(7)、丝杆升降机(10)、电机(11)、流量计(13)、进水口(14)、矩形横截面封闭水槽(15)、泥沙收集装置(16)、浊度仪(17)、变频恒压水泵(19)、小孔径滤网(20)、超声流速仪(21)、钢丝软管(22)、柱状试样管(27)、活塞(28)，其特征在于：所述流量计(13)、进水口(14)与变频恒压水泵(19)组成输水系统，所述矩形横截面封闭水槽(15)下表面分别开有进泥口(23)和出泥口(24)，所述进泥口(23)与柱状试样管(27)顶部密封连接，所述出泥口(24)与泥沙收集装置(16)可拆卸连接，所述泥沙收集装置(16)位于矩形横截面封闭水槽(15)下游段，所述浊度仪(17)与小孔径滤网(20)组成出水过滤装置；

所述法兰盘(7)、丝杆升降机(10)、电机(11)、柱状试样管(27)与活塞(28)组成土样推进装置，所述丝杆升降机(10)与电机(11)均固定安装在合页(18)的顶部，所述丝杆升降机(10)的顶部固定安装有法兰盘(7)，所述丝杆升降机(10)的升降杆一端穿过并延伸到柱状试样管(27)内部，所述丝杆升降机(10)的升降杆一端固定安装有安装有活塞(28)，所述活塞(28)滑动安装在柱状试样管(27)内壁上，所述柱状试样管(27)内装有土样。

2.根据权利要求1所述的一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，其特征在于：所述可调节高度支架(2)上等距离开有插槽(4)，所述可调节高度支架(2)的顶部设置铰链(1)与矩形横截面封闭水槽(15)连接。

3.根据权利要求2所述的一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，其特征在于：所述超声流速仪(21)与浊度仪(17)组成测量系统，所述超声流速仪(21)安装在矩形横截面封闭水槽(15)的上游段，所述浊度仪(17)上安装有两根数据传输线，一根数据传输线与第二水箱(26)顶部的传感器相连接，另一根数据传输线与电脑(9)相连接。

4.根据权利要求3所述的一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，其特征在于：所述矩形横截面封闭水槽(15)顶部安装激光漫反射光电开关(12)，所述激光漫反射光电开关(12)位于土样推进装置的正上方。

5.根据权利要求4所述的一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，其特征在于：所述丝杆升降机(10)的侧面设置有夹具(5)、基准板(6)与位移传感器(8)，所述夹具(5)夹持在丝杆升降机(10)的升降杆上，所述夹具(5)的一侧固定安装有基准板(6)，所述位移传感器(8)固定安装在丝杆升降机(10)的侧面，所述基准板(6)在位移传感器(8)内滑动。

6.根据权利要求5所述的一种水流作用下土体表面侵蚀测量仪，其特征在于：所述矩形横截面封闭水槽(15)、泥沙收集装置(16)、柱状试样管(27)、第一水箱(25)、第二水箱(26)均采用PVC材质，所述第一水箱(25)和第二水箱(26)之间设置隔板(29)，所述矩形横截面封闭水槽(15)、输水系统与出水过滤装置之间通过钢丝软管(22)无缝衔接。

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