一种量测土壤毛细水上升高度试验装置的制造方法
一种量测土壤毛细水上升高度试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种试验装置，尤其涉及一种用于量测土壤毛细水上升高度的试验装置。
【背景技术】
[0002]地面以下至潜水面的区域，是固、液、气三相同时存在的复杂系统。在该区域，地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分为毛细水，毛细水受到水与空气交界面处表面张力作用。S行数复杂过程中，分布在土粒内部相互贯通的孔隙，在物理学上可以视为形状不一，直径各异，彼此连通的毛细管。
[0003]由于土壤的种类不同，土壤中毛细水上升高度受到土壤的粒径、孔隙的大小和分布、温度、渗透系数、含盐种类等的影响，无法直观、准确的确定天然土层的毛细水上升高度。毛细水是包气带水的重要组成部分，其上升高度直接关系到当地的水文环境。当地下水位埋藏很深时，毛细水可能永远无法上升至地表；地下水位埋深较浅时，易引起潮湿、冻胀、翻浆、盐渍化、裂缝、沉陷、降水后发生溶淋而泥泞。毛细水上升高度不合理时，会危害农业、交通铁路运输业、建筑业等，因此存在巨大的现实需要研宄各种气温条件、不同地区、质地各异土壤的毛细水上升高度。
[0004]针对上述问题，本领域已经发展了若干室内试验法测试一个地区土壤的毛细水上升高度，常用的行之有效的方法是竖管法，但已有的此类方法的缺陷在于每次只能固定一个条件、测试一种样品。在面临测试不同土质的毛细水上升高度时，需要分批次进行，整个测试过程耗费时间，人力和物力成本都很高，无法广泛适用。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的需要，本实用新型公开了一种量测土壤毛细水上升高度试验装置，通过结构改进实现了多种土样、温度等条件下同时进行多组土壤的毛细水上升高度和速率的测试工作，且整个测试过程直观形象，易于操作。
[0006]具体的说，本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0007]一种量测土壤毛细水上升高度试验装置，包括安装在底座上的温控等水位循环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的水；支撑架，其下端连接于温控等水位循环水槽，上端连接有至少一个固定支架；固定支架上设有供土柱穿过并固定的孔；土柱，用于装纳土壤样品。
[0008]通过上述结构，可以在不同的固定支架上挂载多组容纳不同土壤样品的土柱，利用温控等水位循环水槽为这些土壤样品提供温度恒定的润湿水，研宄水在不同土壤样品中在水土接触后受到彼此间产生的毛细力或吸附力作用下沿着孔隙上升的上升高度(直到液体的重力与毛细上升力平衡。此时液体上升的最大高度为土壤的毛细上升高度)。
[0009]为了适用于不同的土柱类型，所述支撑架为伸缩支撑架。
[0010]为了提高产品的耐用性，通常上述支撑架采用金属材质或者合金材质，优选为不锈钢材质制成。
[0011]在本实用新型的试验装置中，可以通过多种方式将支撑架固定。优选的，所述支撑架的一端为螺纹结构，另一端为螺钉结构；在温控等水位循环水槽的中央设有空心圆柱，支撑架下端固定连接于空心圆柱中。
[0012]通过上述方式，便于更换不同规格的支撑架。
[0013]本实用新型的试验装置，所述温控等水位循环水槽可以根据需要设计为所需形状。为了保证挂载多个土柱时候的稳定性，优选为圆柱形，且由溢流板分成内圈的供水腔和外圈的溢流腔，供水腔通过输水管道连接至供水箱，输水管道浸入到充满水的加热箱中；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过出水管道连接至供水箱；管道上设置有蠕动泵驱动水循环。
[0014]通过上述方式，固定支架可以沿着支撑架环形分布，整个装置不容易产生侧面倾斜；使用上述的供水系统，一方面保证了能够稳定向水槽中提供所需温度的恒温水，另一方面也能快速调节水量。
[0015]为了更好的控制温度，保证水温恒定，供水腔底部设有温控加热棒。
[0016]在本实用新型的试验装置中，所述土柱下端由玻璃棉封闭。
[0017]为了能够直观、快速得知水上升的高度，所述土柱为表面刻有刻度的管。
[0018]为了能够实时掌握水温的变化，供水腔中还设有温度传感器，所述温度传感器连接至计算机数据采集系统。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的试验装置结构示意图。
[0020]在所述附图中，各数字含义如下:1_底座、2-温控等水位循环水槽、21-供水腔、22-溢流板、23-溢流腔、24-空心圆柱、3-支撑架、4-固定支架、5-土柱、51-土壤样品、52-玻璃棉、61-加热箱、62-蠕动泵、63-供水箱。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型的结构进行进一步说明。在下述实施中，申请人对本实用新型试验装置的大小、材质、形状、数量等进行了详尽的说明，这仅仅是示意性的，并不构成特别限定，所提供的附图也非按比例绘制。本领域技术人员在理解和掌握本发明实质精神的基础上，对其所进行的改进依旧属于本实用新型的保护范围。
[0022]参考图1所示，本实用新型的试验装置，主要由如下结构部件组成:
[0023]安装在底座I上的温控等水位循环水槽2，为高200mm、直径700mm的圆柱型水槽，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]水槽中央设有直径80mm、高250mm的圆柱24，圆柱中间为直径60mm、高120mm空心结构，在该空心结构中固定有直径60_、高600_的不锈钢材质伸缩支撑架3，支撑架3的一端为50mm螺纹结构，另一端为长50mm螺钉结构。
[0025]在支撑架3本体上安装有多个通过螺栓与伸缩支撑架相连的长度为500mm的固定支架4，可以自行调整安装高度.
[0026]固定支架上均设有圆孔，用于穿过和固定直径30mm壁厚3mm的PVC塑料管土柱5，土柱5中装纳有待测试的土壤样品51，且下端用玻璃棉52封闭。
[0027]本实用新型的装置，水槽的供水系统为为供水箱63，供水箱的规格为200mmX 200mmX 200mm，厚1mm的PVC材料箱体，通过定流量的蠕动泵52给实验供水。溢流腔底部设置排水孔，与蠕动泵连接，将多余的水循环至供水箱。
[0028]其中，在水流管路上设有加热箱61为水加热至所需温度，该加热箱的规格为50mmX50mmX300mm，厚1mm的PVC材料箱体，加热箱底部放置温控加热棒，加热箱中充满水。将蠕动泵的水管放置于加热箱中。通过水箱中的热水加热蠕动泵中的水。
[0029]为了更好的控制温度，供水腔底部也放置温控加热棒，当达到设置温度后，加热棒为恒温状态。
[0030]同时，在供水腔中还安置有温度传感器，通过计算机数据采集系统实时采集供水腔中的水温信息。
[0031]本实用新型的装置工作原理为:土柱置于供水腔前，土壤为原始状态；试验开始后，水从土柱底部上升，最终达到稳定的上升高度，此高度即毛细水上升高度。记录毛细水上升到一定高度h和对应的时间t，毛细水上升速率V = h/t。
[0032]本试验装置的操作步骤为:准确称取一定量的土壤装入土柱后不断振动，直到土壤填充高度不再降低为止，下端用玻璃棉(用湿润液体侵泡并煮过)封好；蠕动泵的水管一头放置于供水箱，另一头放置于供水腔中；用一根排水管连接溢流腔底部的排水孔和供水箱；灌水后将蠕动泵为供水腔灌水的水管放置于加热箱的水中，当水灌满后，打开加热设备直到供水腔达到目标温度；将固定支架调整到土柱刚好深入供水腔2mm处，固定土柱，记录开始时间t0，同时记录毛细水上升的高度变化hl，h2，h3，h4，h5和对应时间tl，t2，t3，t4，t5。观察溶液在土柱中上升的高度稳定时，即测得该土壤的毛细水上升高度。
【主权项】
1.一种量测土壤毛细水上升高度试验装置，其特征在于包括安装在底座上的温控等水位循环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的水；支撑架，其下端连接于温控等水位循环水槽，上端连接有至少一个固定支架；固定支架上设有供土柱穿过并固定的孔；土柱，用于装纳土壤样品。2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述支撑架为伸缩支撑架。3.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于所述支撑架的一端为螺纹结构，另一端为螺钉结构；在温控等水位循环水槽的中央设有空心圆柱，支撑架下端固定连接于空心圆柱中。4.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于所述温控等水位循环水槽为圆柱形，由溢流板分成内圈的供水腔和外圈的溢流腔，供水腔通过输水管道连接至供水箱，输水管道浸入到充满水的加热箱中；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过出水管道连接至供水箱；管道上设置有蠕动泵驱动水循环。5.根据权利要求4的所述的试验装置，其特征在于供水腔底部设有温控加热棒。6.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于所述土柱下端由玻璃棉封闭。7.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于所述土柱为表面刻有刻度的管。8.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于供水腔中还设有温度传感器，所述温度传感器连接至计算机数据采集系统。
【专利摘要】本实用新型公开了一种量测土壤毛细水上升高度试验装置，包括安装在底座上的温控等水位循环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的水；支撑架，其下端连接于温控等水位循环水槽，上端连接有至少一个固定支架；固定支架上设有供土柱穿过并固定的孔；土柱，用于装纳土壤样品。本实用新型公开的试验装置能够清晰、直观展现土壤中毛细水的运动过程和特征，测量各种质地土壤的毛细水上升高度。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN204694602
【申请号】CN201520417239
【发明人】许模, 凌睿雯, 肖先煊, 康小兵, 王在敏, 张强, 漆继红, 杨艳娜, 夏强
【申请人】成都理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月17日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种试验装置，尤其涉及一种用于量测土壤毛细水上升高度的试验装置。
【背景技术】
[0002]地面以下至潜水面的区域，是固、液、气三相同时存在的复杂系统。在该区域，地下水受土粒间孔隙的毛细作用上升的水分为毛细水，毛细水受到水与空气交界面处表面张力作用。S行数复杂过程中，分布在土粒内部相互贯通的孔隙，在物理学上可以视为形状不一，直径各异，彼此连通的毛细管。
[0003]由于土壤的种类不同，土壤中毛细水上升高度受到土壤的粒径、孔隙的大小和分布、温度、渗透系数、含盐种类等的影响，无法直观、准确的确定天然土层的毛细水上升高度。毛细水是包气带水的重要组成部分，其上升高度直接关系到当地的水文环境。当地下水位埋藏很深时，毛细水可能永远无法上升至地表；地下水位埋深较浅时，易引起潮湿、冻胀、翻浆、盐渍化、裂缝、沉陷、降水后发生溶淋而泥泞。毛细水上升高度不合理时，会危害农业、交通铁路运输业、建筑业等，因此存在巨大的现实需要研宄各种气温条件、不同地区、质地各异土壤的毛细水上升高度。
[0004]针对上述问题，本领域已经发展了若干室内试验法测试一个地区土壤的毛细水上升高度，常用的行之有效的方法是竖管法，但已有的此类方法的缺陷在于每次只能固定一个条件、测试一种样品。在面临测试不同土质的毛细水上升高度时，需要分批次进行，整个测试过程耗费时间，人力和物力成本都很高，无法广泛适用。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的需要，本实用新型公开了一种量测土壤毛细水上升高度试验装置，通过结构改进实现了多种土样、温度等条件下同时进行多组土壤的毛细水上升高度和速率的测试工作，且整个测试过程直观形象，易于操作。
[0006]具体的说，本实用新型是通过如下技术方案实现的:
[0007]一种量测土壤毛细水上升高度试验装置，包括安装在底座上的温控等水位循环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的水；支撑架，其下端连接于温控等水位循环水槽，上端连接有至少一个固定支架；固定支架上设有供土柱穿过并固定的孔；土柱，用于装纳土壤样品。
[0008]通过上述结构，可以在不同的固定支架上挂载多组容纳不同土壤样品的土柱，利用温控等水位循环水槽为这些土壤样品提供温度恒定的润湿水，研宄水在不同土壤样品中在水土接触后受到彼此间产生的毛细力或吸附力作用下沿着孔隙上升的上升高度(直到液体的重力与毛细上升力平衡。此时液体上升的最大高度为土壤的毛细上升高度)。
[0009]为了适用于不同的土柱类型，所述支撑架为伸缩支撑架。
[0010]为了提高产品的耐用性，通常上述支撑架采用金属材质或者合金材质，优选为不锈钢材质制成。
[0011]在本实用新型的试验装置中，可以通过多种方式将支撑架固定。优选的，所述支撑架的一端为螺纹结构，另一端为螺钉结构；在温控等水位循环水槽的中央设有空心圆柱，支撑架下端固定连接于空心圆柱中。
[0012]通过上述方式，便于更换不同规格的支撑架。
[0013]本实用新型的试验装置，所述温控等水位循环水槽可以根据需要设计为所需形状。为了保证挂载多个土柱时候的稳定性，优选为圆柱形，且由溢流板分成内圈的供水腔和外圈的溢流腔，供水腔通过输水管道连接至供水箱，输水管道浸入到充满水的加热箱中；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过出水管道连接至供水箱；管道上设置有蠕动泵驱动水循环。
[0014]通过上述方式，固定支架可以沿着支撑架环形分布，整个装置不容易产生侧面倾斜；使用上述的供水系统，一方面保证了能够稳定向水槽中提供所需温度的恒温水，另一方面也能快速调节水量。
[0015]为了更好的控制温度，保证水温恒定，供水腔底部设有温控加热棒。
[0016]在本实用新型的试验装置中，所述土柱下端由玻璃棉封闭。
[0017]为了能够直观、快速得知水上升的高度，所述土柱为表面刻有刻度的管。
[0018]为了能够实时掌握水温的变化，供水腔中还设有温度传感器，所述温度传感器连接至计算机数据采集系统。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的试验装置结构示意图。
[0020]在所述附图中，各数字含义如下:1_底座、2-温控等水位循环水槽、21-供水腔、22-溢流板、23-溢流腔、24-空心圆柱、3-支撑架、4-固定支架、5-土柱、51-土壤样品、52-玻璃棉、61-加热箱、62-蠕动泵、63-供水箱。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本实用新型的结构进行进一步说明。在下述实施中，申请人对本实用新型试验装置的大小、材质、形状、数量等进行了详尽的说明，这仅仅是示意性的，并不构成特别限定，所提供的附图也非按比例绘制。本领域技术人员在理解和掌握本发明实质精神的基础上，对其所进行的改进依旧属于本实用新型的保护范围。
[0022]参考图1所示，本实用新型的试验装置，主要由如下结构部件组成:
[0023]安装在底座I上的温控等水位循环水槽2，为高200mm、直径700mm的圆柱型水槽，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]水槽中央设有直径80mm、高250mm的圆柱24，圆柱中间为直径60mm、高120mm空心结构，在该空心结构中固定有直径60_、高600_的不锈钢材质伸缩支撑架3，支撑架3的一端为50mm螺纹结构，另一端为长50mm螺钉结构。
[0025]在支撑架3本体上安装有多个通过螺栓与伸缩支撑架相连的长度为500mm的固定支架4，可以自行调整安装高度.
[0026]固定支架上均设有圆孔，用于穿过和固定直径30mm壁厚3mm的PVC塑料管土柱5，土柱5中装纳有待测试的土壤样品51，且下端用玻璃棉52封闭。
[0027]本实用新型的装置，水槽的供水系统为为供水箱63，供水箱的规格为200mmX 200mmX 200mm，厚1mm的PVC材料箱体，通过定流量的蠕动泵52给实验供水。溢流腔底部设置排水孔，与蠕动泵连接，将多余的水循环至供水箱。
[0028]其中，在水流管路上设有加热箱61为水加热至所需温度，该加热箱的规格为50mmX50mmX300mm，厚1mm的PVC材料箱体，加热箱底部放置温控加热棒，加热箱中充满水。将蠕动泵的水管放置于加热箱中。通过水箱中的热水加热蠕动泵中的水。
[0029]为了更好的控制温度，供水腔底部也放置温控加热棒，当达到设置温度后，加热棒为恒温状态。
[0030]同时，在供水腔中还安置有温度传感器，通过计算机数据采集系统实时采集供水腔中的水温信息。
[0031]本实用新型的装置工作原理为:土柱置于供水腔前，土壤为原始状态；试验开始后，水从土柱底部上升，最终达到稳定的上升高度，此高度即毛细水上升高度。记录毛细水上升到一定高度h和对应的时间t，毛细水上升速率V = h/t。
[0032]本试验装置的操作步骤为:准确称取一定量的土壤装入土柱后不断振动，直到土壤填充高度不再降低为止，下端用玻璃棉(用湿润液体侵泡并煮过)封好；蠕动泵的水管一头放置于供水箱，另一头放置于供水腔中；用一根排水管连接溢流腔底部的排水孔和供水箱；灌水后将蠕动泵为供水腔灌水的水管放置于加热箱的水中，当水灌满后，打开加热设备直到供水腔达到目标温度；将固定支架调整到土柱刚好深入供水腔2mm处，固定土柱，记录开始时间t0，同时记录毛细水上升的高度变化hl，h2，h3，h4，h5和对应时间tl，t2，t3，t4，t5。观察溶液在土柱中上升的高度稳定时，即测得该土壤的毛细水上升高度。
【主权项】
1.一种量测土壤毛细水上升高度试验装置，其特征在于包括安装在底座上的温控等水位循环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的水；支撑架，其下端连接于温控等水位循环水槽，上端连接有至少一个固定支架；固定支架上设有供土柱穿过并固定的孔；土柱，用于装纳土壤样品。2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述支撑架为伸缩支撑架。3.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于所述支撑架的一端为螺纹结构，另一端为螺钉结构；在温控等水位循环水槽的中央设有空心圆柱，支撑架下端固定连接于空心圆柱中。4.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于所述温控等水位循环水槽为圆柱形，由溢流板分成内圈的供水腔和外圈的溢流腔，供水腔通过输水管道连接至供水箱，输水管道浸入到充满水的加热箱中；溢流腔底部设置排水孔，排水孔通过出水管道连接至供水箱；管道上设置有蠕动泵驱动水循环。5.根据权利要求4的所述的试验装置，其特征在于供水腔底部设有温控加热棒。6.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于所述土柱下端由玻璃棉封闭。7.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于所述土柱为表面刻有刻度的管。8.根据权利要求1的所述的试验装置，其特征在于供水腔中还设有温度传感器，所述温度传感器连接至计算机数据采集系统。
【专利摘要】本实用新型公开了一种量测土壤毛细水上升高度试验装置，包括安装在底座上的温控等水位循环水槽，用于为土壤样品提供温度恒定的水；支撑架，其下端连接于温控等水位循环水槽，上端连接有至少一个固定支架；固定支架上设有供土柱穿过并固定的孔；土柱，用于装纳土壤样品。本实用新型公开的试验装置能够清晰、直观展现土壤中毛细水的运动过程和特征，测量各种质地土壤的毛细水上升高度。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN204694602
【申请号】CN201520417239
【发明人】许模, 凌睿雯, 肖先煊, 康小兵, 王在敏, 张强, 漆继红, 杨艳娜, 夏强
【申请人】成都理工大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月17日
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