【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及模拟实验，尤其涉及一种模拟土壤水分运移的实验设备及实验方法。
技术介绍
1、高强度的井工开采导致岩层发生移动变形，地表形成塌陷，产生裂缝，对土壤水分的运移产生重要影响。地表开裂、塌陷影响了土壤水分入渗与蒸发条件，从而导致土壤水分发生变化。此外，塌陷与裂缝会进一步导致土壤质地、容重、孔隙结构的变化，也会引起土壤水分变化。当没有裂缝时，降水首先要补充上层土壤的水分亏损，然后以均匀流为主向下入渗；当地表出现裂缝，降水入渗方式由“活塞式”入渗转变为以“捷径式”入渗为主，使地表水直接沿大裂缝下渗，甚至可能与地下水发生直接联系，改变了原有土壤水分的循环运移路径。
2、然而，目前针对塌陷裂缝区土壤水运移的测定方法缺乏多基于现场实验，受到土壤空间特性以及降水、气温等自然因素的影响，难以实现对裂缝区土壤水运移特性与影响因素的量化研究。
3、有鉴于此，提供一种模拟土壤水分运移的实验设备及实验方法成为必要。
技术实现思路
1、本专利技术技术方案提供一种模拟土壤水分运移的实验设备，包括蓄水槽、安装在所述蓄水槽上的观察箱、安装在观察箱的顶部的喷淋装置和安装在所述观察箱中的土壤塌陷模拟装置；
2、所述观察箱的底板上具有与所述蓄水槽连通的多个底板通孔；
3、所述观察箱的两块相对布置的侧板上分别安装有一块水平向内延伸的固定板，两块所述固定板处于所述底板通孔的相对两侧；
4、所述土壤塌陷模拟装置包括与两块所述固定板分别铰接的两块活动板、用于托
5、每块所述活动板上都设置有多个流水孔，两块所述活动板分别搭在所述升降托板上；
6、其中，在所述升降托板处于初始状态时，所述活动板水平延伸，两块所述活动板的端部相接触；
7、在所述升降托板处于下降状态时，所述活动板倾斜向下延伸，两块所述活动板的端部相分离。
8、在其中一项可选技术方案中，所述活动板包括能够弯曲的弹性板、连接在所述弹性板的一端的第一连接板和连接在所述弹性板的另一端的第二连接板；
9、所述流水孔设置在所述弹性板上；
10、所述第一连接板与所述固定板铰接，所述第二连接板搭在所述升降托板上；
11、所述升降托板与所述第二连接板之间连接有用于驱动所述第二连接板朝向所述升降托板的中间位置滑动的弹性驱动件；
12、在所述升降托板处于初始状态时，所述弹性板平铺在所述升降托板上，两块所述第二连接板相接触；
13、在所述升降托板处于下降状态时，所述弹性板倾斜向下延伸，两块所述第二连接板相分离。
14、在其中一项可选技术方案中，所述升降托板的下方设置有用于驱动所述弹性板变形的多个升降驱动机构，多个升降驱动机构沿着所述升降托板的长度方向间隔布置；
15、所述升降托板上设置有用于所述升降驱动机构伸缩通过的托板通孔；
16、在升降托板处于初始状态时，所述升降驱动机构处于收缩状态；
17、在升降托板处于下降状态时，至少一个所述升降驱动机构处于升起状态，并顶起所述弹性板。
18、在其中一项可选技术方案中，所述弹性板中沿着长度方向间隔地布置多个气囊，所述流水孔处于两个所述气囊之间；
19、每个所述气囊分别通过气管与处于所述观察箱外部的充气机构连接；
20、在所述升降托板处于初始状态时，每个所述气囊都处于充气状态；
21、在升降托板处于下降状态时，至少一个所述气囊排空气体。
22、在其中一项可选技术方案中，在所述底板与每块所述固定板之间连接有支撑板，所述支撑板的内侧连接有用于将水导向所述底板通孔的导水板。
23、在其中一项可选技术方案中，所述观察箱中上下间隔地布置有多排水位传感器。
24、在其中一项可选技术方案中，所述观察箱上设置有刻度尺。
25、在其中一项可选技术方案中，所述观察箱中配置有加压装置；
26、所述加压装置包括压板和用于驱动所述压板上下移动的压板驱动机构；
27、所述观察箱的顶部开口上安装有支撑梁，所述压板驱动机构与所述支撑梁连接；
28、所述压板上具有多个压板通孔，所述压板与所述压板驱动机构的输出端连接。
29、本专利技术技术方案还提供一种模拟土壤水分运移的实验方法，其采用前述任一技术方案所述的模拟土壤水分运移的实验设备；
30、所述实验方法包括非塌陷区土壤水分运移模拟方法和塌陷区土壤水分运移模拟方法；
31、其中，所述非塌陷区土壤水分运移模拟方法包括：
32、s11：通过托板驱动机构将升降托板调整至初始状态；
33、s12：向观察箱中分层铺设土壤层并夯实；
34、s13：利用喷淋装置从观察箱的顶部向下喷示踪水，并开始计时；
35、s14：当有水滴落蓄水槽中时停止计时，得到渗入时间t10；
36、s15：统计注水量和未渗入土壤层中的未渗入水量，得到土壤最大持水量q10；
37、s16：计算得出非塌陷区土壤的入渗速率v10＝q10/t10；
38、所述塌陷区土壤水分运移模拟方法包括：
39、s21：通过托板驱动机构将升降托板调整至初始状态；
40、s22：向观察箱中分层铺设土壤层并夯实；
41、s23：通过托板驱动机构将升降托板下降至预设位置，两块活动板向下倾斜摆动，且两块活动板的端部分离，土壤层向下塌陷；
42、s24：利用喷淋装置从观察箱的顶部向下喷示踪水，并开始计时；
43、s25：当有水滴落蓄水槽中时停止计时，得到渗入时间t20；
44、s26：统计注水量和未渗入土壤层中的未渗入水量，得到土壤最大持水量q20；
45、s27：计算得出非塌陷区土壤的入渗速率v20＝q20/t20。
46、在其中一项可选技术方案中，步骤s12中包括：
47、通过压板下压土壤层，压板的压力为f10，渗入时间为t11，土壤最大持水量q11，则入渗速率v11＝q11/t11；
48、步骤s22中包括：
49、通过压板下压土壤层，压板的压力为f20，渗入时间为t21，土壤最大持水量q21，则入渗速率v21＝q21/t21。
50、在其中一项可选技术方案中，步骤s23中包括：托板驱动机构匀速带动升降托板下降至预设位置，模拟土壤层匀速塌陷形成塌陷区，其中渗入时间为t22，土壤最大持水量q22，则入渗速率v22＝q22/t22；和/或，
51、托板驱动机构迅速带动升降托板下降至预设位置，模拟土壤层快速塌陷形成塌陷区，其中渗入时间为t23，土壤最大持水量q23，则入渗速率v23＝q23/t23。
52、在其中一项可选技术方案中，步骤s23中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，包括蓄水槽、安装在所述蓄水槽上的观察箱、安装在观察箱的顶部的喷淋装置和安装在所述观察箱中的土壤塌陷模拟装置；
2.根据权利要求1所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，所述活动板包括能够弯曲的弹性板、连接在所述弹性板的一端的第一连接板和连接在所述弹性板的另一端的第二连接板；
3.根据权利要求2所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，所述弹性板中沿着长度方向间隔地布置多个气囊，所述流水孔处于两个所述气囊之间；
5.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，在所述底板与每块所述固定板之间连接有支撑板，所述支撑板的内侧连接有用于将水导向所述底板通孔的导水板。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，所述观察箱中上下间隔地布置有多排水位传感器。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，所述观察
8.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，所述观察箱中配置有加压装置；
9.一种模拟土壤水分运移的实验方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的模拟土壤水分运移的实验设备；
10.根据权利要求9所述的模拟土壤水分运移的实验方法，其特征在于，步骤S12中包括：
11.根据权利要求9所述的模拟土壤水分运移的实验方法，其特征在于，步骤S23中包括：托板驱动机构匀速带动升降托板下降至预设位置，模拟土壤层匀速塌陷形成塌陷区，其中渗入时间为t22，土壤最大持水量Q22，则入渗速率V22＝Q22/t22；和/或，
12.根据权利要求9所述的模拟土壤水分运移的实验方法，其特征在于，步骤S23中包括：
13.根据权利要求9所述的模拟土壤水分运移的实验方法，其特征在于，步骤S23中包括：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，包括蓄水槽、安装在所述蓄水槽上的观察箱、安装在观察箱的顶部的喷淋装置和安装在所述观察箱中的土壤塌陷模拟装置；
2.根据权利要求1所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，所述活动板包括能够弯曲的弹性板、连接在所述弹性板的一端的第一连接板和连接在所述弹性板的另一端的第二连接板；
3.根据权利要求2所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，所述弹性板中沿着长度方向间隔地布置多个气囊，所述流水孔处于两个所述气囊之间；
5.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，在所述底板与每块所述固定板之间连接有支撑板，所述支撑板的内侧连接有用于将水导向所述底板通孔的导水板。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的模拟土壤水分运移的实验设备，其特征在于，所述观察箱中上下间隔地布置有多排水位传感器。
【专利技术属性】
技术研发人员：白璐，张凯，邢朕国，杨英明，张伟龙，
申请(专利权)人：国能神东煤炭集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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