【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土体渗流模拟，具体涉及一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置及模拟方法。
技术介绍
1、目前，国内外的工程建设前期会对施工现场的植物进行清理，一般只会清理施工场地表面的植物，植物的根系仍存在于地基中。植物根系的水力作用会对地基的承载力和稳定性有较大的影响，施工前对植物根系对施工当地水文条件的影响尚不清楚，会带来施工风险。因此，考虑到植物根系在工程建设中的影响较大，需要对该建设场地上植物根系与地下水或降雨影响作用下的地基情况进行模拟分析，以期做出最合理的工程安全措施。但国内外考虑植物根系与地下水或降雨条件相互作用对工程项目的影响研究尚少，亟需研究能够模拟施工场地水土条件的方法或装置，对施工现场进行模拟分析，以了解当地提高复合污染底泥治理效率和效果。
2、示踪技术常用于采油工业及水文地质工程中，在采油工业中其目的在于能够清楚的掌握见水的时间、位置、流量和流动特征等信息，增强调剖堵水的效果，反馈储层地质参数，有效提高采收率；在水文地质中其目的在于测定水文地质参数，地下水渗透流速，地下水来源和年龄，一些地下水以及多孔介质、裂隙介质的参数和水流运动状态还可以解决一些有关的渗漏问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，该装置结构简单，使用方便，无需在现场进行相关试验，只需进行简单的室内模型试验，极大地节约时间，简化试验流程。
2、本专利技术是由以下技术方案实现：
3、一种用于模拟植物根系影响土
4、进一步地，所述植物模型为外壁为蜂窝结构、内部填充吸水材料的三维模型。植物模型的外壁设置为蜂窝结构，蜂窝结构的孔径小于吸水材料的粒径，水可自由地通过但吸水材料不能流出。
5、进一步地，所述地下水模拟装置包括蠕动泵和蓄水池，所述蓄水池与所述水槽管道连通，所述蠕动泵安装在管道上。在蓄水池与水槽之间设置蠕动泵的作用：一方面使放入蓄水池的荧光示踪剂可以快速均匀地溶解到水中，另一方面为将蓄水池的水泵送至水槽，同时为流入水槽中的水提供一定动力模拟地下水流动。
6、进一步地，所述降雨模拟装置为喷洒装置，所述喷洒装置安装在所述模拟箱正上方。在喷洒装置中装入含有荧光示踪剂的水，对植物模型进行喷淋，从而模拟降雨过程。
7、进一步地，所述植物蒸腾模拟装置包括恒温控制箱和棉纤维芯绳，所述棉纤维芯绳设置在所述植物模型内部的主经络位置，其一端置于所述植物模型底部，另一端穿出植物模型，所述恒温控制箱安装在所述植物模型顶部，所述棉纤维芯绳穿出植物模型的一端置于所述恒温控制箱内。棉纤维芯绳的吸水能力大于矿物的吸水能力，模拟植物中由于细胞原生质层内外的溶液存在着浓度差引起的吸水特性，可以用于模拟植物的毛细作用。恒温控制箱通过不断烘干露出植物模型的棉纤维芯绳，使棉纤维芯绳下部中的水不断向上运动，从而模拟连续的蒸腾作用，停止加热烘干棉纤维芯绳或使之处于不完全烘干状态即模拟夜晚无蒸腾作用或傍晚的弱蒸腾作用下植物的主动吸水，即是通过控制棉纤维芯绳的干燥程度来模拟蒸腾作用的强弱。
8、基于上述方案，本专利技术还提供一种植物根系影响土体渗流场的模拟方法，具体包括如下步骤：
9、s1：了解需建设施工场地植物根系及经络的相关特性，根据植物根系及经络特性建立并进行3d打印制得植物模型；
10、s2：在植物模型中填充吸水材料，并在植物模型内部的主经络位置固定放置棉纤维芯绳；
11、s3：取原状土铺好放置于模拟箱本体中，将填充好吸水材料的植物模型按种植植物方式填埋在模拟箱本体中；
12、s4：在水流中放入荧光示踪剂，使用地下水模拟装置或降雨模拟装置对模拟箱进行地下水渗流模拟或降雨条件下雨水渗流模拟；
13、s5：待模拟的地下水稳定进入模型箱或模拟降雨持续稳定后，升温烘干棉纤维芯绳模拟植物的蒸腾作用；
14、s6：检测模拟箱土体中荧光示踪剂的分布与含量并对模拟结果进行分析。
15、进一步地，步骤s2中，所述吸水材料为含有亲水矿物和疏水矿物的人工土。吸水材料根据不同植物根系对水的吸收能力进行选择和配比。亲水矿物与疏水矿物的配比按植物学中已建立的植物根系吸水模型进行分配占比，如宏观模型中的基本模型s＝bkg(s是根对水分的吸收速率，k是传导项，g是从土壤到根的水势梯度，b是描述水分运动的几何参数)，在本专利技术中即可认为s为亲水性蒙脱石矿物的占比，而(1-s)为疏水性高岭石矿物的占比。
16、进一步地，步骤s4中，当对模拟箱进行地下水渗流模拟时，具体步骤为：启动蠕动泵，向水槽中泵入含有荧光示踪剂的水，给予一定流速模拟地下水的流动，待流速稳定后将模拟箱放置于水槽中，静置一端时间，待水槽中的地下水稳定流入模型箱。
17、进一步地，步骤s4中，当对模型箱进行降雨条件下雨水渗流模拟时，具体步骤为：将模型箱放入未装有水的水槽中，在喷洒装置内装入含有荧光示踪剂的水，启动喷洒装置循环模拟降雨。
18、进一步地，所述亲水矿物为蒙脱石晶体，所述疏水矿物为高岭石晶体。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、本专利技术提供两种不同的状态即地下水的渗流和降雨条件下植物与土体渗流场的相互作用，并采用含有荧光示踪剂的水模拟地下水和降雨的雨水，将露出植物模型的棉纤维芯绳平铺在可以控制温度的恒温控制箱中，通过烘干平铺在恒温控制箱部分棉纤维芯绳使棉纤维中的水不断向上运动模拟连续的蒸腾作用，控制棉纤维芯绳的干燥程度来模拟蒸腾作用的强弱，待状态稳定后检测荧光示踪剂的分布和范围并对模拟结果进行分析，了解在该建设场地上该植物与地下水或降雨影响作用下，何处地基最弱，并做出最合理的工程安全措施。
21、本专利技术采用荧光示踪剂技术，在模拟的地下水和降雨中加入荧光示踪剂便于观察模拟的地下水和降雨的雨水在土体中的分布，了解最大的渗流区域，然后分析其结果即可做出合理的工程安全措施，极大节约经济成本，对其安全性能给予更优化的保障。
22、本专利技术的装置和模拟方法可在室内进行，无需在现场进行相关试验，只需进行简单的室内模型试验，在工程上极大的节约时间成本，简化试验流程，具有较好的应用前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，包括模拟箱、地下水模拟装置/降雨模拟装置、植物模型和植物蒸腾作用模拟装置；所述模拟箱包括模拟箱本体和水槽；模拟箱本体为顶部开口的箱型结构，其四周侧壁上开设有微型小孔，所述水槽紧贴环设在所述模拟箱本体外侧；所述植物模型置于装有原状土的箱体内；所述植物蒸腾作用模拟装置安装在所述植物模型上；所述地下水模拟装置/降雨模拟装置用于对模拟箱进行地下水渗流模拟或降雨条件下雨水渗流模拟。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，所述植物模型为外壁为蜂窝结构、内部填充吸水材料的三维模型。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，所述地下水模拟装置包括蠕动泵和蓄水池，所述蓄水池与所述水槽管道连通，所述蠕动泵安装在管道上。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，所述降雨模拟装置为喷洒装置，所述喷洒装置安装在所述模拟箱正上方。
5.根据权利要求1所述的一种用于模拟植物根系影响土体渗流场
6.一种植物根系影响土体渗流场的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种植物根系影响土体渗流场的模拟方法，其特征在于，步骤S2中，所述吸水材料为含有亲水矿物和疏水矿物的人工土。
8.根据权利要求6所述的一种植物根系影响土体渗流场的模拟方法，其特征在于，步骤S4中，当对模拟箱进行地下水渗流模拟时，具体步骤为：启动蠕动泵，向水槽中泵入含有荧光示踪剂的水，给予一定流速模拟地下水的流动，待流速稳定后将模拟箱放置于水槽中，静置一端时间，待水槽中的地下水稳定流入模型箱。
9.根据权利要求6所述的一种植物根系影响土体渗流场的模拟方法，其特征在于，步骤S4中，当对模型箱进行降雨条件下雨水渗流模拟时，具体步骤为：将模型箱放入未装有水的水槽中，在喷洒装置内装入含有荧光示踪剂的水，启动喷洒装置模拟降雨。
10.根据权利要求7所述的一种植物根系影响土体渗流场的模拟方法，其特征在于，所述亲水矿物为蒙脱石晶体，所述疏水矿物为高岭石晶体。
...【技术特征摘要】
1.一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，包括模拟箱、地下水模拟装置/降雨模拟装置、植物模型和植物蒸腾作用模拟装置；所述模拟箱包括模拟箱本体和水槽；模拟箱本体为顶部开口的箱型结构，其四周侧壁上开设有微型小孔，所述水槽紧贴环设在所述模拟箱本体外侧；所述植物模型置于装有原状土的箱体内；所述植物蒸腾作用模拟装置安装在所述植物模型上；所述地下水模拟装置/降雨模拟装置用于对模拟箱进行地下水渗流模拟或降雨条件下雨水渗流模拟。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，所述植物模型为外壁为蜂窝结构、内部填充吸水材料的三维模型。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，所述地下水模拟装置包括蠕动泵和蓄水池，所述蓄水池与所述水槽管道连通，所述蠕动泵安装在管道上。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，所述降雨模拟装置为喷洒装置，所述喷洒装置安装在所述模拟箱正上方。
5.根据权利要求1所述的一种用于模拟植物根系影响土体渗流场的装置，其特征在于，所述植物蒸腾模拟装置包括恒温控制箱和棉纤维芯绳，所述棉纤维芯绳设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧，魏珍珍，江学良，张劲文，赵元金，王浩冬，尹军，杨伯韬，
申请(专利权)人：广州航海学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。