【技术实现步骤摘要】
一种模拟潜水蒸发的试验装置及可视化试验方法
[0001]本专利技术涉及岩土工程土工试验技术、环境科学与工程领域的一种试验装置与采用这种装置的试验方法，具体地说，本专利技术涉及一种模拟潜水蒸发的试验装置及可视化试验方法。
技术介绍
[0002]我国盐碱地面积约占据我国国土面积的1/10，盐碱土中由于含盐量过高，对植被、农作物生长以及建筑工程施工都造成不利影响。造成土壤盐渍化的重要原因是浅层地下水中的可溶性盐在土壤毛细力的作用下迁移到地表，地表水分蒸发盐分聚积,因此，潜水蒸发的研究对于土壤盐渍化的防治具有重要意义。在潜水蒸发过程中，地表温度变化可引起土壤水分迁移，改变土体的性状，土体蒸发过程中水分场随时间的变化规律为潜水蒸发研究提供了重要支撑。
[0003]目前国内潜水蒸发室内试验装置一般是将土柱筒直接放置在自然条件下进行试验，当土样柱在自然光照下进行潜水蒸发试验时，从土柱筒外侧无法清楚观察到土样柱的水分场变化情况，从而不能确定试验过程中水分迁移的高度，并且测量潜水蒸发量的试验装置操作繁琐，许多潜水蒸发室内试验装置只能在蒸发过程中的各个时间节点人工读取数据或采集土样通过烘干法测量蒸发量，给使用者带来了诸多不便。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的潜水蒸发试验过程可视化困难以及潜水蒸发量测量繁琐的问题，提供了一种模拟潜水蒸发的试验装置及可视化试验方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的：所述的一种模拟潜水蒸发的试验装...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟潜水蒸发的试验装置的可视化试验方法,其特征在于,所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的可视化试验方法的步骤如下：1)试验准备：(1)预试验；(2)地下水位波动监测数据的采集与处理；(3)制备土样柱；(4)计算静水位：根据野外场地监测数据可知地下水位埋深的变化范围，试验取监测时间内地下水位高程波动最小的水位作为静水位H
j
，按照比例系数e计算试验用土样柱的静水位高度h
j
，h
j
＝H
j
×
e；2)设备安装；3)试验仪器参数设置：(1)地下水位波动模型设置；(2)传感器数据采集间隔时间设置；(3)温度控制器设置；(4)风量控制器设置；(5)CCD显微照相机拍摄间隔时间设置；4)开始试验；5)数据采集：(1)采集水分盐分温度传感器数据；(2)采集空气湿度传感器数据；(3)采集CCD显微照相机图像数据；(4)采集试验总时间数据；(5)采集土样柱质量数据；(6)采集荧光刻度尺数据；6)潜水蒸发量计算。2.按照权利要求1所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的可视化试验方法,其特征在于,所述的预试验是指:(1)通过PLC同步顶升系统(22)控制数控液压千斤顶(15)缓慢上升，将荧光素溶液推入到土样柱底部第一层土层中，停止顶升，观察并记录土样柱中荧光素高度h1；(2)通过PLC同步顶升系统(22)控制数控液压千斤顶(15)将荧光素溶液注入20mm，停止顶升，观察并记录土样柱中荧光素高度h2；(3)计算第一层土层的比例系数μ1，μ1＝20/(h2‑
h1)；(4)若土样柱有多种不同土层,比例系数μ
i
＝20/(h
i
‑2‑
h
i
‑1),在记录完第一层土层的h1‑2后，继续通过PLC同步顶升系统(22)控制数控液压千斤顶(15)缓慢上升，将荧光素溶液推入到土样柱底部第二层土层中，停止顶升，观察并记录土样柱中荧光素高度h2‑1，再注入到20mm，停止顶升，观察并记录土样柱中荧光素高度h2‑2，计算第二层土层的比例系数μ2，μ2＝20/(h2‑2‑
h2‑1)；第三层土层μ3＝20/(h3‑2‑
h3‑1)；直至最后一层土层。3.按照权利要求1所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的可视化试验方法,其特征在
于,所述的地下水位波动监测数据的采集与处理是指：采用监测井对野外场地一段时间内的地下水位动态进行监测，通过地下水位监测仪采集地下水位波动监测数据，数据包括监测时间及地下水位高度；该数据也可使用现有文献公布数据，得到的监测数据需要进行以下处理：(1)将地下水位波动监测数据做成EXCEL表格
‑
地下水位波动监测数据表，表头中A列为监测时间，单位为min，B列为地下水位高度，单位为mm，C列为地下水位所在土层的土质，包括亚砂土层、亚粘土层、中细砂层与粗砂含砾层，表中1行，2行，3行...n行为实际监测数据值；(2)计录野外场地监测土层的总体高度h，按比例缩放到补水土柱筒(5)的规模，补水土柱筒(5)内的土样柱的高度记为h
b
，计算比例系数e，e＝h
b
/h；(3)在地下水位波动监测数据表中，增加D列为PLC同步顶升系统(22)的控制数据，在表中D列输入公式：单位为mm/min，所得结果正值为控制PLC同步顶升系统(22)上升，负值为控制PLC同步顶升系统(22)下降。4.按照权利要求1所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的可视化试验方法,其特征在于,所述的设备安装是指：1)数控液压千斤顶(15)放置在下底板(3)的中心处，补水土柱筒(5)的底部套装在升降底座(7)上，用4根螺杆(10)固定连接筒体固定台(28)与下底板(3)，用直尺测量升降底座(7)小圆柱体的厚度H3，在补水土柱筒(5)筒壁内并在隔板(29)以上的位置均匀涂抹一层凡士林，用来阻隔水分；2)向补水土柱筒(5)内倒入掺加荧光素的补水溶液，液面高度加到隔板(29)位置处，然后将透水石(6)放置在隔板(29)上，此时通过人工观测补水土柱筒(5)上的荧光刻度尺(36)，记录升降底座(7)大圆柱体顶面所在位置的刻度H1；3)将准备好的土样柱装入补水土柱筒(5)内，土样柱底部与透水石(6)相接触；4)将4个水分盐分温度传感器(14)通过补水土柱筒(5)中的2号～5号通孔插入到土体样品中，将2号空气湿度传感器(25)插入补水土柱筒(5)上的1号通孔内；5)1号紫外线灯(23)与2号紫外线灯(24)放置在下底板(3)右侧的两个拐角处，然后将主箱体(1)安装在下底板(3)上；6)蒸发控温加热灯(12)放入补水土柱筒(5)的内部，灯连接柱(37)插入补水土柱筒(5)上的条形通口，灯连接柱(37)尾部的固定夹夹住加热灯固定板(27)；7)1号空气湿度传感器(13)插入传感器固定架(4)上；8)上顶板(2)扣装到主箱体(1)顶端；然后将蒸发控速排风扇(11)的底部插入到上顶板(2)中心的锥形通口内；9)CCD显微照相机(21)放置在主箱体(1)右箱壁上的拍摄口的右侧。5.按照权利要求1所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的可视化试验方法,其特征在于,所述的试验仪器参数设置是指:1)地下水位波动模型设置将地下水位波动监测数据表中D列结果导入到计算机(19)传输至PLC同步顶升系统
(22)上(单位为mm/min)，将数字信号转换成电信号，通过电流信号的变化对PLC同步顶升系统(22)进行水位动态变化控制，PLC同步顶升系统(22)可操控数控液压千斤顶15每分钟上升、下降的高度，从而模拟野外实际地下水位随时间的变化情况；2)传感器数据采集间隔时间设置(1)数据采集系统(16)电源通电：(2)数据采集系统(16)通过计算机(19)内的定时器输入采样间隔时间，间隔时间可以任意设定，最短间隔时间为1min；间隔时间的设定根据试验总时间来确定，当试验时间为几小时或几天时，采集间隔时间为1min～20min，当试验时间为几周或几个月时，采集间隔时间为60min～120min；3)温度控制器设置具体设置通过以下步骤完成：(1)温度控制器(17)电源通电；(2)按动模式切换按键，将模式调为温度模式，调节蒸发控温加热灯(12)的加热温度；(3)按动启动操作的增加按键与减小按键，调至控温加热灯(12)的所需加热温度，温度控制器(17)的控温范围为5℃～99℃，加热温度的设置可参考取土地各季节的地表平均温度；(4)按动模式切换按键，将模式调为时间模式，调节蒸发控温加热灯(12)的加热时间；(5)按动启动操作的增加按键与减小按键，调至蒸发控温加热灯(12)的所需通电时间；(6)如需设置通电、断电循环，则在通电时间设置完成后，按动停止操作的增加按键与减小按键，调节蒸发控温加热灯(12)的断电时间，温度控制器(17)的控制时间范围为1min～9999min，通电、断电时间可参考每日太阳实际照射时长，如通电、断电4小时循环或通电8小时，断电16小时循环；也可根据试验设计自行选择通电时间30min～480min，断电时间60min～960min；4)风量控制器设置具体设置通过以下步骤完成：(1)风量控制器(18)电源通电：(2)顺时针旋转旋钮至所需风量，指示灯所在位置即为当前风量大小，风量控制器(18)的风量控制范围为0m3/h～280m3/h，风量的设置可参考取土地各季节地表风速的气象数据；5)CCD显微照相机拍摄间隔时间设置(1)CCD显微照相机(21)电源通电：(2)CCD显微照相机(21)通过计算机(19)内的定时器输入采样间隔时间，间隔时间可以任意设定，最短间隔时间为1min；间隔时间的设定根据试验总时间来确定，当试验时间为几小时或几天时，采集间隔时间为1min～20min，当试验时间为几周或几个月时，采集间隔时间为60min～120min。6.按照权利要求1所述的一种模拟潜水蒸发的试验装置的可视...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伯昕，冯雪，王诗煜，潘精精，房睿昶，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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