研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置，包括降雨系统、试样放置系统和监测系统，所述试样放置系统中放置试样，所述监测系统包括传感器和收集仪，所述试样内插入传感器，所述传感器连接收集仪，所述降雨系统包括支架、储水箱和降雨箱，所述支架的一侧安装储水箱，所述支架的另一侧安装降雨箱，所述储水箱连通降雨箱，所述降雨箱位于试样放置系统的上方。本实用新型专利技术能得到准确的土水特征曲线，了解土体的固结、强度和渗流等，可广泛应用于降雨后可能出现的滑坡预测以及基坑失稳的预测。

【技术实现步骤摘要】
研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置
本技术涉及非饱和土的土水特征领域，尤其涉及一种研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置。
技术介绍
非饱和土在自然界广泛地存在，与饱和土不同，非饱和土是一种三相土。非饱和土中不仅有固相(土粒及部分胶结物质)和液相(水和水溶液)，而且还有气相(空气和水汽等)存在。在路堤填筑、边坡稳定性分析、深基坑开挖支护等过程中，伴随时间、气候、地下水位的改变，非饱和土中孔隙水、气的比例发生变化，从而使土的固结、强度和渗流等情况发生改变，导致土的性质大为复杂化。比如，土坝工程中，堤坝运行后，水位变动会使孔隙水、气的比例发生变化，从而使土体的固结、强度和渗流等情况都与饱和土力学理论所阐明的不同；边坡工程中，对长时间降雨后出现的滑坡的机理分析以及预测预报等均应当考虑土体含水量变化的影响；深基坑的开挖支护工程中，由于开挖使得地下水位降低，基坑土体在一定范围内成为非饱和土，短期内使土的抗剪强度增加，但随着时间的增长，土中吸力又会使非饱和区域孔隙水压力上升，强度衰减，最终导致基坑失稳。基质吸力是研究非饱和土特性的一个重要参数，基质吸力多用于描述土体雨水入渗的能力，比如大坝土体入渗、降雨入渗，其可通过土水特征曲线描述——实验测得土中基质吸力与土体体积含水率变化的一组数据表示，而通过非饱和土的土水特征曲线又可以进一步研究非饱和土的抗剪强度。因此，获取非饱和土的土水特征曲线是研究非饱和土的一种重要手段。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的实施例提供了一种可以控制降雨历时及降雨量，进而有效研究不同深度土体基质吸力与土体体积含水率变化的研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置。本技术的实施例提供研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置，包括降雨系统、试样放置系统和监测系统，所述试样放置系统中放置试样，所述监测系统包括传感器和收集仪，所述试样内插入传感器，所述传感器连接收集仪，所述降雨系统包括支架、储水箱和降雨箱，所述支架的一侧安装储水箱，所述支架的另一侧安装降雨箱，所述降雨箱和储水箱通过导管连通，所述导管上设有止水夹和过滤器，所述止水夹靠近储水箱，所述过滤器靠近降雨箱，所述降雨箱位于试样放置系统的上方。进一步，所述支架包括主架、左侧架和右侧架，所述左侧架和右侧架在主架的两侧，且左侧架和右侧架能沿主架升降，所述左侧架上固定储水箱，所述右侧架上固定降雨箱。进一步，所述储水箱为马氏瓶，所述储水箱内插入气管，所述降雨箱包括箱盖和箱体，所述箱盖设在箱体的上方，且所述箱盖上开有气孔，所述箱体的底部均匀开有通孔，所述通孔内插入针头，打开止水夹，储水箱中的水经过滤器过滤后进入降雨箱，并经针头滴入试样中模拟降雨。进一步，所述试样放置系统包括底座、试样放置柱和透水石，所述试样放置柱和透水石均放置在底座上方，且透水石在试样放置柱内，所述底座内开有排水通道，将试样放置在试样放置柱，模拟降雨入渗到试样过程中的水透过所述透水石，进入排水通道，并从排水通道排出。进一步，所述试样放置柱包括两块拼接板，每块拼接板的一端设拼接口，另一端设拼接缝，将拼接口卡在拼接缝内，两块拼接板围成两端开口的圆柱，即为试样放置柱，所述试样放置柱的下端外侧通过一加固环加固。进一步，所述加固环包括两个半圆环，所述半圆环的两端有水平延伸的短铁片，所述短铁片上有一螺丝孔，将两个半圆环相对的螺丝孔内插入螺丝拧紧，进而实现对试样放置柱的加固。进一步，所述试样放置柱沿高度方向设有刻度，所述试样放置柱的前部沿高度方向开有五个监测孔，所述试样放置柱后部沿高度方向开有五个监测孔，所述传感器通过监测孔插入试样内。进一步，所述传感器包括五个体积含水量传感器和五个基质吸力传感器，所述收集仪为两个数据采集仪，一个数据采集仪连接五个体积含水量传感器，另一个数据采集仪连接五个基质吸力传感器。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：结构简单，设计巧妙，能够根据需要调整降雨强度和降雨历时，操作简单，适用范围较广，有较强的实用性。利用设有过滤器的导管连接马氏瓶和采用针头降雨的降雨箱来实现降雨模拟，不但可以根据需要调整马氏瓶气管的高度和降雨箱液面的高度来准确调节降雨强度，而且实验过程稳定，不会发生堵塞现象。试样放置装置根据传感器大小预设了监测孔，并且沿高度方向对两种监测数据分别设有五个监测孔来实现降雨条件下不同深度试样的数据采集。同时，试样放置装置采用两头开孔的拼接板相互拼接成圆柱，方便了实验中试样的放置，也方便了实验完成后仪器的清洗。本技术能够准确的获取降雨降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线，了解土体的固结、强度和渗流等，可广泛应用于降雨后可能出现的滑坡预测以及基坑失稳的预测。附图说明图1是本技术研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置的一示意图。图2是图1中加固环的放大图。图3是图1中试样放置柱的柱内径展开图。图4是试样放置柱拼接前的侧视示意图。图5是拼接在前部的拼接板的示意图。图6是拼接在后部的拼接板的示意图。图7是图1中箱体底部的放大图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本技术的实施例提供了研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置，包括降雨系统2、试样放置系统1和监测系统3。试样放置系统1包括底座11、试样放置柱12、圆环垫层13、透水石14和加固环15。底座11呈圆盘型，底座11内开有排水通道，所述排水通道包括三个竖直排水孔111和一个水平排水通道112，三个竖直排水孔111沿竖直方向等间距开设在底座11的顶面上，一个水平排水通道112开设在底座11的内部，且位于中间，水平排水通道112将三个竖直排水孔111贯通，并延伸至底座11的两端。试样放置柱12和透水石14均放置在底座11上方，且透水石14在试样放置柱12内，试样放置在试样放置柱12。优选地，底座11上放置有一圆环垫层13，透水石14放置在圆环垫层13内，所述试样放置柱12放置在圆环垫层13上，圆环垫层13为塑料垫层。请参考图3-6，试样放置柱12为两端开口的高强度有机玻璃圆柱，沿试样放置柱12的高度方向设有刻度，所述试样放置柱12的前部沿高度方向等间距开有五个监测孔124，所述试样放置柱12后部也沿高度方向等间距开有五个监测孔124，试样放置柱12包括两块拼接板121，每块拼接板121的一端设拼接口122，另一端设拼接缝123，将拼接口122卡在拼接缝123内，两块拼接板121围成两端开口的圆柱，即为试样放置柱12。请参考图2，试样放置柱12的下端外侧通过一加固环15加固，加固环15包括两个半圆环151，所述半圆环151的两端有水平延伸的短铁片152，所述短铁片152上有一螺丝孔153，将两个半圆环151相对的螺丝孔153内插入螺丝154拧紧，进而实现对试样放置柱12的加固，保证拼接的紧密性。监测系统3包括传感器和收集仪，传感器连接收集仪，传感器包括五个体积含水量传感器31和五个基质吸力传感器32，所述收集仪为两个数据采集仪33，一个数据采集仪33连接五个体积含水量传感器31，另一个数据采集仪33连接五个基质吸力传感器32，五个体积含水量传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置，其特征在于，包括降雨系统、试样放置系统和监测系统，所述试样放置系统中放置试样，所述监测系统包括传感器和收集仪，所述试样内插入传感器，所述传感器连接收集仪，所述降雨系统包括支架、储水箱和降雨箱，所述支架的一侧安装储水箱，所述支架的另一侧安装降雨箱，所述降雨箱和储水箱通过导管连通，所述导管上设有止水夹和过滤器，所述止水夹靠近储水箱，所述过滤器靠近降雨箱，所述降雨箱位于试样放置系统的上方。

【技术特征摘要】
1.研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置，其特征在于，包括降雨系统、试样放置系统和监测系统，所述试样放置系统中放置试样，所述监测系统包括传感器和收集仪，所述试样内插入传感器，所述传感器连接收集仪，所述降雨系统包括支架、储水箱和降雨箱，所述支架的一侧安装储水箱，所述支架的另一侧安装降雨箱，所述降雨箱和储水箱通过导管连通，所述导管上设有止水夹和过滤器，所述止水夹靠近储水箱，所述过滤器靠近降雨箱，所述降雨箱位于试样放置系统的上方。2.根据权利要求1所述的研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置，其特征在于，所述支架包括主架、左侧架和右侧架，所述左侧架和右侧架在主架的两侧，且左侧架和右侧架能沿主架升降，所述左侧架上固定储水箱，所述右侧架上固定降雨箱。3.根据权利要求1所述的研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置，其特征在于，所述储水箱为马氏瓶，所述储水箱内插入气管，所述降雨箱包括箱盖和箱体，所述箱盖设在箱体的上方，且所述箱盖上开有气孔，所述箱体的底部均匀开有通孔，所述通孔内插入针头，打开止水夹，储水箱中的水经过滤器过滤后进入降雨箱，并经针头滴入试样中模拟降雨。4.根据权利要求1所述的研究降雨入渗下非饱和土的土水特征曲线的模型实验装置，其特征在于，所述试样放置系统包括底座、试样放置柱和透水石，所述试样放置柱和透水石均放置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋治，简文星，杨光辉，蒋天娇，姚远，黄冠，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北,42