一种模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置，装置包括降雨模拟模块、土柱结构、力学特性测试模块、数据采集模块和加压模块，降雨模拟模块包括降雨架、降雨喷头、水箱和降雨控制面板，降雨架顶部分布有若干降雨喷头，土柱结构放置于降雨架下方，土柱结构包括雨水收集桶、透水石和若干直径相同的有机玻璃筒体，有机玻璃筒体固定连接为一体，并隔着透水石放置于雨水收集桶上，力学特性测试模块包括若干孔压传感器和含水率传感器、位移传感器和基质吸力传感器，各传感器穿插在有机玻璃筒体上的预留孔内，加压装置包括钢板和不同规格砝码。本实用新型专利技术可以实时监测土柱降雨入渗全过程土体各项力学指标，且操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置
本技术涉及降雨模拟实验，尤其涉及一种模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置。
技术介绍
近年来，全球区域性降雨越来越集中化，每次降雨量较大，大暴雨的频率远高于以往水平，雨水的入渗严重影响土体的力学性能，成为了诱发众多路基与边坡工程事故的重要因素之一。随着降雨入渗时间的延长，雨水逐渐渗入到路基及边坡土体中，使得土体含水量增大，浸润面抬高，部分土体由非饱和状态转化为饱和状态，导致土体抗剪强度降低，同时造成土体的力学性能逐渐蜕化、路基的累积变形增加，雨水的入渗严重威胁着路基和边坡的稳定性。因此研究降雨入渗后土体的强度、变形等特性，对路基和边坡工程的变形控制和稳定性提高具有重要的研究意义和应用价值。降雨入渗是土体产生渗流、变形和失稳的重要自然环境因素，准确获取降雨入渗后土体的力学特性，直接影响路基和边坡等工程稳定性状的分析结果。降雨入渗作用下，雨水渗入土体后水分的运移规律和土体含水率的分布是一个复杂的过程，从而影响土体的力学特性。目前研究降雨入渗对土体强度和变形的影响常规方法是通过控制含水率变化来模拟降雨入渗的影响，不能很好反映降雨入渗过程中入渗深度、雨强、雨水渗入时间等对土体强度、变形的影响，因此需要有一种装置能够模拟降雨入渗过程中土体的强度、变形、基质吸力、孔压等随入渗深度、入渗时间、降雨强度等的变化，研究降雨入渗作用对土体强度与变形的影响。目前也有一些降雨模拟试验装置的专利，主要以测试入渗过程中水分迁移变化规律为主，土柱装置为一整体，不方便制样、拆样，不能有效测试降雨入渗过程中土体力学特性的变化规律，其次是不能测试入渗量及土体的入渗系数。因此通过一种降雨模拟装置，有效测试降雨入渗过程中土体的强度、变形规律，对路基边坡工程稳定性分析具有重要的实际意义。
技术实现思路
技术目的：本技术针对现有技术存在的问题，提供一种模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置，可以实时测试降雨入渗土柱后土体力学特性的变化过程，能为分析不同阶段降雨入渗对土体强度、变形的影响提供试验依据。技术方案：本技术所述的模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置包括：包括降雨模拟模块、土柱结构、力学特性测试模块、数据采集模块和加压装置，所述降雨模拟模块包括降雨架、降雨喷头、水箱和降雨控制面板，所述降雨架顶部分布有若干降雨喷头，所述土柱结构放置于所述降雨架下方，所述水箱通过水管连接降雨喷头，所述降雨控制面板通过控制线连接降雨喷头，所述土柱结构包括雨水收集桶、透水石和若干直径相同的有机玻璃筒体，所述有机玻璃筒体固定连接为一体，并隔着所述透水石放置于所述雨水收集桶上，所述力学特性测试模块与所述数据采集模块连接，包括若干孔压传感器和含水率传感器、位移传感器和基质吸力传感器，各传感器穿插在所述有机玻璃筒体上的预留孔内，所述加压装置包括与有机玻璃筒体匹配的钢板和若干不同规格砝码，用于降雨入渗完成后，放置在有机玻璃筒体顶面。进一步的，该系统还包括雨量计，所述雨量计放置于所述降雨架下方，并通过信号线连接所述降雨控制面板。进一步的，所述连接为一体的有机玻璃筒体上方设有筒盖，所述筒盖包括盖筒体和与盖筒体底部密封连接的盖沿，所述盖筒体顶部开口，高度为有机玻璃筒体高度的1/4到1/8之间，直径与有机玻璃筒体直径吻合，盖筒底部为内盖沿，宽度2cm，顶部为外盖沿，宽度为4cm。进一步的，所述有机玻璃筒体之间通过法兰穿过橡皮垫圈连接在一起。进一步的，所述降雨喷头均匀分布于所述降雨架顶部。进一步的，所述孔压传感器、基质吸力传感器、位移传感器和含水率传感器均匀分布在所述连接为一体的有机玻璃筒体侧壁。进一步的，所述有机玻璃筒体顶部设有上台沿，底部设有下台沿。进一步的，所述有机玻璃筒体上标注有刻度。进一步的，所述雨水收集桶体上标注有刻度。进一步的，所述加压装置中的钢板大小与有机玻璃筒直径大小一致。有益效果：本技术与现有技术相比，其显著优点是：根据本技术提供的模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置，由于采用控制面板控制降雨喷头，调节降雨强度很方便；由于雨架较高，可以真实模拟降雨；由于采用多个有机玻璃筒体连接，可以调节土柱深度变化，且拆卸、装样、制样、清洗都较为方便；土柱上有桶盖，下有雨水收集桶，形成一个封闭系统，避免了雨水从有机玻璃侧壁的下渗，同时可测积水量和积水时间；通过雨水收集桶可以测试降雨入渗量和入渗系数；降雨土柱中采用各种传感器和加压装置，可以实测土柱的力学特性；本技术中土柱直径较大，可以对降雨入渗后的原状或重塑土样进行二次取样，开展降雨入渗影响后的力学特性试验；本技术中加压装置简单，可以有效方便实现多级加载；由于采用数据采集模块、控制面板，本技术模拟降雨土柱入渗试验系统自动化程度较高，具有测试数据持续性好、测试精度高、使用操作简单的优点，能较好的分析降雨强度、降雨历时和降雨类型对土柱入渗规律的影响及入渗后土柱的力学特性研究提供有效的试验数据。且本技术适用于各种类型的土体，可以获取含水率、孔压、基质吸力、变形、入渗深度、入渗量等，多角度分析土体的力学特性，分析数据详尽。附图说明图1是本技术提供的模拟降雨入渗的土柱试验系统的一个实施例的系统框图；图2是图1中降雨喷头的结构示意图；图3是图1中土柱结构的结构示意图；图4是图3中有机玻璃筒体的主视图；图5是图3中有机玻璃筒体的俯视图；图6是图3中有机玻璃筒体的连接示意图；图7是图3中橡皮垫圈的结构示意图；图8是图3中筒盖的结构示意图；图9是土柱结构的左视图；图10是土柱结构的右视图图11是加压装置的示意图；图12是加压装置的使用状态示意图。具体实施方式本实施例提供了一种模拟降雨入渗的土柱试验系统，如图1所示，包括降雨模拟模块、土柱结构3、数据采集模块6、雨量计7、力学特性测试模块8和加压装置9，降雨模拟模块包括降雨架1、降雨喷头2、水箱4和降雨控制面板5，降雨架1顶部均匀分布有若干降雨喷头2，土柱结构3和雨量计7放置于降雨架1下方，水箱4通过水管连接降雨喷头2，降雨控制面板5通过控制线连接降雨喷头2，雨量计7通过信号线连接降雨控制面板5。降雨喷头2如图2所示，降雨控制面板5可以调节降雨喷头2雨量的大小、降雨的强度和降雨的类型，能真实模拟降雨时土体入渗的规律，降雨控制面板5具体为现有产品。雨量计7可以实时反馈雨量大小，从而更精确的调节降雨强度。数据采集模块6采集土柱结构3内传感器的数据，具体可以为计算机。加压装置9放置于土柱顶部，用于控制加载大小。如图3所示，土柱结构3包括雨水收集桶31、透水石32、若干直径相同的有机玻璃筒体33，土柱结构3可以拆卸，组装方便，高度可以依据需求进行调节，装样和取土样方便，克服了现有技术中土柱长度大、操作不便的缺陷；土柱结构3的各部件采用标准构件，标准化程度高，能为后续研究降雨入渗后土体的力学特性和微观结构制备土样提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置，其特征在于：包括降雨模拟模块、土柱结构、力学特性测试模块、数据采集模块和加压装置，所述降雨模拟模块包括降雨架、降雨喷头、水箱和降雨控制面板，所述降雨架顶部分布有若干降雨喷头，所述土柱结构放置于所述降雨架下方，所述水箱通过水管连接降雨喷头，所述降雨控制面板通过控制线连接降雨喷头，所述土柱结构包括雨水收集桶、透水石和若干直径相同的有机玻璃筒体，所述有机玻璃筒体固定连接为一体，并隔着所述透水石放置于所述雨水收集桶上，所述力学特性测试模块与所述数据采集模块连接，包括若干孔压传感器和含水率传感器、位移传感器和基质吸力传感器，各传感器穿插在所述有机玻璃筒体上的预留孔内，所述加压装置包括与有机玻璃筒体匹配的钢板和若干不同规格砝码，用于降雨入渗完成后，放置在有机玻璃筒体顶面。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置，其特征在于：包括降雨模拟模块、土柱结构、力学特性测试模块、数据采集模块和加压装置，所述降雨模拟模块包括降雨架、降雨喷头、水箱和降雨控制面板，所述降雨架顶部分布有若干降雨喷头，所述土柱结构放置于所述降雨架下方，所述水箱通过水管连接降雨喷头，所述降雨控制面板通过控制线连接降雨喷头，所述土柱结构包括雨水收集桶、透水石和若干直径相同的有机玻璃筒体，所述有机玻璃筒体固定连接为一体，并隔着所述透水石放置于所述雨水收集桶上，所述力学特性测试模块与所述数据采集模块连接，包括若干孔压传感器和含水率传感器、位移传感器和基质吸力传感器，各传感器穿插在所述有机玻璃筒体上的预留孔内，所述加压装置包括与有机玻璃筒体匹配的钢板和若干不同规格砝码，用于降雨入渗完成后，放置在有机玻璃筒体顶面。


2.根据权利要求1所述的模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置，其特征在于：该装置还包括雨量计，所述雨量计放置于所述降雨架下方，并通过信号线连接所述降雨控制面板。


3.根据权利要求1所述的模拟降雨入渗土柱力学特性的测试装置，其特征在于：所述连...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智彬，董金梅，李赟，王金鹏，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32