顯不器； 13-6-第一繼電器；
[0077] 13-7-第二電磁閥驅(qū)動器； 13-8 一第二繼電器；
[0078] 13-9-加熱制冷驅(qū)動控制電路； 33-土壤溫濕度傳感器。
【具體實施方式】
[0079] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的黃土水分迀移規(guī)律室內(nèi)模擬系統(tǒng)，包括室內(nèi)模擬系統(tǒng) 箱體1、黃土水分迀移規(guī)律特征參數(shù)測量系統(tǒng)和試驗數(shù)據(jù)采集及控制器13,以及設(shè)置在室 內(nèi)模擬系統(tǒng)箱體1內(nèi)部的冷熱一體機7、降雨模擬系統(tǒng)和地質(zhì)模型系統(tǒng)；
[0080] 如圖1和圖2所示，所述降雨模擬系統(tǒng)包括嵌入安裝在室內(nèi)模擬系統(tǒng)箱體1頂部 的降雨槽2-4和設(shè)置在降雨槽2-4底部的圓形降雨孔2-3,所述降雨槽2-4的頂部設(shè)置有降 雨槽內(nèi)壓力控制管2-1和與外部水源連接的進水管2-2,所述進水管2-2上設(shè)置有進水電磁 閥2-5、進水水栗2-6和用于對降雨量進行實時檢測的第一流量傳感器2-11，所述降雨槽內(nèi) 壓力控制管2-1上設(shè)置有壓力控制電磁閥2-7和壓力傳感器2-8,所述降雨槽內(nèi)壓力控制管 2-1的端部連接有空氣壓縮機2-9,所述降雨槽2-4的頂部內(nèi)壁上設(shè)置有用于對降雨槽2-4 的水位進行實時檢測的水位傳感器2-10,所述降雨孔2-3的直徑為0. 5_~Imm ;具體實施 時，所述水位傳感器2-10為超聲波水位傳感器；
[0081] 如圖1、圖2和圖3所示，所述地質(zhì)模型系統(tǒng)包括底座6和通過多個千斤頂5支撐 安裝在底座6上的地質(zhì)模型槽4,所述地質(zhì)模型槽4的底部設(shè)置有用于在地質(zhì)模型槽4內(nèi)底 部形成儲水空間的經(jīng)煒格柵板4-2,所述經(jīng)煒格柵板4-2上設(shè)置有多個出水孔洞，所述經(jīng)煒 格柵板4-2的頂部設(shè)置有陶土板4-3,所述陶土板4-3的四周邊沿均與地質(zhì)模型槽4內(nèi)壁粘 接，所述陶土板4-3的頂部用于放置試驗土樣4-1，所述試驗土樣4-1內(nèi)埋設(shè)有多個串聯(lián)的 用于對試驗土樣4-1進行加熱或制冷的半導體加熱制冷片4-4 ;具體實施時，所述千斤頂5 的數(shù)量為三個；使用時，通過調(diào)節(jié)多個千斤頂5的高度，能夠?qū)崿F(xiàn)不同坡度的工況模擬。 [0082] 如圖1所示，所述黃土水分迀移規(guī)律特征參數(shù)測量系統(tǒng)包括土壤溫度及含水率測 量系統(tǒng)、降雨徑流量測量系統(tǒng)和降雨出滲量測量系統(tǒng)，所述土壤溫度及含水率測量系統(tǒng)包 括分多層埋設(shè)在試驗土樣4-1內(nèi)的多個土壤溫濕度傳感器33,每層所述土壤溫濕度傳感器 33的數(shù)量均為多個，各層中多個所述土壤溫濕度傳感器33呈正方形網(wǎng)格均勻布設(shè)，多層中 相鄰兩層的多個所述土壤溫濕度傳感器33均按相等間距上下相對布設(shè)；所述降雨徑流量 測量系統(tǒng)包括降雨徑流量測量量杯11和設(shè)置在地質(zhì)模型槽4側(cè)面的多個降雨徑流量測量 孔，以及連接在所述降雨徑流量測量孔上的降雨徑流量測量分管10-1和與降雨徑流量測 量分管10-1連接并接入降雨徑流量測量量杯11內(nèi)的降雨徑流量測量總管10-2 ;所述降雨 出滲量測量系統(tǒng)包括降雨出滲量測量量杯12和設(shè)置在地質(zhì)模型槽4底面上的多個降雨出 滲量測量孔，以及連接在所述降雨出滲量測量孔上的降雨出滲量測量分管10-3和與降雨 出滲量測量分管10-3連接并接入降雨出滲量測量量杯12內(nèi)的降雨出滲量測量總管10-4 ; 所述降雨徑流量測量總管10-2上設(shè)置有用于對未滲入試驗土樣4-1內(nèi)的水流量進行實時 檢測的第二流量傳感器9 ;
[0083] 如圖1和圖4所示，所述試驗數(shù)據(jù)采集及控制器13包括微控制器13-1和與微控 制器13-1相接且用于與計算機8連接的串口通信電路13-2,所述微控制器13-1的輸入端 接有按鍵操作電路13-3,所述微控制器13-1的輸出端接有液晶顯示器13-5、用于驅(qū)動進水 電磁閥2-5的第一電磁閥驅(qū)動器13-4、用于驅(qū)動壓力控制電磁閥2-7的第二電磁閥驅(qū)動器 13-7、用于對進水水栗2-6的通斷電進行控制的第一繼電器13-6、用于對空氣壓縮機2-9 的通斷電進行控制的第二繼電器13-8和用于驅(qū)動控制多個串聯(lián)的半導體加熱制冷片4-4 的加熱制冷驅(qū)動控制電路13-9,所述進水電磁閥2-5與第一電磁閥驅(qū)動器13-4的輸出端 連接，所述壓力控制電磁閥2-7與第二電磁閥驅(qū)動器13-7的輸出端連接，所述第一繼電器 13-6串聯(lián)在進水水栗2-6的供電回路中，所述第二繼電器13-8串聯(lián)在空氣壓縮機2-9的供 電回路中，所述半導體加熱制冷片4-4與加熱制冷驅(qū)動控制電路13-9的輸出端連接，所述 第一流量傳感器2-11、水位傳感器2-10、壓力傳感器2-8、第二流量傳感器9和多個土壤溫 濕度傳感器33均與微控制器13-1的輸入端連接。
[0084] 本實施例中，所述降雨槽2-4的側(cè)壁上設(shè)置有雨量刻度。這樣方便了人工讀取降 雨量。
[0085] 如圖3所示，本實施例中，各層中多個所述土壤溫濕度傳感器33呈ImX Im的正方 形網(wǎng)格均勻布設(shè)，多層中相鄰兩層的多個所述土壤溫濕度傳感器33均按0. 5m的相等間距 上下相對布設(shè)。
[0086] 如圖5所示，本實施例中，所述加熱制冷驅(qū)動控制電路13-9包括光耦隔離芯片 TLP521-1、運算放大器芯片TL084、繼電器KU三極管Q1、二極管D1、電阻Rl和電阻R10， 所述光耦隔離芯片TLP521-1的第1引腳與+5V電源的輸出端連接，所述光耦隔離芯片 TLP521-1的第2引腳與電阻Rl的一端連接，所述電阻Rl的另一端為加熱制冷驅(qū)動控制電 路13-9的第一輸入端IN1，所述光耦隔離芯片TLP521-1的第4引腳與+12V電源的輸出端 連接，所述運算放大器芯片TL084的第3引腳通過串聯(lián)的電阻R3和電阻R2與光耦隔離芯 片TLP521-1的第4引腳連接，且通過電阻R4接地，所述光耦隔離芯片TLP521-1的第3引 腳與電阻R3和電阻R2的連接端相接，所述運算放大器芯片TL084的第2引腳通過電阻R5 接地，且通過電阻R7與運算放大器芯片TL084的第1引腳相接，所述運算放大器芯片TL084 的第5引腳通過電阻R6與運算放大器芯片TL084的第1引腳相接，所述運算放大器芯片 TL084的第6引腳通過電阻R9與運算放大器芯片TL084的第7引腳相接，且通過電阻R8接 地；所述繼電器Kl的線圈的一端和二極管Dl的陰極均與+12V電源的輸出端連接，所述繼 電器Kl的線圈的另一端和二極管Dl的陽極均與三極管Ql的集電極相接，所述繼電器Kl 的常開觸點與所述運算放大器芯片TL084的第7引腳相接，所述繼電器Kl的常閉觸點與所 述運算放大器芯片TL084的第1引腳相接，所述繼電器Kl的公共觸點為加熱制冷驅(qū)動控制 電路13-9的輸出端0UT，所述三極管Ql的發(fā)射極接地，所述三極管Ql的基極與電阻RlO的 一端相接，所述電阻RlO的另一端為加熱制冷驅(qū)動控制電路13-9的第二輸入端IN2 ;所述 加熱制冷驅(qū)動控制電路13-9的第一輸入端INl和第二輸入端IN2均與微控制器13-1的輸 出端連接，多個串聯(lián)后的所述半導體加熱制冷片4-4與加熱制冷驅(qū)動控制電路13-9的輸出 端OUT連接。
[0087] 如圖6所示，本發(fā)明的黃土水分迀移規(guī)律特征參數(shù)測定方法，包括以下步驟：
[0088] 步驟一、構(gòu)建地質(zhì)模型：操作多個千斤頂5,使地質(zhì)模型槽4處于水平放置后將試 驗土樣4-1分層填裝到地質(zhì)模型槽4內(nèi)陶土板4-3的頂部，并進行土樣夯擊填筑；然后，再 操作多個千斤頂5,調(diào)整地質(zhì)模型槽4的坡度為試驗坡度；
[0089] 步驟二、準備降雨模擬系統(tǒng)：操作計算機8,啟動準備降雨模擬系統(tǒng)模式，計算機8 通過串口通信電路13-2發(fā)送準備降雨模擬系統(tǒng)的信號給微控制器13-1，微控制器13-1控 制第一繼電器13-6接通進水水栗2-6的供電回路，并通過第一電磁閥驅(qū)動器13-4驅(qū)動進 水電磁閥2-5打開，進水水栗2-6啟動，所述外部水源流出的水通過進水管2-2流入降雨槽 2-4內(nèi)，所述水位傳感器2-10對降雨槽2-4內(nèi)的水位進行實時檢測并將檢測到的信號輸出 給微控制器13-1，微控制器13-1將其接收到的水位檢測值與預先通過操作按鍵操作電路 13-3設(shè)定的水位設(shè)定值進行比對，當水位檢測值達到水位設(shè)定值時，微控制器13-1控制第 一繼電器13-6斷開進水水栗2-6的供電回路，并通過第一電磁閥驅(qū)動器13-4驅(qū)動進水電 磁閥2-5關(guān)閉，停止往降雨槽2-4內(nèi)注水；
[0090] 步驟三、測量降雨前試驗土樣的初始含水率：多個土壤溫濕度傳感器33分別對試 驗土樣4-1的溫度和濕度進行一次檢測并將檢測到的多個測試點處試驗土樣4-1的溫度 信號和濕度信號傳輸給微控制器13-1，微控制器13-1再將其接收到的多個測試點處試驗 土樣4-1的溫度信號和濕度信號通過串口通信電路13-2實時傳輸給計算機8,計算機8接 收并記錄多個測試點處試驗土樣4-1的溫度信號和濕度信號，并將各個測試點處試驗土樣 4-1的濕度信號記錄為各個測試點處降雨前試驗土樣的初始含水率Θ ^
[0091] 步驟四、模擬降雨：操作計算機8,啟動模擬降雨模式，計算機8通過串口通信電路 13-2發(fā)送模擬降雨的信號給微控制器13-1，微控制器13-1控制第二繼電器13-8接通空 氣壓縮機2-9的供電回路，并通過第二電磁閥驅(qū)動器13-7驅(qū)動壓力控制電磁閥2-7打開， 空氣壓縮機2-9啟動，產(chǎn)生的壓縮空氣經(jīng)過壓力控制電磁閥2-7調(diào)節(jié)壓力后通過降雨槽內(nèi) 壓力控制管2-1進入降雨槽2-4內(nèi)，將降雨槽2-4內(nèi)的水從降雨孔2-3中噴出，模擬出了降 雨；降雨模擬過程中，壓力傳感器2-8對經(jīng)過降雨槽內(nèi)壓力控制管2-1的壓縮空氣壓力進 行實時檢測并將檢測到的信號輸出給微控制器13-1，微控制器13-1將其接收到的壓力檢 測值與預先通過操作按鍵操作電路13-3設(shè)定的壓力閾值進行比對，當壓力檢測值小于壓 力閾值時，通過第二電磁閥驅(qū)動器13-7驅(qū)動壓力控制電磁閥2-7打開的開度增大，當壓力 檢測值大于壓力閾值時，通過第二電磁閥驅(qū)動器13-7驅(qū)動壓力控制電磁閥2-7打開的開度 減小，從而使經(jīng)過降雨槽內(nèi)壓力控制管2-1的壓縮空氣壓力維持在壓力閾值范圍內(nèi)；同時， 所述水位傳感器2-10對降雨槽2-4內(nèi)的水位進行實時檢測并將檢測到的信號輸出給微控 制器13-1，微控制器13-1將其接收到的水位檢測值與預先通過操作按鍵操作電路13-3設(shè) 定的水位設(shè)定值進行比對，當水位檢測值小于水位設(shè)定值時，微控制器13-1控制第一繼電 器13-6接通進水水栗2-6的供電回路，并通過第一電磁閥驅(qū)動器13-4驅(qū)動進水電磁閥2-5 打開，外部水源流出的水通過進水管2-2流入降雨槽2-4內(nèi)，當水位檢測值大于水位設(shè)定值 時，微控制器13-1控制第一繼電器13-6斷開進水水栗2-6的供電回路，并通過第一電磁閥 驅(qū)動器13-4驅(qū)動進水電磁閥2-5關(guān)閉，停止往降雨槽2-4內(nèi)注水，從而使降雨槽2-4內(nèi)水 位維持穩(wěn)定，保證了降雨過程的持續(xù)進行；模擬降雨過程中，第一流量傳感器2-11對降雨 量進行實時檢測并將檢測到的信號實時輸出給微控制器13-1，第二流量傳感器9對未滲入 試驗土樣4-1內(nèi)的水流量進行周期性檢測并將檢測到的信號輸出給微控制器13-1，微控制 器13-1將其相鄰的兩個采樣時刻接收到的未滲入試驗土樣4-1內(nèi)的水流量作差，當相鄰的 兩個采樣時刻的未滲入試驗土樣4-1內(nèi)的水流量差值小于等于Icm3時，說明達到了降雨入 滲穩(wěn)定；此時，微控制器13-1將其接收到的降雨量信號通過串口通信電路13-2實時傳輸給 計算機8,計算機8將其接收到的降雨量信號記錄為降雨入滲前期降雨入滲穩(wěn)定時的總降 雨量Qz;降雨入滲前期降雨入滲穩(wěn)定時的總降雨量Q 2的單位為cm3;
[0092] 步驟五、進行降雨入滲觀測并測量降雨入滲前期試驗土樣的谷值含水率、峰值含 水率和穩(wěn)定含水率：調(diào)節(jié)冷熱一體機7的溫度為常溫環(huán)境溫度T1，從開始模擬降雨到達到 降雨入滲穩(wěn)定的過程中，未滲入試驗土樣4-1內(nèi)的水從多個所述降雨徑流量測量孔內(nèi)流出 并經(jīng)過多根降雨徑流量測量分管10-1和降雨徑流量測量總管10-2流入降雨徑流量測量量 杯11內(nèi)；滲出試驗土樣4-1內(nèi)的水從多個所述降雨出滲量測量孔內(nèi)流出并經(jīng)過多根降雨出 滲量測量分管10-3和降雨出滲量測量總管10-4流入降雨出滲量測量量杯12內(nèi)；同時，多 個土壤溫濕度傳感器33分別對試驗土樣4-1的溫度和濕度進行周期性檢測并將檢測到的 多個測試點處試驗土樣4-1的溫度信號和濕度信號傳輸給微控制器13-1，微控制器13-1再 將其接收到的多個測試點處試驗土樣4-1的溫度信號和濕度信號通過串口通信電路13-2 實時傳輸給計算機8,計算機8接收并記錄各個采樣時刻多個測試點處試驗土樣4-1的溫度 信號和濕度信號，且對各個測試點處多個采樣時刻的濕度按照時間先后順序進行排列，當 相鄰兩個采樣時刻的濕度差值小于等于1 %時，說明該測試點處試驗土樣4-1的濕度已穩(wěn) 定，將相鄰兩個采樣時刻中后一個采樣時刻的濕度值記錄為該測試點處降雨入滲前期試驗 土樣的穩(wěn)定含水率Θ f，而且，計算機8還對各個測試點處多個采樣時刻的濕度進行從大到 小排列，并將各個測試點處排列在最前的濕度值記錄為該測試點處降雨入滲前期試驗土樣 的峰值含水率θ p，將各個測試點處排列在最后的濕度值記錄為該測試點處降雨入滲前期 試驗土樣的谷值含水率θν;而且，微控制器13-1還將其接收到的未滲入試驗土樣4-1內(nèi)的 水流量通過串口通信電路13-2傳輸給計算機8,計算機8調(diào)用流量曲線繪制模塊繪制出未 滲入試驗土樣4-1內(nèi)的水流量隨時間t變化的曲線；查看顯示在計算機8上的未滲入試驗 土樣4-1內(nèi)的水流量隨時間t變化的曲線，當未滲入試驗土樣4-1內(nèi)的水流量隨時間t變 化的曲線趨近于一條直線時，說明達到了降雨入滲穩(wěn)定，此時，查看降雨徑流量測量量杯11 內(nèi)未滲入試驗土樣4-1內(nèi)的水的量，并將該讀數(shù)記錄為降雨入滲前期的降雨徑流量Q];查 看降雨出滲量測量量杯12內(nèi)滲出試驗土樣4-1內(nèi)的水的量，并將該讀數(shù)記錄為降雨入滲前 期的降雨出滲量Q。;降雨入滲前期的降雨徑流量Q j的單位為