基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置及方法，包括竖向设置固定支架，电磁铁盒通过刚性杆焊接在固定支架上；台状电磁铁块通过底部受限内嵌入电磁铁盒下部；电磁铁块通过吸附无磁性不锈钢瓶盖中嵌套的永久性磁铁固定瓶身；无磁性不锈钢瓶瓶身也内嵌有永久性磁铁，将其置于内径略大于不锈钢瓶的与瓶身内嵌磁铁磁性相反的磁铁环中；装置最下端为方形硬钢底座；还包括在震荡冲击破坏后将去离子水及团聚体过筛的2.8mm孔径筛网及烧杯。试验装置结构简单、便携、易拆卸，可用于原位快速且定量地区分土壤团聚体稳定性水平，对土壤侵蚀、水土流失治理以及泥石流起动机理研究具有重要指导意义。研究具有重要指导意义。研究具有重要指导意义。

【技术实现步骤摘要】
基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置及方法


[0001]本专利技术属于土壤侵蚀、水土保持研究的试验领域，具体涉及基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置及方法。

技术介绍

[0002]团聚体是土壤结构的基本单元，其稳定性是土壤的重要属性，表示团聚体受到外力作用后仍保持原有形态的能力，对土壤侵蚀、降雨入渗以及地表径流均有重要影响，被广泛用于评估土壤质量及土壤对侵蚀的敏感性。因此研究土壤团聚体稳定性对森林火灾后山坡土壤侵蚀、水土流失治理以及火后泥石流起动机理研究具有重要的指导意义。
[0003]目前测定土壤团聚体稳定性的方法主要有：水滴法、模拟降雨法、CND法、Yoder湿筛法以及超声波测试法等。水滴法主要是通过记录团聚体被水滴打击至完全消散所需的水滴数量来反映团聚体的稳定性，该方法耗时长、工作量大；传统的CND法简易但不适用于有机质含量较高的土壤；Yoder湿筛法是根据土壤大团聚体在水中的崩解情况识别其水稳定程度，计算各粒径团聚体质量进而得到团聚体稳定性的方法，该方法一般不适用于有机质含量少、结构性差的土壤，且工序复杂，对土样预湿的过程受人为因素影较大，不能保证每次土样的润湿速度相同，因此测试结果也难以统计比较；超声波测试法通过测量分散土壤团聚体的超声能量来定量评价土壤团聚体稳定性，不限土壤类型、工序较为简洁但仪器设备成本较高且超声能量可量化的精度较低。实现在不同类型土壤中进行经济、效率高的土壤团聚体稳定性测试试验对土壤抗蚀性、水土保持以及火后泥石流起动机理研究等方面有重要参考价值。由此产生本专利技术技术方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术所为了解决
技术介绍
中存在的技术问题，目的在于提供了基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置及方法。
[0005]为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，所述装置包括：电磁铁盒、台型电磁铁和磁铁筒；所述电磁铁盒的下侧与磁铁筒固定连接，所述台型电磁铁部分嵌套在电磁铁盒内并固连，所述磁铁筒内设置有无磁性不锈钢瓶，所述无磁性不锈钢瓶上设置有无磁性不锈钢瓶盖，所述无磁性不锈钢瓶盖内嵌套有永久性磁铁，所述无磁性不锈钢瓶盖上开设有与台型电磁铁的突出端相适配的凹槽，所述台型电磁铁的突出端安装在凹槽并通电后与永久性磁铁相吸，使得所述无磁性不锈钢瓶悬挂于电磁铁盒下，所述无磁性不锈钢瓶的外壁上开设有多个环形凹槽，所述环形凹槽内设置并安装有永久性磁铁环。
[0007]进一步，所述装置还包括：底座、固定支架和多个刚性支架，所述底座上固定磁铁筒的底部，所述固定支架安装在底座上，所述刚性支架的一端均固定连接固定支架，另一端固定连接磁铁筒的外壁或电磁铁盒。
[0008]进一步，所述电磁铁盒上设置有开关控制器，所述开关控制器通过导线穿过电磁
铁盒上开设的导线孔缠绕在台型电磁铁上，开关控制器上设置三个档位，“中”表示台形电磁铁未通电，“吸”表示顺向接通电源，台形电磁铁产生吸力，从而固定无磁性不锈钢瓶，“斥”表示逆向接通电源，台形电磁铁产生排斥力，将无磁性不锈钢瓶弹射出，弹射初速度可由斥力状态下的电磁铁电源的输出功率决定。
[0009]进一步，所述无磁性不锈钢瓶的底部安装有缓冲垫，用于保证每次实验无磁性不锈钢瓶做一次落体运动，防止因无磁性不锈钢瓶二次及多次弹起而产生试验误差，并防止运动落体后无磁性不锈钢瓶受损。
[0010]进一步，分无磁性不锈钢瓶的外壁上的多个永久性磁铁环与无磁性不锈钢瓶的外壁处于同一平面且光滑，磁铁筒的内径大于无磁性不锈钢瓶的外径，防止无磁性不锈钢瓶在下落期间触碰内壁。
[0011]进一步，所述无磁性不锈钢瓶的无磁性不锈钢瓶盖设置内外螺纹，通过内外螺纹将无磁性不锈钢瓶盖打开。
[0012]进一步，所述磁铁筒的外壁为空心的无磁性不锈钢外壳，空心的无磁性不锈钢外壳内为磁性与无磁性不锈钢瓶瓶身镶嵌的永久性磁铁环磁极相同的永久磁铁；所述磁铁筒分为磁铁筒a、磁铁筒b和磁铁筒c三部分，上下两部分的磁铁筒a和磁铁筒c的长度略长于无磁性不锈钢瓶，将磁铁筒a从顶部向下垂直切下、从底部水平切下，被切下的部分一端用合页与磁铁筒a连接，另一端由空心的无磁性不锈钢外壳内的永久磁铁吸附，用于开合；中间部分磁铁筒b与固定支架通过刚性支杆连接；将磁铁筒c从底部向上垂直切下、从顶部水平切下，被切下的部分一端用合页与磁铁筒c连接。
[0013]进一步，所述磁铁筒a、磁铁筒b和磁铁筒c从上到下依次分布且固定连接。
[0014]进一步，所述无磁性不锈钢瓶的瓶身内装有去离子水和土壤团聚体。
[0015]基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装方法，应用于上述中所述的震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，所述方法包括：
[0016]步骤1：实验前根据需要设置好台型电磁铁的电源输出功率从而控制无磁性不锈钢瓶被竖直向下弹射的初速度，模拟不同落体高度下其受到的冲击力，实验装置本身设置落体高度为1m，如果直接断电使其下落模拟的即为1m高的自由落体实验，不同落体高度通过标定不同电源输出功率控制；
[0017]步骤2：选择10～20颗4～5mm直径含水率饱和的团聚体16，称其质量为m1；
[0018]步骤3：将不锈钢瓶盖121拧开，先倒入1/2容积的去离子水15根据试验需要控制水量，后将土壤团聚体试样16放入去离子水15中，然后拧紧不锈钢瓶盖121；
[0019]步骤4：顺时针旋转开关控制器，使台形电磁铁与无磁性瓶盖上永久磁铁表现为吸引力；
[0020]步骤5：打开磁铁筒a，将无磁性不锈钢瓶与台形电磁铁对接吸附完成。然后关闭磁铁筒a，装置安装完毕；
[0021]步骤6：根据步骤1的标定结果设置好不同落体高度对应的电磁铁电源输出功率，逆时针旋转开关控制器对台型电磁铁通电，使无磁性不锈钢瓶被弹出运动至底部以撞击；
[0022]步骤7：通过打开磁铁筒c将无磁性不锈钢瓶取出，然后关闭无磁性磁铁筒c，至此视为完成一次团聚体的震荡冲击；
[0023]步骤8：重复步骤4
‑
7对不锈钢瓶中的团聚体做5～10次连续的震荡冲击后，再将无
磁性不锈钢瓶由下方取出，倒出其内的团聚体及水一起过2.8mm孔径筛网，对剩余的直径大于2.8mm的团聚体进行称重，质量记为m2，团聚体的稳定性为F＝(m1‑
m2)/m1，通过配套公式计算本次试验所输入的震荡冲击破坏能：
[0024][0025]F＝ρ.v
max
.c.s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0026][0027]式中，W为震荡冲击破坏能，n为震荡次数，F为团聚体受到水的最大冲击力，m为容器和容器中水的总质量，h为冲击高度，g是重力加速度；v
max
是容器撞击底板时，容器中水的最大速度；ρ为容器中水的密度，s为容器底面面积，c为冲击时容器中水波传播速度；k为水的弹性模量，d为容器直径，E为不锈钢的弹性模量，e为不锈钢瓶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，其特征在于，所述装置包括：电磁铁盒(6)、台型电磁铁(8)和磁铁筒(14)；所述电磁铁盒(6)的下侧与磁铁筒(14)固定连接，所述台型电磁铁(8)部分嵌套在电磁铁盒(6)内并固连，所述磁铁筒(14)内设置有无磁性不锈钢瓶(12)，所述无磁性不锈钢瓶(12)上设置有无磁性不锈钢瓶盖(121)，所述无磁性不锈钢瓶盖(121)内嵌套有永久性磁铁(10)，所述无磁性不锈钢瓶盖(121)上开设有与台型电磁铁(8)的突出端相适配的凹槽，所述台型电磁铁(8)的突出端安装在凹槽并通电后与永久性磁铁(10)相吸，使得所述无磁性不锈钢瓶(12)悬挂于电磁铁盒(6)下，所述无磁性不锈钢瓶(12)的外壁上开设有多个环形凹槽(122)，所述环形凹槽(122)内设置并安装有永久性磁铁环(4)。2.根据权利要求1所述的基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，其特征在于，所述装置还包括：底座(1)、固定支架(2)和多个刚性支架(21)，所述底座(1)上固定磁铁筒(14)的底部，所述固定支架(2)安装在底座(1)上，所述刚性支架(21)的一端均固定连接固定支架(2)，另一端固定连接磁铁筒(14)的外壁或电磁铁盒(8)。3.根据权利要求1所述的基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，其特征在于，所述电磁铁盒(6)上设置有开关控制器(3)，所述开关控制器(3)通过导线(11)穿过电磁铁盒上开设的导线孔(7)缠绕在台型电磁铁(8)上，开关控制器(3)上设置三个档位，“中”表示台形电磁铁(8)未通电，“吸”表示顺向接通电源，台形电磁铁(8)产生吸力，从而固定无磁性不锈钢瓶(12)，“斥”表示逆向接通电源，台形电磁铁(8)产生排斥力，将无磁性不锈钢瓶(12)弹射出，弹射初速度可由斥力状态下的电磁铁电源的输出功率决定。4.根据权利要求1所述的基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，其特征在于，所述无磁性不锈钢瓶(12)的底部安装有缓冲垫(13)，用于保证每次实验无磁性不锈钢瓶(12)做一次落体运动，防止因无磁性不锈钢瓶(12)二次及多次弹起而产生试验误差，并防止运动落体后无磁性不锈钢瓶(12)受损。5.根据权利要求1所述的基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，其特征在于，分无磁性不锈钢瓶(12)的外壁上的多个永久性磁铁环(4)与无磁性不锈钢瓶(12)的外壁处于同一平面且光滑，磁铁筒(14)的内径大于无磁性不锈钢瓶(12)的外径，防止无磁性不锈钢瓶(12)在下落期间触碰内壁。6.根据权利要求1所述的基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，其特征在于，所述无磁性不锈钢瓶(12)的无磁性不锈钢瓶盖(121)设置内外螺纹(9)，通过内外螺纹(9)将无磁性不锈钢瓶盖(121)打开。7.根据权利要求1所述的基于震荡冲击破坏的土壤团聚体稳定性测试装置，其特征在于，所述磁铁筒(14)的外壁为空心的无磁性不锈钢外壳(141)，空心的无磁性不锈钢外壳(141)内为磁性与无磁性不锈钢瓶(12)瓶身镶嵌的永久性磁铁环(4)磁极相同的永久磁铁；所述磁铁筒(14)分为磁铁筒a(142)、磁铁筒b(143)和磁铁筒c(144)三部分，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，胡卸文，周永豪，王晋昆，刘刚，段雯超，龚学强，王严，杨瀛，曹希超，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：