本發(fā)明土壤水環(huán)境試驗(yàn)測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

由于城市生活垃圾成分的復(fù)雜多樣性帶來處理與利用上的困難。目前垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋處理、堆肥處理與焚燒等，且衛(wèi)生填埋是主要方式。且很多衛(wèi)生填埋場(chǎng)正面臨封場(chǎng)，因此，研究城市固體廢棄物填埋場(chǎng)封頂覆蓋層的組成具有十分重要的意義。目前認(rèn)為土質(zhì)覆蓋層具有比復(fù)合覆蓋層更好的耐久性，更能適應(yīng)惡劣氣候條件，更經(jīng)濟(jì)。而土質(zhì)覆蓋層具有一定的坡度，這也是本發(fā)明所要解決的問題。

目前主要采取理論分析和數(shù)值模擬方法對(duì)降雨下土層入滲的規(guī)律進(jìn)行研究，而本發(fā)明專利提供的實(shí)驗(yàn)裝置用模擬邊坡來模擬垃圾填埋場(chǎng)的土質(zhì)覆蓋層，用自制的模擬降雨設(shè)備來模擬自然情況下的降雨，來研究不同降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)和降雨類型的邊坡土層入滲規(guī)律。

現(xiàn)有的模擬降雨裝置沒有考慮降雨的時(shí)間和空間變化，未能模擬降雨的真實(shí)情況。目前的降雨控制系統(tǒng)在試驗(yàn)過程中，不能連續(xù)的測(cè)量降雨的雨量，降雨的強(qiáng)度和降雨的類型單一，且不能連續(xù)測(cè)量斷續(xù)的降雨情況。例如：一種地基與邊坡工程模擬試驗(yàn)平臺(tái)專利號(hào)：zl200720111516.9；試驗(yàn)平臺(tái)均為；里面的水箱水壓為定水頭,本專利有水壓增壓裝置，可以調(diào)節(jié)雨量大小，也可以測(cè)量斷續(xù)條件下的降雨情況。一種模擬降雨及含水量對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響的分析實(shí)驗(yàn)裝置申請(qǐng)?zhí)枺?01510026725.2；該平臺(tái)降雨強(qiáng)度單一，且未考慮降雨的時(shí)間和空間變化，未考慮模型表面徑流的影響。一種室內(nèi)模擬降雨入滲的試驗(yàn)裝置實(shí)用新型專利申請(qǐng)?zhí)朿n201520732401.6；該模擬降雨入滲裝置未考慮變水頭下的降雨情況。以上現(xiàn)有的模擬降雨邊坡試驗(yàn)裝置，均未考慮降雨的時(shí)間和空間分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明提供了一種模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置，具有這樣的特征，包括模擬降雨單元，該模擬降雨單元包括通過水管連通的水箱、水泵、多個(gè)電磁閥、多個(gè)噴頭所構(gòu)成的降雨回路；試驗(yàn)平臺(tái)單元，該試驗(yàn)平臺(tái)單元設(shè)置在模擬降雨單元的正下方，包括可變換水平傾斜角度的邊坡試驗(yàn)箱、設(shè)置在邊坡試驗(yàn)箱內(nèi)的多根排水棒、與多根排水棒相連通的多個(gè)水箱、多個(gè)設(shè)置在邊坡試驗(yàn)箱內(nèi)的傳感器預(yù)埋孔；以及數(shù)據(jù)采集分析單元，數(shù)據(jù)采集分析單元包括分別設(shè)置在傳感器預(yù)埋孔內(nèi)的多個(gè)張力計(jì)和多個(gè)土壤水分傳感器、多個(gè)給水流量計(jì)、多個(gè)排水流量計(jì)、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、電磁閥控制模塊以及計(jì)算機(jī)控制模塊。

在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，數(shù)據(jù)采集分析單元包括分別與水管相連通的第一給水流量計(jì)、第二給水流量計(jì)、第一排水流量計(jì)、第二排水流量計(jì)，傳感器數(shù)據(jù)采集模塊分別與第一給水流量計(jì)、第二給水流量計(jì)、第一排水流量計(jì)、第二排水流量計(jì)、多個(gè)張力計(jì)以及多個(gè)土壤水分傳感器相連，用于分別采集給水流量、排水流量、張力計(jì)以及土壤水分傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)。

另外，在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，模擬降雨單元包括分別與水管相連通的第一電磁閥和第二電磁閥，電磁閥控制模塊分別與第一電磁閥和第二電磁閥相連并控制第一電磁閥和第二電磁閥的工作狀態(tài)。

另外，在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，計(jì)算機(jī)控制模塊，分別與傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、電磁閥控制模塊相連，用于接收并處理來自傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)后，得到控制電磁閥控制模塊工作狀態(tài)的控制信號(hào)。

另外，在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，第一電磁閥通過分流水管中水來模擬試驗(yàn)的降雨時(shí)間分布狀態(tài)。

另外，在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，第二電磁閥通過分流水管中水來模擬試驗(yàn)的降雨空間分布狀態(tài)。

另外，在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，試驗(yàn)平臺(tái)單元還包括：手拉葫蘆，設(shè)置在邊坡試驗(yàn)箱一端的上方，用于將邊坡試驗(yàn)箱一端吊起，通過調(diào)整邊坡一段的高度來調(diào)整邊坡的水平傾角，測(cè)量調(diào)整部件，用于測(cè)量邊坡試驗(yàn)箱的水平傾角。

另外，在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，排水棒為管壁上設(shè)置有多個(gè)通孔的空心管。

另外，在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，邊坡試驗(yàn)箱采用強(qiáng)化透明鋼化玻璃制成，便于觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。

另外，在本發(fā)明提供的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，水壓增壓部件為水泵。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置，包括模擬降雨單元、試驗(yàn)平臺(tái)單元及數(shù)據(jù)采集分析單元。模擬降雨單元包括通過水管連通的水箱、水壓增壓部件、多個(gè)電磁閥、多個(gè)噴頭所構(gòu)成的降雨回路；降雨回路的管路上設(shè)置有水壓增壓部件，數(shù)據(jù)采集分析單元通過分別控制電磁閥閥門的閉合大小來控制不同管路上的排水流量強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)模擬降雨的時(shí)間和空間的分布。

本發(fā)明所涉及的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)單，具有數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化程度高和可重復(fù)性強(qiáng)的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中試驗(yàn)裝置總示意圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中降雨模擬單元的平面圖；

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中傾角測(cè)量?jī)x示意圖；

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例中排水棒示意圖；

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例中傳感器預(yù)埋孔示意圖；

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例中邊坡降雨的縱向剖面圖；以及

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例中邊坡降雨的橫向剖面圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置作具體闡述。

實(shí)施例

模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置包括模擬降雨單元、試驗(yàn)平臺(tái)單元及數(shù)據(jù)采集分析單元。

模擬降雨單元包括水箱a1、水泵a2、第一電磁閥a3、第二電磁閥a4、多個(gè)噴頭a5、水管a6構(gòu)成如圖1所示降雨回路圖。

如圖2所示，水管a6上安裝有水泵a2、第一電磁閥a3、第二電磁閥a4、噴頭a5、第一給水流量計(jì)c3、第二給水流量計(jì)c4、第一排水流量計(jì)c5、第二排水流量計(jì)c6；本發(fā)明實(shí)施例中邊坡降雨的噴頭a5布置如圖6、圖7所示。

其中，水泵a2為模擬降雨回路提供動(dòng)力；第一電磁閥a3為三向控制閥，可任意開啟兩向，用于控制水管a6中水的流向，是流向試驗(yàn)平臺(tái)b1還是流回水箱a1，進(jìn)而控制總降雨的強(qiáng)度；第二電磁閥a4用于控制水管a6中兩水管分支的水量大小，來考慮降雨的空間分布實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；第一給水流量計(jì)c3用于檢測(cè)統(tǒng)計(jì)水管a6中左分支(a1-a3流向)中水的進(jìn)水流量；第二給水流量計(jì)c4用于檢測(cè)統(tǒng)計(jì)水管a5右分支(a1-a4流向)中水的進(jìn)水流量；第一排水流量計(jì)c5用于檢測(cè)統(tǒng)計(jì)水管a6中左分支(a1-a3流向)中水的出水流量；第二排水流量計(jì)c6用于檢測(cè)統(tǒng)計(jì)水管a6右分支(a1-a4流向)中水的出水流量。實(shí)施例中水管a6上按圖1所示均布18個(gè)噴頭a5。水管a6水量流回水箱a1，水箱a1的水可循環(huán)利用。

試驗(yàn)平臺(tái)單元設(shè)置在模擬降雨單元的正下方，包括可變換水平傾斜角度的邊坡試驗(yàn)箱b1、設(shè)置在邊坡試驗(yàn)箱b1內(nèi)的多根排水棒b5、與多根排水棒b5相連通的多個(gè)水箱、多個(gè)設(shè)置在邊坡試驗(yàn)箱b1內(nèi)的傳感器預(yù)埋孔b9。

實(shí)施例中，試驗(yàn)平臺(tái)單元包括邊坡試驗(yàn)箱b1、水管支架b2、手拉葫蘆b3、傾角測(cè)量?jī)xb4、排水棒b5、水箱b6、水箱b7、水箱b8、傳感器預(yù)埋孔b9。

試驗(yàn)平臺(tái)單元設(shè)置在模擬降雨單元的正下方30cm的位置。

如圖1所示，邊坡試驗(yàn)箱b1采用強(qiáng)化透明鋼化玻璃制成，便于觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果，邊坡試驗(yàn)箱b1的前端底部有一轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)。手拉葫蘆b3設(shè)置在邊坡試驗(yàn)箱b1后端的上方，用于將邊坡試驗(yàn)箱b1的后端吊起，通過調(diào)整邊坡一段的高度來調(diào)整邊坡的水平傾角，測(cè)量調(diào)整部件，用于測(cè)量邊坡試驗(yàn)箱b1的水平傾角，實(shí)施例中，測(cè)量調(diào)整部件為傾角測(cè)量?jī)xb4，傾角測(cè)量?jī)xb4設(shè)置在邊坡試驗(yàn)箱b1的前端，傾角測(cè)量?jī)xb4包括具有如圖3所示的傾角刻度表的表盤和指針，表盤固定設(shè)置在地面上，表盤的端點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸重合，指針和邊坡試驗(yàn)箱b1是一體的，在試驗(yàn)中可通過控制手拉葫蘆b3調(diào)整邊坡試驗(yàn)箱b1后端的高度，進(jìn)而調(diào)整邊坡試驗(yàn)箱b1的傾角，而這個(gè)傾角可通過固定的傾角測(cè)量?jī)xb4來測(cè)出，邊坡試驗(yàn)箱b1通過轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可直接在表盤上讀取邊坡傾角數(shù)值。

在邊坡試驗(yàn)箱b1的側(cè)壁上預(yù)留有多個(gè)如圖5所示的傳感器預(yù)埋孔，傳感器預(yù)埋孔橫向和豎向均為均勻分布，可同時(shí)安裝張力計(jì)c1和土壤水分傳感器c2，由圖5可知，可沿邊坡試驗(yàn)箱b1的側(cè)面豎向安裝三排，每排可安裝5組，張力計(jì)c1和土壤水分傳感器c2均與傳感器數(shù)據(jù)采集器c7連接；邊坡試驗(yàn)箱b1為了方便填充邊坡土層模型，設(shè)計(jì)三層組合，可根據(jù)需要來調(diào)整為兩層或一層，來滿足土層厚度和成分要求；邊坡試驗(yàn)箱b1的前端設(shè)有排水孔，并設(shè)計(jì)有如圖4所示的排水棒b5及相應(yīng)的排水管路，且排水管路分上、中、下三層，分別流入水桶水箱b6、水箱b7、水箱b8中，實(shí)驗(yàn)中可通過測(cè)量水箱中水的量來測(cè)量估算各層排水量和總排水量。實(shí)施例中，排水棒b5為管壁上設(shè)置有多個(gè)通孔的空心管。

數(shù)據(jù)采集分析單元包括張力計(jì)c1、土壤水分傳感器c2、第一給水流量計(jì)c3、第二給水流量計(jì)c4、第一排水流量計(jì)c5、第二排水流量計(jì)c6、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊c7、電磁閥控制模塊c8、計(jì)算機(jī)控制模塊c9。張力計(jì)c1和土壤水分傳感器c2在邊坡試驗(yàn)箱b1側(cè)壁上的傳感器預(yù)埋孔b9上徑向均布埋設(shè)；張力計(jì)c1和土壤水分傳感器c2通過數(shù)據(jù)線與傳感器數(shù)據(jù)采集模塊c7相連；電磁閥控制模塊c8通過數(shù)據(jù)線與第一電磁閥a3、第二電磁閥a4相連；傳感器數(shù)據(jù)采集模塊c7、電磁閥控制模塊c8均通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)控制模塊c9連接，將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)控制模塊c9進(jìn)行分析。

本實(shí)施例中，傳感器包括張力計(jì)c1和土壤水分傳感器c2，其中，張力計(jì)c1用于測(cè)量降雨時(shí)土層的基質(zhì)吸力，土壤水分傳感器c2用于測(cè)量土層的含水量。為了更好的發(fā)現(xiàn)土層中水的入滲規(guī)律，傳感器的安裝為有規(guī)律的埋設(shè)。

數(shù)據(jù)采集分析單元與模擬降雨單元和試驗(yàn)平臺(tái)單元之間有數(shù)據(jù)交流。第一電磁閥a3的開合大小、第二電磁閥a4的開合大小由計(jì)算機(jī)控制模塊c9通過電磁閥控制模塊c8來控制；第一給水流量計(jì)c3、第二給水流量計(jì)c4、第一排水流量計(jì)c5和第二排水流量計(jì)c6測(cè)出水管a6中的水流量大小和總流量后將數(shù)據(jù)傳回到計(jì)算機(jī)控制模塊c9；實(shí)驗(yàn)中的張力計(jì)c1、土壤水分傳感器c2的測(cè)得的基質(zhì)吸力和含水量數(shù)據(jù)會(huì)傳到傳感器數(shù)據(jù)采集模塊c7上，再傳給計(jì)算機(jī)控制模塊c9進(jìn)行分析。

實(shí)施例中，通過第一電磁閥a3的分流作用，來考慮降雨時(shí)間分布對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。通過第二電磁閥a4的分流作用，來考慮降雨空間分布對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

計(jì)算機(jī)控制模塊c9的屏幕上會(huì)顯示出每一監(jiān)測(cè)點(diǎn)基質(zhì)吸力和時(shí)間的關(guān)系曲線，含水量和時(shí)間的關(guān)系曲線，基質(zhì)吸力和含水量的關(guān)系曲線，各點(diǎn)的基質(zhì)吸力變化折線圖、含水量折線圖。

一種考慮時(shí)空變化的模擬降雨土柱入滲試驗(yàn)裝置具體使用方法如下：

(1)調(diào)試模擬降雨裝置，水箱a1中加入2/3的水，計(jì)算機(jī)控制模塊c9控制開啟第一電磁閥a3閥門至a1-a2方向，此時(shí)打開水泵a2，水流從水箱a1流出沿a1-a2方向流回水箱a1，然后調(diào)節(jié)第一電磁閥a3閥門的大小使部分水流沿a1-a1方向流向降雨模擬單元，可通過流量計(jì)的數(shù)據(jù)來反映降雨強(qiáng)度的大小。試驗(yàn)中可通過調(diào)節(jié)第二電磁閥a4閥門的大小來調(diào)整水管a6回路中各降雨分支a1-a4流向和a1-a3流向的雨量大小，來達(dá)到考慮降雨空間分布的影響?？赏ㄟ^給水和排水流量計(jì)來差值來具體反映流量即降雨強(qiáng)度的大小，當(dāng)流量計(jì)顯示值到達(dá)規(guī)定值后，第一電磁閥a3和第二電磁閥a4穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)制作土柱模型，可分三層制作，下層粗沙，中層細(xì)沙，上層粉土等，可根據(jù)試驗(yàn)需要來選擇，每層厚度均為20cm，傳感器均布于土柱內(nèi)，其中一組傳感器置于土層交界處，傳感器埋設(shè)與土柱模型制備同時(shí)進(jìn)行。

(3)試驗(yàn)中，根據(jù)實(shí)際工況要求，通過計(jì)算機(jī)控制模塊c9來實(shí)時(shí)調(diào)整降雨強(qiáng)度的大小。

(4)觀察實(shí)驗(yàn)中土層的濕潤(rùn)鋒走向，試驗(yàn)中傳感器得到的數(shù)據(jù)、流量計(jì)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，分析后得到相關(guān)曲線。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例所涉及的模擬降雨時(shí)空變化的邊坡試驗(yàn)裝置，包括模擬降雨單元、試驗(yàn)平臺(tái)單元及數(shù)據(jù)采集分析單元。

本實(shí)施例所提供的邊坡試驗(yàn)裝置中的供水管路上設(shè)置有水壓增壓部件，通過分別控制電磁閥的閉合大小來控制不同管路上的排水流量強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)模擬降雨空間的分布。

本實(shí)施例所提供的邊坡試驗(yàn)裝置操作簡(jiǎn)單，具有數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化程度高、可重復(fù)性強(qiáng)、測(cè)試數(shù)據(jù)持續(xù)性好以及測(cè)試精度高的特點(diǎn)。

另外，實(shí)施例中邊坡試驗(yàn)箱采用強(qiáng)化透明鋼化玻璃制成，便于觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。

上述實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。