融雪入渗室内土柱模拟装置，包括底部构件、连接在底部构件上的一个或多个串联的土柱实验标准构件以及土柱实验标准构件顶部的融雪入渗模拟装置；模拟系统装土构件为多个标准构件且由计算机自动化控制，并且基于该系统实现四种形态的待融雪源融雪入渗系数和非饱和渗透系数的测定，测定时采用大直径的原状土柱进行室内实验，并给出了测试步骤及计算方法；融雪入渗模拟装置通过调温元件和冷热一体金属元件实现融雪低温入渗模拟过程；具有实用性强，使用效果好，便于推广使用的特点。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于非饱和土
，特别涉及一种融雪入渗室内土柱模拟装置。
技术介绍
降水主要是指降雨和降雪，水分以各种形式从大气到达地面，其它形式的降水还包括露、霜、雹等。降水是水文循环的重要环节，也是人类用水的基本来源。降水资料是分析合理洪枯水情、流域旱情的基础，也是水资源的开发利用如防洪、发电、灌溉等的规划设计与管理运用的基础。降水入渗补给地下水的过程是大气水到土壤水到地下水“三水”相互转换关系中最基本的环节之一，降水入渗对地下水的补给量即为降水补给量，它是地下水的主要补给方式，同时，也是区域水均衡计算中的一个重要均衡要素。土柱实验被广泛应用于农业、林业、地质、土木和环境等研究领域。应用土柱实验可以在实验室内模拟土壤水分和污染物迁移规律。土柱通常分为原状土柱和扰动土柱两种。原状土柱能够用来测试土体本身的结构及其物理性质；当前土柱实验一般采用扰动土柱，扰动土柱是经过筛分形成，或者按照一定比例混合填装所形成的，其不能用来测试土体本身的结构特性。不管采用哪种土柱进行试验，都存在以下问题：①土柱实验装土构件单节长度大，便捷性差，以至于土柱安装困难，对仪器的清洗造成不便；②监测设备安装繁琐，需要对土柱进行钻孔，破坏其结构性；③监测设备一般为人工观测，使得实验精度低、人为性强。非饱和渗透系数与含水量或基质势的关系是描述非饱和土壤中水分运移和溶质输送的重要函数关系之一，是分析降水条件下土坡稳定性、固体废物填埋场、地下污水的迁移和填土工程等问题的重要参数。由于在非饱和土中有基质吸力的存在，不能用常规的饱和渗透实验方法确定其渗透系数，使得非饱和土渗透系数的确定具有较大的难度。非饱和渗透系数的测定既可在实验室，也可在现场进行。室内实验的优点是可在设定的水力边界条件下测试原状试样和重塑试样的非饱和渗透性能，同时与原位实测相比，室内实验周期短、经济且更成熟。但通常由于非饱和土的成分、结构以及赋存环境的差异，导致了室内实验所用小试件难以代表真正土体的实际情况。冬季的降雪在地面形成一定厚度的积雪层。积雪融化后形成的淡水是春季非常紧要的水资源，对人们的生活、耕种具有极其重要的意义。然而，随着春季到来，积雪开始大面积融化，形成融雪径流，甚至个别年份的冰雪融水径流量很大，引发较大洪水，影响着人们的平日的生活和生命财产安全。掌握气象变化在其春季冰雪融雪洪水变化中的影响机制，了解冰雪融水在入渗方面的变化，改进和完善冰雪融水入渗计算方法，提高春季冰雪融水再分配的计算方法，提高春季积雪的消融对高寒积雪区土壤墒情影响方面的分析能力，对提高农田的春耕生产的保墒，以及合理灌溉具有重要的意义。根据己往的研究资料及文献可以看出，虽然国内外早己对土壤水的入渗现象及相关规律进行试验与探究，但是关于寒区的融雪入渗相关方面的研究还相对较少。在融雪入渗的进程中，白昼温度升高，此时积雪开始融化成液体，随着入渗阶段的不断深入，融雪水开始持续向土壤中入渗，而当夜间气温低于融点时，融雪水转变为固体状态，由此延缓了融雪水的入渗，从而使得对融雪入渗的过程及规律的研究变得极其繁杂。此外，地形、地势、太阳辐射、植被、海拔、土壤等要素使得对融雪入渗过程及规律的研究变得更加繁杂，这是寒区融雪水文过程有别于其他非寒区融雪入渗过程的一大特色。对寒区融雪入渗的探究可以丰富寒区水文的研究，从而为以后的相关研究提供研究思路及相关资料。CN103344538A公开了一种非饱和土多功能渗透仪及其测试方法，其补水装置为马氏瓶，所述马氏瓶包括上下部均密封的补水瓶和由上至下竖向插入补水瓶内的导管，所述补水瓶的上部侧壁上开有进水口，补水瓶的底部侧壁上开有排气口和供水口，本专利只能进行简单的降水渗透模拟，对于更为复杂的融雪模拟该专利不能实现也没有给出这样的启示。CN105181531A公开了一种黄土水分迁移规律室内模拟系统及特征参数测定方法，其降雨模拟系统包括嵌入安装在室内模拟系统箱体顶部的降雨槽和设置在降雨槽底部的圆形降雨孔，所述降雨槽的顶部设置有降雨槽内压力控制管和与外部水源连接的进水管，所述进水管上设置有进水电磁阀、进水水泵和用于对降雨量进行实时检测的第一流量传感器，所述降雨槽内压力控制管上设置有压力控制电磁阀和压力传感器，所述降雨槽内压力控制管的端部连接有空气压缩机，所述降雨槽的顶部内壁上设置有用于对降雨槽的水位进行实时检测的水位传感器，所述降雨孔的直径为0.5mm～1mm；本专利也只能进行降水渗透模拟，对于融雪情况下的模拟本专利也无法实现。CN103604734A公开了一种雨强可控的非饱和土雨水入渗模拟系统，其雨强可控实现的设备是这样的：所述的供水水箱中设置有供水水泵，供水水泵用供水水管连接溢流水箱，所述的溢流水箱用溢流水管连接供水水箱，在溢流水箱底部还连接有一个雨滴发生器，所述的雨滴发生器包括若干个与溢流水箱底部连通的导管，所述的导管上设置有调节阀，导管的顶端设置有针头，针头固定在固定板上，固定板的下表面还设置有一个漏斗，所述的漏斗的出料口位于模型箱顶部的开口上方，本专利也只能实现降雨时的雨强可控渗透模拟，对于融雪情况下的模拟本专利也无法实现。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种融雪入渗室内土柱模拟装置，基于大直径的原状土柱进行室内实验，能够实现整冰块型待融雪源、粒径为0.5cm-5cm的小冰块型待融雪源、粒径为小于0.5cm的冰粉型待融雪源、以及由不同粒径组合而成的混合型待融雪源的消融入渗模拟过程；装土构件为多个标准构件且由计算机自动化控制，并且基于该装置实现非饱和渗透系数的测定，具有实用性强，使用效果好，便于推广使用的特点。为了达到上述目的，本技术的技术方案为：融雪入渗室内土柱模拟装置，包括底部构件(1)、连接在底部构件(1)上的一个或多个串联的土柱实验标准构件(4)以及土柱实验标准构件(4)顶部的融雪入渗模拟装置(8)；所述的底部构件(1)包括位于最下方的底座(1-1)，底座(1-1)上的集水点通过塑料软管(2)接入出渗量量杯(3)，塑料软管(2)上设置有第三流量传感器(3-1)，第三流量传感器(3-1)接入计算机(7)；底座(1-1)的上方设置有承力柱(1-2)，承力柱(1-2)的上部设置有高进气值陶土板(1-3)，高进气值陶土板(1-3)的四周边沿均与底部构件(1)管件(1-7)的内壁水平紧贴，高进气值陶土板(1-3)的顶部设置有滤纸(1-4)，滤纸(1-4)的上表面与原状土样(12)接触；管件(1-7)的顶端设置有外螺纹连接段(1-6)，外螺纹连接段(1-6)通过法兰(6)与土柱实验标准构件(4)连接；所述土柱实验标准构件(4)由两个相同的半圆柱体经卡箍(4-30)通过土柱实验标准构件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)处连接成一个圆柱体，土柱实验标准构件(4)的管壁(4-1)上设置有圆形小孔(4-4)，圆形小孔(4-4)与橡胶塞(5-7)配合使用；多个土柱实验标准构件(4)通过法兰(6)将上下端的螺纹连接段(4-2)进行连接；插入件(5)通过橡胶塞(5-7)插入原状土样(12)内，插入件(5)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)，土壤热传导吸力探头(4-7)经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内；土壤热传导吸力本文档来自技高网...
【技术保护点】
融雪入渗室内土柱模拟装置，其特征在于，包括底部构件(1)、连接在底部构件(1)上的一个或多个串联的土柱实验标准构件(4)以及土柱实验标准构件(4)顶部的融雪入渗模拟装置(8)；所述的底部构件(1)包括位于最下方的底座(1‑1)，底座(1‑1)上的集水点通过塑料软管(2)接入出渗量量杯(3)，塑料软管(2)上设置有第三流量传感器(3‑1)，第三流量传感器(3‑1)接入计算机(7)；底座(1‑1)的上方设置有承力柱(1‑2)，承力柱(1‑2)的上部设置有高进气值陶土板(1‑3)，高进气值陶土板(1‑3)的四周边沿均与底部构件(1)管件(1‑7)的内壁水平紧贴，高进气值陶土板(1‑3)的顶部设置有滤纸(1‑4)，滤纸(1‑4)的上表面与原状土样(12)接触；管件(1‑7)的顶端设置有外螺纹连接段(1‑6)，外螺纹连接段(1‑6)通过法兰(6)与土柱实验标准构件(4)连接；所述土柱实验标准构件(4)由两个相同的半圆柱体经卡箍(4‑30)通过土柱实验标准构件(4)管壁(4‑1)的卡箍凹槽(4‑3)处连接成一个圆柱体，土柱实验标准构件(4)的管壁(4‑1)上设置有圆形小孔(4‑4)，圆形小孔(4‑4)与橡胶塞(5‑7)配合使用；多个土柱实验标准构件(4)通过法兰(6)将上下端的螺纹连接段(4‑2)进行连接；插入件(5)通过橡胶塞(5‑7)插入原状土样(12)内，插入件(5)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)，土壤热传导吸力探头(4‑7)经圆形小孔(4‑4)插入原状土样(12)内；土壤热传导吸力探头(4‑7)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)，土柱实验标准构件(4)上固定有多个测压管(4‑9)，多个 测压管(4‑9)的每个入水口经圆形小孔(4‑4)插入原状土样(12)内；所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置，土壤热传导吸力探头(4‑7)在土柱上按照同一列布置，测压管(4‑9)在土柱上按照同一列布置；所述的融雪入渗模拟装置(8)包括设置在土柱外侧的温度控制器(8‑1)以及通过导线(9)与其所连接的调温元件(8‑3)，所述调温元件(8‑3)位于顶盖(8‑2)下方，顶盖(8‑2)的顶部设置有超声波测距传感器(8‑4)，顶盖(8‑2)位于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)的上方且紧密接触，圆柱构件(10)内的原状土样(12)上表面外侧开有出水口(10‑1)，所述出水口(10‑1)通过塑料软管(2)接入径流量量杯(13)，塑料软管(2)上设置有第二流量传感器(13‑1)，所述第二流量传感器(13‑1)通过导线(9)接入计算机(7)，原状土样(12)上设置有待融雪源(11)；所述的承力柱(1‑2)包括承力柱支座(1‑22)以及固定在其上的承力柱主体(1‑21)，所述承力柱支座(1‑22)与底座(1‑1)为一体成型，承力柱支座(1‑22)在土柱竖向投影按照“一个圆心+以底座(1‑1)半径1/2为半径的圆周向五等份”方式布置。...
【技术特征摘要】
1.融雪入渗室内土柱模拟装置，其特征在于，包括底部构件(1)、连接在底部构件(1)上的一个或多个串联的土柱实验标准构件(4)以及土柱实验标准构件(4)顶部的融雪入渗模拟装置(8)；所述的底部构件(1)包括位于最下方的底座(1-1)，底座(1-1)上的集水点通过塑料软管(2)接入出渗量量杯(3)，塑料软管(2)上设置有第三流量传感器(3-1)，第三流量传感器(3-1)接入计算机(7)；底座(1-1)的上方设置有承力柱(1-2)，承力柱(1-2)的上部设置有高进气值陶土板(1-3)，高进气值陶土板(1-3)的四周边沿均与底部构件(1)管件(1-7)的内壁水平紧贴，高进气值陶土板(1-3)的顶部设置有滤纸(1-4)，滤纸(1-4)的上表面与原状土样(12)接触；管件(1-7)的顶端设置有外螺纹连接段(1-6)，外螺纹连接段(1-6)通过法兰(6)与土柱实验标准构件(4)连接；所述土柱实验标准构件(4)由两个相同的半圆柱体经卡箍(4-30)通过土柱实验标准构件(4)管壁(4-1)的卡箍凹槽(4-3)处连接成一个圆柱体，土柱实验标准构件(4)的管壁(4-1)上设置有圆形小孔(4-4)，圆形小孔(4-4)与橡胶塞(5-7)配合使用；多个土柱实验标准构件(4)通过法兰(6)将上下端的螺纹连接段(4-2)进行连接；插入件(5)通过橡胶塞(5-7)插入原状土样(12)内，插入件(5)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)，土壤热传导吸力探头(4-7)经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内；土壤热传导吸力探头(4-7)内传感器所采集的数据都实时传输给计算机(7)，土柱实验标准构件(4)上固定有多个测压管(4-9)，多个测压管(4-9)的每个入水口经圆形小孔(4-4)插入原状土样(12)内；所述的插入件(5)在土柱上按照同一列布置，土壤热传导吸力探头(4-7)在土柱上按照同一列布置，测压管(4-9)在土柱上按照同一列布置；所述的融雪入渗模拟装置(8)包括设置在土柱外侧的温度控制器(8-1)以及通过导线(9)与其所连接的调温元件(8-3)，所述调温元件(8-3)位于顶盖(8-2)下方，顶盖(8-2)的顶部设置有超声波测距传感器(8-4)，顶盖(8-2)位于土柱实验标准构件(4)上部的圆柱构件(10)的上方且紧密接触，圆柱构件(10)内的原状土样(12)上表面外侧开有出水口(10-1)，所述出水口(10-1)通过塑料软管(2)接入径流量量杯(13)，塑料软管(2)上设置有第二流量传感器(13-1)，所述第二流量传感器(13-1)通过导线(9)接入计算机(7)，原状土样(12)上设置有待融雪源(11)；所述的承力柱(1-2)包括承力柱支座(1-22)以及固定在其上的承力柱主体(1-21)，所述承力柱支座(1-22)与底座(1-1)为一体成型，承力柱支座(1-22)在土柱竖向投影按照“一个圆心+以底座(1-1)半径1/2为半径的圆周向五等份”方式布置。2.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛正君，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61
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