一種量測(cè)土壤毛細(xì)水上升高度試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種試驗(yàn)裝置，尤其涉及一種用于量測(cè)土壤毛細(xì)水上升高度的試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]地面以下至潛水面的區(qū)域，是固、液、氣三相同時(shí)存在的復(fù)雜系統(tǒng)。在該區(qū)域，地下水受土粒間孔隙的毛細(xì)作用上升的水分為毛細(xì)水，毛細(xì)水受到水與空氣交界面處表面張力作用。S行數(shù)復(fù)雜過程中，分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙，在物理學(xué)上可以視為形狀不一，直徑各異，彼此連通的毛細(xì)管。
[0003]由于土壤的種類不同，土壤中毛細(xì)水上升高度受到土壤的粒徑、孔隙的大小和分布、溫度、滲透系數(shù)、含鹽種類等的影響，無法直觀、準(zhǔn)確的確定天然土層的毛細(xì)水上升高度。毛細(xì)水是包氣帶水的重要組成部分，其上升高度直接關(guān)系到當(dāng)?shù)氐乃沫h(huán)境。當(dāng)?shù)叵滤宦癫睾苌顣r(shí)，毛細(xì)水可能永遠(yuǎn)無法上升至地表；地下水位埋深較淺時(shí)，易引起潮濕、凍脹、翻漿、鹽漬化、裂縫、沉陷、降水后發(fā)生溶淋而泥濘。毛細(xì)水上升高度不合理時(shí)，會(huì)危害農(nóng)業(yè)、交通鐵路運(yùn)輸業(yè)、建筑業(yè)等，因此存在巨大的現(xiàn)實(shí)需要研宄各種氣溫條件、不同地區(qū)、質(zhì)地各異土壤的毛細(xì)水上升高度。
[0004]針對(duì)上述問題，本領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展了若干室內(nèi)試驗(yàn)法測(cè)試一個(gè)地區(qū)土壤的毛細(xì)水上升高度，常用的行之有效的方法是豎管法，但已有的此類方法的缺陷在于每次只能固定一個(gè)條件、測(cè)試一種樣品。在面臨測(cè)試不同土質(zhì)的毛細(xì)水上升高度時(shí)，需要分批次進(jìn)行，整個(gè)測(cè)試過程耗費(fèi)時(shí)間，人力和物力成本都很高，無法廣泛適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的需要，本實(shí)用新型公開了一種量測(cè)土壤毛細(xì)水上升高度試驗(yàn)裝置，通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了多種土樣、溫度等條件下同時(shí)進(jìn)行多組土壤的毛細(xì)水上升高度和速率的測(cè)試工作，且整個(gè)測(cè)試過程直觀形象，易于操作。
[0006]具體的說，本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種量測(cè)土壤毛細(xì)水上升高度試驗(yàn)裝置，包括安裝在底座上的溫控等水位循環(huán)水槽，用于為土壤樣品提供溫度恒定的水；支撐架，其下端連接于溫控等水位循環(huán)水槽，上端連接有至少一個(gè)固定支架；固定支架上設(shè)有供土柱穿過并固定的孔；土柱，用于裝納土壤樣品。
[0008]通過上述結(jié)構(gòu)，可以在不同的固定支架上掛載多組容納不同土壤樣品的土柱，利用溫控等水位循環(huán)水槽為這些土壤樣品提供溫度恒定的潤(rùn)濕水，研宄水在不同土壤樣品中在水土接觸后受到彼此間產(chǎn)生的毛細(xì)力或吸附力作用下沿著孔隙上升的上升高度(直到液體的重力與毛細(xì)上升力平衡。此時(shí)液體上升的最大高度為土壤的毛細(xì)上升高度)。
[0009]為了適用于不同的土柱類型，所述支撐架為伸縮支撐架。
[0010]為了提高產(chǎn)品的耐用性，通常上述支撐架采用金屬材質(zhì)或者合金材質(zhì)，優(yōu)選為不銹鋼材質(zhì)制成。
[0011]在本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置中，可以通過多種方式將支撐架固定。優(yōu)選的，所述支撐架的一端為螺紋結(jié)構(gòu)，另一端為螺釘結(jié)構(gòu)；在溫控等水位循環(huán)水槽的中央設(shè)有空心圓柱，支撐架下端固定連接于空心圓柱中。
[0012]通過上述方式，便于更換不同規(guī)格的支撐架。
[0013]本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置，所述溫控等水位循環(huán)水槽可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)為所需形狀。為了保證掛載多個(gè)土柱時(shí)候的穩(wěn)定性，優(yōu)選為圓柱形，且由溢流板分成內(nèi)圈的供水腔和外圈的溢流腔，供水腔通過輸水管道連接至供水箱，輸水管道浸入到充滿水的加熱箱中；溢流腔底部設(shè)置排水孔，排水孔通過出水管道連接至供水箱；管道上設(shè)置有蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)水循環(huán)。
[0014]通過上述方式，固定支架可以沿著支撐架環(huán)形分布，整個(gè)裝置不容易產(chǎn)生側(cè)面傾斜；使用上述的供水系統(tǒng)，一方面保證了能夠穩(wěn)定向水槽中提供所需溫度的恒溫水，另一方面也能快速調(diào)節(jié)水量。
[0015]為了更好的控制溫度，保證水溫恒定，供水腔底部設(shè)有溫控加熱棒。
[0016]在本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置中，所述土柱下端由玻璃棉封閉。
[0017]為了能夠直觀、快速得知水上升的高度，所述土柱為表面刻有刻度的管。
[0018]為了能夠?qū)崟r(shí)掌握水溫的變化，供水腔中還設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器連接至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]在所述附圖中，各數(shù)字含義如下:1_底座、2-溫控等水位循環(huán)水槽、21-供水腔、22-溢流板、23-溢流腔、24-空心圓柱、3-支撐架、4-固定支架、5-土柱、51-土壤樣品、52-玻璃棉、61-加熱箱、62-蠕動(dòng)泵、63-供水箱。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步說明。在下述實(shí)施中，申請(qǐng)人對(duì)本實(shí)用新型試驗(yàn)裝置的大小、材質(zhì)、形狀、數(shù)量等進(jìn)行了詳盡的說明，這僅僅是示意性的，并不構(gòu)成特別限定，所提供的附圖也非按比例繪制。本領(lǐng)域技術(shù)人員在理解和掌握本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的基礎(chǔ)上，對(duì)其所進(jìn)行的改進(jìn)依舊屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0022]參考圖1所示，本實(shí)用新型的試驗(yàn)裝置，主要由如下結(jié)構(gòu)部件組成:
[0023]安裝在底座I上的溫控等水位循環(huán)水槽2，為高200mm、直徑700mm的圓柱型水槽，水槽厚10mm，由厚10mm、高250mm的溢流板22分成供水腔21和溢流腔23。
[0024]水槽中央設(shè)有直徑80mm、高250mm的圓柱24，圓柱中間為直徑60mm、高120mm空心結(jié)構(gòu)，在該空心結(jié)構(gòu)中固定有直徑60_、高600_的不銹鋼材質(zhì)伸縮支撐架3，支撐架3的一端為50mm螺紋結(jié)構(gòu)，另一端為長(zhǎng)50mm螺釘結(jié)構(gòu)。
[0025]在支撐架3本體上安裝有多個(gè)通過螺栓與伸縮支撐架相連的長(zhǎng)度為500mm的固定支架4，可以自行調(diào)整安裝高度.
[0026]固定支架上均設(shè)有圓孔，用于穿過和固定直徑30mm壁厚3mm的PVC塑料管土柱5，土柱5中裝納有待測(cè)試的土壤樣品51，且下端用玻璃棉52封閉。
[0027]本實(shí)用新型的裝置，水槽的供水系統(tǒng)為為供水箱63，供水箱的規(guī)格為200mmX 200mmX 200mm，厚1mm的PVC材料箱體，通過定流量的蠕動(dòng)泵52給實(shí)驗(yàn)供水。溢流腔底部設(shè)置排水孔，與蠕動(dòng)泵連接，將多余的水循環(huán)至供水箱。
[0028]其中，在水流管路上設(shè)有加熱箱61為水加熱至所需溫度，該加熱箱的規(guī)格為50mmX50mmX300mm，厚1mm的PVC材料箱體，加熱箱底部放置溫控加熱棒，加熱箱中充滿水。將蠕動(dòng)泵的水管放置于加熱箱中。通過水箱中的熱水加熱蠕動(dòng)泵中的水。
[0029]為了更好的控制溫度，供水腔底部也放置溫控加熱棒，當(dāng)達(dá)到設(shè)置溫度后，加熱棒為恒溫狀態(tài)。
[0030]同時(shí)，在供水腔中還安置有溫度傳感器，通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集供水腔中的水溫信息。
[0031]本實(shí)用新型的裝置工作原理為:土柱置于供水腔前，土壤為原始狀態(tài)；試驗(yàn)開始后，水從土柱底部上升，最終達(dá)到穩(wěn)定的上升高度，此高度即毛細(xì)水上升高度。記錄毛細(xì)水上升到一定高度h和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，毛細(xì)水上升速率V = h/t。
[0032]本試驗(yàn)裝置的操作步驟為:準(zhǔn)確稱取一定量的土壤裝入土柱后不斷振動(dòng)，直到土壤填充高度不再降低為止，下端用玻璃棉(用濕潤(rùn)液體侵泡并煮過)封好；蠕動(dòng)泵的水管一頭放置于供水箱，另一頭放置于供水腔中；用一根排水管連接溢流腔底部的排水孔和供水箱；灌水后將蠕動(dòng)泵為供水腔灌水的水管放置于加熱箱的水中，當(dāng)水灌滿后，打開加熱設(shè)備直到供水腔達(dá)到目標(biāo)溫度；將固定支架調(diào)整到土柱剛好深入供水腔2mm處，固定土柱，記錄開始時(shí)間t0，同時(shí)記錄毛細(xì)水上升的高度變化hl，h2，h3，h4，h5和對(duì)應(yīng)時(shí)間tl，t2，t3，t4，t5。觀察溶液在土柱中上升的高度穩(wěn)定時(shí)，即測(cè)得該土壤的毛細(xì)水上升高度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種量測(cè)土壤毛細(xì)水上升高度試驗(yàn)裝置，其特征在于包括安裝在底座上的溫控等水位循環(huán)水槽，用于為土壤樣品提供溫度恒定的水；支撐架，其下端連接于溫控等水位循環(huán)水槽，上端連接有至少一個(gè)固定支架；固定支架上設(shè)有供土柱穿過并固定的孔；土柱，用于裝納土壤樣品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述支撐架為伸縮支撐架。3.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述支撐架的一端為螺紋結(jié)構(gòu)，另一端為螺釘結(jié)構(gòu)；在溫控等水位循環(huán)水槽的中央設(shè)有空心圓柱，支撐架下端固定連接于空心圓柱中。4.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述溫控等水位循環(huán)水槽為圓柱形，由溢流板分成內(nèi)圈的供水腔和外圈的溢流腔，供水腔通過輸水管道連接至供水箱，輸水管道浸入到充滿水的加熱箱中；溢流腔底部設(shè)置排水孔，排水孔通過出水管道連接至供水箱；管道上設(shè)置有蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)水循環(huán)。5.根據(jù)權(quán)利要求4的所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于供水腔底部設(shè)有溫控加熱棒。6.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述土柱下端由玻璃棉封閉。7.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述土柱為表面刻有刻度的管。8.根據(jù)權(quán)利要求1的所述的試驗(yàn)裝置，其特征在于供水腔中還設(shè)有溫度傳感器，所述溫度傳感器連接至計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種量測(cè)土壤毛細(xì)水上升高度試驗(yàn)裝置，包括安裝在底座上的溫控等水位循環(huán)水槽，用于為土壤樣品提供溫度恒定的水；支撐架，其下端連接于溫控等水位循環(huán)水槽，上端連接有至少一個(gè)固定支架；固定支架上設(shè)有供土柱穿過并固定的孔；土柱，用于裝納土壤樣品。本實(shí)用新型公開的試驗(yàn)裝置能夠清晰、直觀展現(xiàn)土壤中毛細(xì)水的運(yùn)動(dòng)過程和特征，測(cè)量各種質(zhì)地土壤的毛細(xì)水上升高度。
【IPC分類】G01N15/08
【公開號(hào)】CN204694602
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520417239
【發(fā)明人】許模, 凌睿雯, 肖先煊, 康小兵, 王在敏, 張強(qiáng), 漆繼紅, 楊艷娜, 夏強(qiáng)
【申請(qǐng)人】成都理工大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年6月17日