一种测定土壤粘结力的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测定土壤粘结力的装置及方法，该装置包括水箱、试样安装系统和出水装置，所述水箱上设溢流口和注水管，所述试样安装系统包括有机玻璃锥形体、第一排气管、第二排水管、橡皮塞、环刀和密封圈。本发明专利技术还公开了一种测定土壤粘结力的方法。本发明专利技术的实验装置操作简单，成本低廉，采用降低出水口高度，通过虹吸形成压力水头，作用在试验土体上，进行渗透试验，同时规避了试验土体抬升形成的扰动，提升了实验测定的便捷性。该装置不单适用于土壤颗粒粘结力的测定，同时也可用于土壤临界渗透坡降研究，极大的拓宽了仪器的适用范围。

Device and method for measuring soil cohesive force

The invention discloses a device and a method for the determination of bond strength of the soil, the device comprises a water tank, the sample mounting system and a water outlet device, wherein the water tank is provided with a water injection pipe and the overflow port, the sample mounting system includes organic glass cone, the first exhaust pipe, second drainage tube, rubber plug, knife and sealing ring ring. The present invention also discloses a method for measuring soil cohesive force. Experimental device of the invention has the advantages of simple operation, low cost, by reducing the height of the water outlet, forming pressure head through the siphon, in test soil, infiltration test, while avoiding the disturbance of soil uplift formation test, enhance the convenience of the experiment. The device is not only applicable for the determination of soil particle adhesion, but also can be used to study the soil slope critical penetration, greatly broadens the application range of the instrument.

【技术实现步骤摘要】
一种测定土壤粘结力的装置及方法
本专利技术属于土壤粘结力测定
，涉及一种测定土壤粘结力的装置及方法，具体地说，涉及一种基于流化床思想测定土壤粘结力的装置及方法。
技术介绍
土壤粘结力是指充分湿润情况下单位体积土壤抵抗外力扭剪的能力，在进行水土流失研究中，土壤粘结力测定对于土壤侵蚀预测、细沟发育预报及坡面侵蚀规律研究都具有十分重要的意义，土壤粘结力越大抵抗外力分散的能力越大，土壤抗蚀能力越强，侵蚀越微弱，反之则越剧烈，因此该指标的大小直接影响侵蚀强度。土壤粘结力是众多土壤侵蚀模型重要的输入参数，如EUROSEM(Europeansoilerosionmodel)和LISEM(Limburgesoilerosionmodel)模型中土壤分离效率系数，KINEROS(Kinematicrunoffanderosionmodel)模型中输沙效率系数，以及MMF(MorganandFinney)模型中坡面流土壤分离能力的计算都需要粘结力的输入。目前土壤临界抗剪强度测定采用微型粘结力仪(DurhamGeo-enterprises，Inc.，UK)进行测定，但测定时需先将地表喷湿，使地表充分湿润，然后进行测定。测定结果受测定人员扭动速度，扭动时施加压力、地表土壤饱和程度、根系和枯落物含量等多种因素影响，波动较大。因此需要寻求一种简便、准确的土壤粘结力测定办法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种测定土壤粘结力的装置及方法。通过采集土样，进行渗流实验，测定某一水头下单位时间渗流量，借助达西定律即可确定出土壤渗透系数，随水头增大，渗透系数将发生突变，对应水头即为土壤流化水头，根据公式C＝ΔP-(γs-γw)，即可计算出土壤粘结力。式中C为土壤粘结力，N/m3；ΔP为单位高度土体上水头差作用力，ΔL×9.8×103N/m3，ΔL为单位高度土体水头差；γS为土壤重度，N/m3；γw为水的重度，N/m3。其具体技术方案为：一种测定土壤粘结力的装置，包括水箱1、试样安装系统和出水装置10，所述水箱1上设溢流口2和注水管3，所述试样安装系统包括有机玻璃锥形体4、第一排气管5、第二排水管6、橡皮塞7、环刀8和密封圈9，所述有机玻璃锥形体4上设有橡皮塞7，所述第一排气管5、第二排水管6位于橡皮塞7上，所述环刀8位于有机玻璃锥形体4的下方，所述环刀8和有机玻璃锥形体4之间设有密封圈9，所述第二排水管6和出水装置10连接，所述出水装置10上设有出水口14。进一步，所述第一排气管5上设有第一阀门11，所述第二排水管6上设有第二阀门12。进一步，所述出水装置10为半硬质透明胶管。进一步，所述环刀8为高53mm，内径70mm的标准环刀。进一步，所述环刀8设有下盖，所述下盖为多孔盖。一种测定土壤粘结力的方法，包括以下步骤：步骤1、采用环刀8采集试验点土样，并盖上环刀下盖；步骤2、将待测试土样13固定于实验装置上，采用密封圈9确保环刀8与有机玻璃锥形体4间密闭；步骤3、打开注水管3，向水箱1中注水，并形成溢流；使测试土样13浸水，达到饱和；步骤4、打开第一阀门11和第二阀门12，向有机玻璃锥形体4及出水装置10内注满水，为保证试验准确稳定性，需充分排出其中气泡；步骤5、关闭第一阀门11，调整出水口14高度低于水箱1的水面2cm，使出水口14形成出流；步骤6、开启秒表，记录单位时段出水口14的出流量，即为该水头差下渗透流量；步骤7、降低出水口高度，每次下降5mm，测定对应水头差Δh，除以土样高度即可得到单位土体的水头差ΔL，水柱/m＝1850ΔhN/m3；同时观测渗流量Q；步骤8、通过有机玻璃锥形体4观察在渗流作用下土体表面的状况，在水头差达到某一临界值时，土壤表面出现浮动，渗透水出现浑浊现象；步骤9、点绘单位土体的水头差ΔL与渗流量Q关系散点图，在土体流化前，ΔL与Q间呈现直线函数关系，当次直线关系发生转折时对应水头差，即为土壤流化是水头差。步骤10、利用公式C＝ΔL-(γs-γw)，确定出该土样粘结力。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过渗透试验，测定土壤在渗透水流作用下，水流作用力克服土壤粘结力时对应的临界状态，进而确定土壤粘结力，克服了传统剪切试验测定结果误差较大的特点。通过渗流流化床，测定环刀内土样渗流过程，借助达西定律，求得土样发生流化时的水力坡降，借助公式，即可求得土壤粘结力，从而为土壤粘结力测定提供便捷方法。附图说明图1是测定土壤粘结力的装置的结构示意图；图2是测定土壤粘结力的装置的装样室的结构示意图；图3是土壤容重为1.32g/cm3时单位土体水头差与渗流流量关系；图4是单位土体水头差与渗流流量关系1.02g/cm3。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。参照图1-图2，一种测定土壤粘结力的装置，包括水箱1、试样安装系统和出水装置10，所述水箱1上设溢流口2和注水管3，所述试样安装系统包括有机玻璃锥形体4、第一排气管5、第二排水管6、橡皮塞7、环刀8和密封圈9，所述有机玻璃锥形体4上设有橡皮塞7，所述第一排气管5、第二排水管6位于橡皮塞7上，所述环刀8位于有机玻璃锥形体4的下方，所述环刀8和有机玻璃锥形体4之间设有密封圈9，所述第二排水管6和出水装置10连接，所述出水装置10上设有出水口14。所述第一排气管5上设有第一阀门11，所述第二排水管6上设有第二阀门12。所述出水装置10为半硬质透明胶管。所述环刀8为高53mm，内径70mm的标准环刀。所述环刀8设有下盖，所述下盖为多孔盖。实验时通过环刀8取样，并固定在试样安装系统上，通过密封圈9密封，防止气体进入；实验时将试样安装系统浸入水中，通过第一排气管5、第二排水管6排出系统中气体。可自由调节出水口14高度的出水装置10由半硬质透明胶管形成，可自由控制出水口14的高度。一种测定土壤粘结力的方法，包括以下步骤：首先利用装置上的环刀8，采集需要测定点土样；将测试土样13放置于装置上，使其吸水饱和，然后在管道中充水，形成连通状态，逐渐降低出水口14高度，利用出水口14与水箱1内水面间压力差，形成负压，作用在试验土样上，形成渗流作用；通过量筒秒表配合，收集一定时段出水口出流水量，即可确定出该水头下土样渗流流量，利用水头差除以土样高度，即为单位土样上水力坡降，利用达西定律，水力坡降与流量间呈现线性关系；但当渗透水流作用在土粒上的力大于土壤粘结力时，土壤颗粒将呈现悬浮状态，渗透水流开始变浑浊，水力坡降与流量间不在呈现线性关系，对应状态即为土壤粘结力被克服的流化状态，由此即可确定出土壤粘结力。一种测定土壤粘结力的方法，包括以下步骤：步骤1、采用环刀8采集试验点土样，并盖上环刀下盖；步骤2、将待测试土样13固定于实验装置上，采用密封圈9确保环刀8与有机玻璃锥形体4间密闭；步骤3、打开注水管3，向水箱1中注水，并形成溢流；使测试土样13浸水，达到饱和；步骤4、打开第一阀门11和第二阀门12，向有机玻璃锥形体4及出水装置10内注满水，为保证试验准确稳定性，需充分排出其中气泡；步骤5、关闭第一阀门11，调整出水口14高度低于水箱1的水面2cm，使出水口14形成出流；步骤6、开启秒表，记录单位时段出水口14的出流量，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测定土壤粘结力的装置，其特征在于，包括水箱(1)、试样安装系统和出水装置(10)，所述水箱(1)上设溢流口(2)和注水管(3)，所述试样安装系统包括有机玻璃锥形体(4)、第一排气管(5)、第二排水管(6)、橡皮塞(7)、环刀(8)和密封圈(9)，所述有机玻璃锥形体(4)上设有橡皮塞(7)，所述第一排气管(5)、第二排水管(6)位于橡皮塞(7)上，所述环刀(8)位于有机玻璃锥形体(4)的下方，所述环刀(8)和有机玻璃锥形体(4)之间设有密封圈(9)，所述第二排水管(6)和出水装置(10)连接，所述出水装置(10)上设有出水口(14)。

【技术特征摘要】
1.一种测定土壤粘结力的装置，其特征在于，包括水箱(1)、试样安装系统和出水装置(10)，所述水箱(1)上设溢流口(2)和注水管(3)，所述试样安装系统包括有机玻璃锥形体(4)、第一排气管(5)、第二排水管(6)、橡皮塞(7)、环刀(8)和密封圈(9)，所述有机玻璃锥形体(4)上设有橡皮塞(7)，所述第一排气管(5)、第二排水管(6)位于橡皮塞(7)上，所述环刀(8)位于有机玻璃锥形体(4)的下方，所述环刀(8)和有机玻璃锥形体(4)之间设有密封圈(9)，所述第二排水管(6)和出水装置(10)连接，所述出水装置(10)上设有出水口(14)。2.根据权利要求1所述的测定土壤粘结力的装置，其特征在于，所述第一排气管(5)上设有第一阀门(11)，所述第二排水管(6)上设有第二阀门(12)。3.根据权利要求1所述的测定土壤粘结力的装置，其特征在于，所述出水装置(10)为半硬质透明胶管。4.根据权利要求1所述的测定土壤粘结力的装置，其特征在于，所述环刀(8)为高53mm，内径70mm的标准环刀。5.根据权利要求1所述的测定土壤粘结力的装置，其特征在于，所述环刀(8)设有下盖，所述下盖为多孔盖。6.一种测定土壤粘结力的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采用环...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，孟秦倩，马玉红，霍春平，周米京，杨亚军，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61