一种不规则土体土壤收缩率测定装置及收缩特征曲线绘制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种不规则土体土壤收缩率测定装置及收缩特征曲线绘制方法，能够在非接触状态下对土壤水平、垂直两个不同方向上的收缩变化量进行测定，可进减少了对土体自然收缩过程的干扰，连续观测土壤收缩过程，并且适用于凸型不规则土体的测量，同时提出了一种绘制土壤收缩特征曲线的方法，可用于研究土壤的收缩特征。本发明专利技术操作简单，采用的测量仪为mm级别，测量精度高。本发明专利技术拓展性高，可根据所要测量的土壤颗粒级别进行激光探头以及数量的调整，更好的描述土体收缩产生沉降或裂缝。更好的描述土体收缩产生沉降或裂缝。更好的描述土体收缩产生沉降或裂缝。

【技术实现步骤摘要】
一种不规则土体土壤收缩率测定装置及收缩特征曲线绘制方法


[0001]本专利技术涉及一种不规则土体土壤收缩率测定装置及收缩特征曲线绘制方法，属于土壤监测


技术介绍

[0002]土壤的体积伴随着土体内水分的变化而产生变化，土体水分流失会使土壤产生收缩，出现表面下沉、裂缝等现象。土壤收缩产生裂隙为优先流的形成创造条件，造成农田渗漏，影响土壤溶质的迁移；同时土壤收缩变化对道路、河堤等建筑物造成影响，甚至导致坍塌、沉降、开裂等。因此，研究土壤收缩过程对理解土壤结构形成及结构特性具有重要意义。
[0003]土壤收缩过程通常采用土壤容积随水分变化来描述，土壤容积的测量一般可分为两种，一种是根据阿基米德原理采用排容积法直接测定；另一种是通过直接测量重塑土或原状土的体积变化。采用排容积法测定土壤容积变化，步骤繁琐、便捷性差，且对土壤进行涂层包裹影响测定结果且不能实现动态观测；采用重塑土或者是规则土体的收缩曲线测定，很大程度上破坏了土壤原先结构，其收缩过程与实际收缩有较大差距，采用环刀法取样直接量测往往难于观察，垂直方向上体积变化测定人为误差较大。
[0004]因此，目前对于土壤收缩曲线的测定大多数采用扰动土土柱或环刀取样进行测量，对于较小尺度的土体的收缩规律测量并不实用。

技术实现思路

[0005]目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种不规则土体土壤收缩率测定装置及收缩特征曲线绘制方法。
[0006]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]第一方面，一种不规则土体土壤收缩率测定装置，包括：计算机，还有与计算机连接的重力传感器、匀速旋转驱动机构，以及收缩测量机构。
[0008]所述重力传感器上表面设置有称重台，所述重力传感器通过数据线与计算机相连接，其称重数据可传输至计算机；通过数据线与匀速旋转驱动机构连接且通过旋转调节键设置旋转角度。
[0009]所述匀速旋转驱动机构包括：步进电机和时间继电器驱动单元；步进电机的转轴上方连接有可拆卸的载物台，左侧设置直角支架，上方设置旋转连接杆，步进电机和时间继电器驱动单元通过数据线相连接。
[0010]所述时间继电器驱动单元能够根据步进电机旋转速度使其匀速旋转一周后停止。
[0011]所述收缩测量机构包括水平测量仪和垂直测量仪；垂直测量仪通过直角支架与步进电机连接，水平测量仪通过伸缩支架与旋转连接杆尾端相连接。
[0012]所述收缩测量机构用于连接计算机。
[0013]进一步的，水平测量仪上沿垂直方向等间距设置有水平激光探头。垂直测量仪沿
水平方向等间距布置有垂直激光探头。
[0014]进一步的，所述水平测量仪包括：本体、水平激光探头、第四数据线、第一安装螺栓；所述本体上共布置个水平激光探头，每个水平激光探头前设置有遮光板，可用于遮挡关闭探头；本体一侧通过第一安装螺栓与伸缩支架顶部相连接，所述本体通过第四数据线与计算机相连接。
[0015]进一步的，所述伸缩支架包括：第二安装螺栓、伸缩杆、第二安装螺栓孔。伸缩杆顶部的第二安装螺栓孔与水平测量仪本体一侧的第一安装螺栓相连接，伸缩杆底部第二安装螺栓与旋转连接杆尾端第一安装螺栓孔相连接，通过伸缩杆可调节水平测量仪的高度，使其对准土体中心位置。
[0016]进一步的，所述垂直测量仪包括：本体、垂直激光探头、第五数据线、第三安装螺栓；所述本体上共布置3个激光探头，每个探头前设置遮光板，可用于遮挡关闭探头，所述本体上还设置有第三安装螺栓。
[0017]进一步的，所述直角支架自由端设置有匀速传输带；匀速传输带上设置启动键、第二电源线、第三安装螺栓孔，所述启动键用于控制匀速传输带启停，所述第二电源线用于与电源相连接，所述第三安装螺栓孔与垂直测量仪本体上第三安装螺栓相连接，带动垂直测量仪随传输带移动。
[0018]进一步的，所述重力传感器前表面设置有显示屏，还设置开关键、旋转调节键、记录键、复位键。
[0019]进一步的，当待测土体水平尺度为1～3cm时，水平激光探头之间的间距设置为0.5cm。当待测土体水平尺度为5～7cm时，水平激光探头之间的间距设置为2cm。当待测土体水平尺度为7～10cm时，水平激光探头之间的间距设置为3cm。
[0020]一种不规则土体土壤收缩特征曲线绘制方法，包括如下步骤：
[0021]步骤1：T0时刻，获取待测土体初始时刻的质量M0，水平方向上的初始尺寸位移垂直方向上的初始尺寸位移
[0022]步骤2，T
i
时刻，获取待测土体的质量M
i
，水平方向上的尺寸位移数据垂直方向上的尺寸位移数据
[0023]步骤3，根据待测土体水平方向上的初始尺寸位移计算T
i
时刻水平方向上平均收缩率D
i
，计算公式如下：
[0024][0025]式中，为T0时刻水平方向上第j个水平激光探头初始位移尺寸，为T
i
时刻水平方向上第j个水平激光探头T
i
时刻位移尺寸，j∈m，m为水平激光探头的数量。
[0026]步骤4，根据待测土体垂直方向上的初始尺寸位移计算T
i
时刻垂直方向上平均收缩率Z
i
，计算公式如下：
[0027][0028]式中，为T0时刻垂直方向上第j个垂直激光探头初始位移尺寸，为T
i
时刻垂直方向上第j个垂直激光探头位移尺寸，j∈m，m为垂直激光探头的数量。
[0029]步骤5，根据待测土体的质量M0、M
i
，计算T
i
时刻待测土体的质量含水量U
i
，计算公式如下：
[0030][0031]式中，M
i
为T
i
时刻土体质量，M0为初始时刻土体质量。
[0032]步骤6，重复步骤2
‑
5，直到完成所有时刻的测量，以U
i
作为横轴，分别以D
i
、Z
i
作为纵轴，绘制所有时刻的水平和垂直两个方向上的收缩变化率曲线。
[0033]进一步的，还包括：
[0034]所述步骤7，水平方向构建极坐标系，水平测量仪旋转半径为r，载物台旋转速度为n，第j个水平激光探头T
i
时刻的极坐标为时刻的极坐标为对待测土体进行画图，求得水平面积，3个探头可得到3个水平面积，设置为S
i上
、S
i中
、S
i下
；由垂直测量仪采集的数据可得到待测土体的最大高度H
max
。
[0035]步骤8：根据待测土体水平面积S
i上
、S
i中
、S
i下
，最大高度H
max
，计算T
i
时刻待测土体体积V
i
，计算公式如下：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不规则土体土壤收缩率测定装置，其特征在于：包括：计算机，还有与计算机连接的重力传感器、匀速旋转驱动机构，以及收缩测量机构；所述重力传感器上表面设置有称重台，所述重力传感器通过数据线与计算机相连接，其称重数据可传输至计算机；通过数据线与匀速旋转驱动机构连接且通过旋转调节键设置旋转角度；所述匀速旋转驱动机构包括：步进电机和时间继电器驱动单元；步进电机的转轴上方连接有可拆卸的载物台，左侧设置直角支架，上方设置旋转连接杆，步进电机和时间继电器驱动单元通过数据线相连接；所述时间继电器驱动单元能够根据步进电机旋转速度使其匀速旋转一周后停止；所述收缩测量机构包括水平测量仪和垂直测量仪；垂直测量仪通过直角支架与步进电机连接，水平测量仪通过伸缩支架与旋转连接杆尾端相连接；所述收缩测量机构用于连接计算机。2.根据权利要求1所述的一种不规则土体土壤收缩率测定装置，其特征在于：水平测量仪上沿垂直方向等间距设置有水平激光探头；垂直测量仪沿水平方向等间距布置有垂直激光探头。3.根据权利要求1所述的一种不规则土体土壤收缩率测定装置，其特征在于：所述水平测量仪包括：本体、水平激光探头、第四数据线、第一安装螺栓；所述本体上共布置个水平激光探头，每个水平激光探头前设置有遮光板，可用于遮挡关闭探头；本体一侧通过第一安装螺栓与伸缩支架顶部相连接，所述本体通过第四数据线与计算机相连接。4.根据权利要求3所述的一种不规则土体土壤收缩率测定装置，其特征在于：所述伸缩支架包括：第二安装螺栓、伸缩杆、第二安装螺栓孔；伸缩杆顶部的第二安装螺栓孔与水平测量仪本体一侧的第一安装螺栓相连接，伸缩杆底部第二安装螺栓与旋转连接杆尾端第一安装螺栓孔相连接，通过伸缩杆可调节水平测量仪的高度，使其对准土体中心位置。5.根据权利要求1所述的一种不规则土体土壤收缩率测定装置，其特征在于：所述垂直测量仪包括：本体、垂直激光探头、第五数据线、第三安装螺栓；所述本体上共布置3个激光探头，每个探头前设置遮光板，可用于遮挡关闭探头，所述本体上还设置有第三安装螺栓。6.根据权利要求5所述的一种不规则土体土壤收缩率测定装置及收缩特征曲线绘制方法，其特征在于：所述直角支架自由端设置有匀速传输带；匀速传输带上设置启动键、第二电源线、第三安装螺栓孔，所述启动键用于控制匀速传输带启停，所述第二电源线用于与电源相连接，所述第三安装螺栓孔与垂直测量仪本体上第三安装螺栓相连接，带动垂直测量仪随传输带移动。7.根据权利要求1所述的一种不规则土体土壤收缩率测定装置，其特征在于：所述重力传感器前表面设置有显示屏，还设置开关键、旋转调节键、记录键、复位键。8.根据权利要求2所述的一种不规则土体土壤收缩率测定装置，其特征在于：当待测土体水平尺度为1～3cm时，水平激光探头之间的间距设置为0.5cm；当待测土体水平尺度为5～7cm时，水平激光探头之间的间距设置为2cm；当待测土体水平尺度为7～10cm时，水平激光探头之间的间距设置为3cm。9.一种不规则土体土壤收缩特征曲线绘制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：T0时刻，获取待测土体初始时刻的质量M0，水平方向上的初始尺寸位移垂直方向上的初始尺寸位移步骤2，T
i
时刻，获取待测土体的质量M
i
，水平方向上的尺寸位移数据垂直方向上的尺寸位移数据步骤3，根据待测土体水平方向上的初始尺寸位移计算T
i

【专利技术属性】
技术研发人员：陈上茂，毕利东，邓博，卫磊嘉，陈丹，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：