本發(fā)明屬于工程堆積體試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種野外模擬工程堆積體水土流失試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的工程堆積體作為人為水土流失最為嚴(yán)重的地貌單元，已引起人們的廣泛關(guān)注(史東梅等，不同土石比的工程堆積體邊坡徑流侵蝕過(guò)程[j]《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2015(17):152-161.)。由于土壤類(lèi)型和結(jié)構(gòu)的不同，在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中形成的大型工程堆積體還存在著滑坡、塌方等嚴(yán)重的安全隱患?，F(xiàn)有水土流失試驗(yàn)技術(shù)中，主要采用傳統(tǒng)的二維坡面徑流小區(qū)來(lái)對(duì)野外的工程堆積體進(jìn)行模擬觀測(cè)。傳統(tǒng)的徑流小區(qū)通常為人工修筑的具有一定坡度和深度的長(zhǎng)方體小區(qū)，其表層的承雨面為平坦的二維矩形坡面，而由于特殊的形成過(guò)程，工程堆積體的表層承雨面多為有一定弧度和曲率的錐狀坡面，有著特定的三維立體形態(tài)，形態(tài)的差異必然會(huì)對(duì)坡面徑流產(chǎn)沙規(guī)律產(chǎn)生影響(趙暄等，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目棄土堆置體的類(lèi)型與特征[j]《中國(guó)水土保持科學(xué)》2013(01):88-94.)。因此利用傳統(tǒng)坡面徑流小區(qū)不能準(zhǔn)確地模擬真實(shí)的工程堆積體，無(wú)法真實(shí)地反映出工程堆積體的徑流產(chǎn)沙特征；且傳統(tǒng)徑流小區(qū)形成的堆積體無(wú)法模擬野外真實(shí)工程堆積體發(fā)生滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害的過(guò)程，致使無(wú)法準(zhǔn)確的確定工程堆積體發(fā)生滑坡、塌方的臨界條件和有效防治措施。

綜上所述，現(xiàn)有的水土流失試驗(yàn)技術(shù)不能準(zhǔn)確模擬真實(shí)工程堆積體立體形態(tài)，無(wú)法精確觀測(cè)野外降雨條件下工程堆積體水土流失過(guò)程，更無(wú)法提出科學(xué)有效的防治水土流失、滑坡、塌方等災(zāi)害的方法和措施，致使工程堆積體的人為水土流失易造成生態(tài)環(huán)境的破壞，存在滑坡、塌方等災(zāi)害隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種野外模擬工程堆積體水土流失試驗(yàn)裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中水土流失試驗(yàn)不能準(zhǔn)確模擬真實(shí)工程堆積體立體形態(tài)，無(wú)法觀測(cè)野外降雨條件下工程堆積體水土流失過(guò)程的問(wèn)題，從而提出科學(xué)有效的防治水土流失、滑坡、塌方等災(zāi)害的方法和措施。

本發(fā)明提出的一種野外模擬工程堆積體水土流失試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括堆積臺(tái)和支撐架；

所述堆積臺(tái)為圓錐狀，用于放置堆積物，表面有棱狀凸起，用于增大堆積臺(tái)表面的摩擦力；堆積臺(tái)的圓錐面與地面夾角α為15～35°，優(yōu)選30～33°；堆積臺(tái)按正投影劃分為2～4個(gè)堆積區(qū)呈扇形，每個(gè)堆積區(qū)自上而下劃分為上坡位、中坡位和下坡位；每個(gè)堆積區(qū)的頂端位于堆積臺(tái)的錐頂處，在相鄰的兩個(gè)堆積區(qū)之間設(shè)有至錐頂?shù)呐_(tái)階過(guò)道；在堆積臺(tái)表面設(shè)有若干滲流孔呈同心圓狀均勻分布，滲流孔貫穿堆積臺(tái)，堆積臺(tái)上的滲流孔設(shè)有濾網(wǎng)，能避免固體物進(jìn)入滲流管；每個(gè)堆積區(qū)設(shè)有滲流集水系統(tǒng)和徑流集水系統(tǒng)；

所述的支撐架位于堆積臺(tái)下方，用于支撐堆積臺(tái)，支撐架由鋼架及貼附其外圍的擋板搭建而成，或由建筑材料堆砌而成，使堆積臺(tái)下方的空間構(gòu)成試驗(yàn)工作室，用于放置相關(guān)儀器設(shè)備及附屬物品；在支撐架側(cè)面開(kāi)有出入口，便于試驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集和試驗(yàn)樣品的處理。

所述滲流集水系統(tǒng)按照堆積區(qū)的上坡位、中坡位和下坡位分為三個(gè)集流單元，使不同坡位的下滲水流分別收集，集流單元包括滲流管、導(dǎo)流管和集流管；所述的滲流管有若干，固定貼附于堆積臺(tái)下方側(cè)呈徑向布置，滲流管上的滲流孔與堆積臺(tái)上的滲流孔對(duì)應(yīng)連通，用于收集堆積物的下滲水流，若干滲流管的出水端與導(dǎo)流管連通；所述的導(dǎo)流管固定貼附于堆積臺(tái)下方側(cè)，導(dǎo)流管的出水端與集流管連通；集流管豎直向下通向收集容器；使得滲流管將下滲水流通過(guò)導(dǎo)流管輸導(dǎo)至集流管，再由收集容器收集。

所述的徑流集水系統(tǒng)包括集流槽和蓄水池，集流槽沿堆積區(qū)的下邊緣設(shè)置，集流槽通過(guò)出水口與蓄水池連通，集流槽和出水口表面光滑、不攔掛泥沙；使得堆積區(qū)坡面的徑流及泥沙通過(guò)集流槽能夠全部輸至蓄水池。

本發(fā)明的特征還在于：所述堆積臺(tái)的劃分優(yōu)化為4個(gè)堆積區(qū)；所述出水口兩側(cè)的集流槽向出水口處傾斜，傾斜角度不小于5度。

本發(fā)明的特征還有：在所述的蓄水池底部設(shè)有排泄口，以便觀測(cè)結(jié)束后徑流泥沙的排出；為防止徑流流量超出蓄水池容積，在蓄水池外側(cè)設(shè)有分流池，用于收集溢出的徑流，蓄水池通過(guò)池壁上的分流孔與分流池連通；在蓄水池和分流池上設(shè)有蓋板，能避免外部雨水進(jìn)入，影響試驗(yàn)結(jié)果。

本發(fā)明野外模擬工程堆積體水土流失試驗(yàn)裝置的使用方法：按土壤的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)及坡度要求，分別在各堆積區(qū)上進(jìn)行堆積物(土壤)的堆積，達(dá)到試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求；降雨開(kāi)始后，雨水一部分滲入土壤通過(guò)滲流集水系統(tǒng)被收集容器收集，另一部分在坡面形成徑流攜帶泥沙通過(guò)徑流集水系統(tǒng)收集在蓄水池；雨后，通過(guò)對(duì)滲流和徑流的流量與速度及泥沙量等相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量處理，得到的相關(guān)參數(shù)能夠更加準(zhǔn)確的反映堆積體的徑流、產(chǎn)沙特征。使得本發(fā)明能夠真實(shí)模擬野外工程堆積體的三維立體形態(tài)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：由于本發(fā)明裝置設(shè)有多個(gè)堆積區(qū)，可同時(shí)開(kāi)展多個(gè)相同或不同堆積物質(zhì)的堆積體水土流失試驗(yàn)，不僅便于同步進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)和對(duì)比試驗(yàn)，也便于試驗(yàn)人員通過(guò)過(guò)道對(duì)堆積體徑流的流速、流深、細(xì)溝形態(tài)等坡面侵蝕參數(shù)的近距離觀測(cè)；而試驗(yàn)工作室更便于試驗(yàn)人員就地及時(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析處理。本發(fā)明裝置并具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、測(cè)定方便、重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，能夠模擬野外工程堆積體現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，滿(mǎn)足野外的長(zhǎng)期觀測(cè)要求，所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為真實(shí)，為工程堆積體造成的人為水土流失、滑坡、塌方等災(zāi)害的科學(xué)防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而消除工程堆積體對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)俯視圖，圖2為圖1中a-a向剖視圖。圖中，1-堆積臺(tái)，2-過(guò)道，3-集流槽，4-出水口，5-蓄水池，6-分流池，7-滲流孔，8-滲流管，9-導(dǎo)流管，10-集流管，11-試驗(yàn)工作室，12-棱狀凸起，13-蓋板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。

參見(jiàn)附圖，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的野外模擬工程堆積體水土流失試驗(yàn)裝置中，支撐架由鋼架及擋板搭建和/或由建筑材料堆砌形成；在支撐架上架設(shè)4塊扇形鋼筋水泥預(yù)制板(也可采用鋼板結(jié)構(gòu))組合筑成堆積臺(tái)，在兩預(yù)制板之間搭設(shè)臺(tái)階過(guò)道(可以采用木結(jié)構(gòu)、或鋼板結(jié)構(gòu)、或鋼筋水泥預(yù)制板)；堆積臺(tái)上面為4個(gè)堆積區(qū)，下方形成試驗(yàn)工作室。各預(yù)制板上設(shè)置滲流孔，每個(gè)堆積區(qū)按上坡位、中坡位和下坡位分為三個(gè)單元，將滲流管和導(dǎo)流管按三個(gè)單元固定貼附于預(yù)制板下方一側(cè)，并使?jié)B流管上的滲流孔與預(yù)制板上的滲流孔對(duì)應(yīng)連通；將滲流管的出水端與導(dǎo)流管連通，在兩個(gè)導(dǎo)流管的交點(diǎn)處(出水端)連通集流管，并在集流管下方設(shè)置收集容器，形成滲流集水系統(tǒng)。在堆積區(qū)下緣設(shè)置集流槽(可采用鐵皮或水泥)，在集流槽中部向外開(kāi)設(shè)出水口與蓄水池連通，蓄水池和分流池采用水泥預(yù)制板制作，形成徑流集水系統(tǒng)。

如圖1所示，堆積臺(tái)分為4個(gè)堆積區(qū)，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的坡度和厚度將堆積物質(zhì)堆置于堆積區(qū)之上，由于棱狀凸起使堆積物能穩(wěn)定的堆置，形成工程堆積體；臺(tái)階過(guò)道把4個(gè)堆積區(qū)隔離，可同時(shí)堆置4個(gè)不同的工程堆積體。

參見(jiàn)圖1和圖2，降雨開(kāi)始后，坡面形成徑流攜泥沙流入集流槽，通過(guò)出水口將徑流和泥沙輸導(dǎo)至蓄水池，超出蓄水池容積的徑流由分流孔輸導(dǎo)至分流池；同時(shí)，坡面入滲的水流通過(guò)滲流孔到滲流管，再通過(guò)導(dǎo)流管將滲流輸導(dǎo)至集流管，由收集容器收集。在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)人員可以在臺(tái)階過(guò)道上對(duì)水土流失過(guò)程進(jìn)行近距離觀察，并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量；同時(shí)，試驗(yàn)人員可以在試驗(yàn)工作室采集滲流數(shù)據(jù)，并對(duì)徑流和泥沙樣品進(jìn)行處理。

需要說(shuō)明的是，堆積物的堆置可采用人工或機(jī)械的方式進(jìn)行，一次堆置作業(yè)后可用于長(zhǎng)期觀測(cè)；4個(gè)堆積區(qū)可同時(shí)模擬四種不同的工程堆積體，便于進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)和對(duì)比試驗(yàn)。另外，由于降雨量的不同，并非每次降雨都有滲水水流的收集，也并非每次降雨都有徑流和泥沙的收集。