CN107831105A - 研究咸淡水界面形态变化规律的试验装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究咸淡水界面形态变化规律的试验装置及其方法，涉及岩土介质领域的钙质砂渗透和弥散技术。本装置是：支架放置在水平地面上；降雨箱、砂箱和给排水箱均放在支架上；降雨箱位于砂箱上方；给排水箱放在砂箱左右两侧；电脑和数据采集器连接，三参数传感器连在数据采集器上并从砂箱正面***钙质砂中，监测电导率，体积含水率，温度的变化；摄影机正对砂箱。本发明可以设置雨强、水位深度、钙质砂级配及干密度多个变量，能全面地对雨水入渗特性及咸淡水界面形态变化规律进行研究；操作简单，不需要太多繁琐步骤；适用于雨水入渗、咸淡水界面形态变化规律研究和淡水透镜体的相关试验。
Description
技术领域
本发明涉及岩土介质领域的钙质砂渗透和弥散技术，尤其涉及一种研究咸淡水界面形态变化规律的试验装置及其方法。
背景技术
钙质土，或称碳酸盐类土，通常是指包括海洋生物（珊瑚、海藻和贝壳等）的富含碳酸钙或其它碳酸盐类物质的特殊岩土介质。钙质土长期在碳酸盐溶液中，经物理、生物化学作用，其中包括有机碎屑及岩屑的破碎和胶结过程，经过一定的压力、温度和溶解的变化过程，而形成的一种碳酸盐沉积物。我们在钙质砂环境现场做有关渗透的工作，比如抽水试验时，有时会遇到降雨天气，这将对地下水位产生干扰，为了消除这一干扰，要研究雨水入渗的过程，以及咸淡水接触后的变化情况，因此研究雨水入渗特性及咸淡水界面形态变化规律十分必要。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种研究咸淡水界面形态变化规律的试验装置及其方法，以弄清钙质砂地层中雨水下渗过程及咸淡水接触变化规律。
一、研究咸淡水界面形态变化规律的试验装置（简称装置）：
本装置包括被测对象——钙质土；
设置有模拟单元和采集单元；
模拟单元由降雨箱、砂箱、给排水箱和支架组成；
采集单元由三参数传感器、数据采集器，电脑和摄影机组成；
其位置和连接关系是：
支架放置在水平地面上；
降雨箱、砂箱和给排水箱均放在支架上；
降雨箱位于砂箱上方；
给排水箱放在砂箱左右两侧；
电脑和数据采集器连接，三参数传感器连在数据采集器上并从
砂箱正面***钙质砂中，监测电导率、体积含水率和温度的变化；
摄影机正对沙箱。
二、研究咸淡水界面形态变化规律的试验方法（简称方法）
本方法包括下列步骤：
①将装置放置在水平地面上，检查各部件功能均能正常工作；
②将提前配好的钙质砂放入砂箱中压实；
③从砂箱两侧最低出水口向砂箱内注水令水位逐渐缓慢升高，使得砂箱内钙质砂充分饱水；
④将土壤三参数传感器从砂箱正面***钙质砂；
⑤降摄影机正对砂箱摆放，开机；
⑤关闭砂箱两侧的砂箱交换口阀，打开降雨箱的出水阀；
⑥记录实验数据；
⑦关闭降雨箱的出水阀，打开砂箱交换口阀。
本发明具有下列的优点和积极效果：
①可以设置雨强、水位深度、钙质砂级配及干密度多个变量，能全面地对雨水入渗特性及咸淡水界面形态变化规律进行研究；
②操作简单，不需要太多繁琐步骤；
③适用于雨水入渗、咸淡水界面形态变化规律研究和淡水透镜体的相关试验。
附图说明
图1是本装置的结构方框图；
图2是本装置的结构示意图；
图3是模拟单元10的结构示意图；
图4是降雨箱11的结构示意图；
图5是砂箱12的结构示意图；
图6是给排水箱13的结构示意图；
图7是支架14的结构示意图；
图8是采集单元20的结构示意图。
图中：
00—钙质土；
10—模拟单元
11—降雨箱，
111—储水箱，112—出水阀，113—放水槽，114—出水口，115—支柱；
12—砂箱，
120—砂箱箱体，121—砂箱交换口孔，122—砂箱交换口阀，
123—橡皮管，124—栅格，125—测孔矩阵；
13—给排水箱，
130—箱体，131—交换口孔，132—交换口阀；
14—支架，
141—降雨箱托架，142—砂箱托架，143—给排水箱托架，144—底座；
20—采集单元
21—三参数传感器；
22—数据采集器；
23—电脑；
24—摄影机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
一、装置
1、总体
如图1、2，本装置包括被测对象——钙质土00；
设置有模拟单元10和采集单元20；
模拟单元10由降雨箱11、砂箱12、给排水箱13和支架14组成；
采集单元20由三参数传感器21、数据采集器22，电脑23和摄影机24组成；
其位置和连接关系是：
支架14放置在水平地面上；
降雨箱11、砂箱12和给排水箱13均放在支架14上；
降雨箱11位于砂箱12上方；
给排水箱13放在砂箱12左右两侧；
电脑23和数据采集器22连接，三参数传感器21连在数据采集器22上并从
砂箱12正面***钙质砂00中，监测电导率、体积含水率和温度的变化；
摄影机24正对沙箱12。
工作机理：本装置模拟二维的降雨-钙质土层-海水三相结构，试验开始将砂箱12两侧的砂箱交换口阀121关闭，降雨箱11中的雨水加入染色剂，给排水箱13中的海水加入另一种不同颜色的染色剂，降雨至砂箱12中，等至降雨完毕，地下水稳定后，打开砂箱交换口阀121，恢复地下水交换过程。摄影机24可以记录下雨水入渗、雨水地下海水接触和交融变化以及降雨稳定后地下水边界变化的过程。试验后通过记录下的照片，利用绘图软件，可以统计、计算和分析降雨入渗，雨水海水交融形态变化的过程。砂箱12正面***的三参数传感器21，可以采集地下水稳定状态、降雨、降雨完毕地下水再次稳定和恢复地下水交换后稳定整个过程地下水的电导率变化。
2、功能单元
1）模拟单元
如图3，模拟单元10由降雨箱11、沙箱12、给排水箱13和支架14组成；
（1）降雨箱11
如图4，降雨箱11包括储水箱111、出水阀112、放水槽113、出水口114和支柱115；
储水箱111和放水槽113通过支柱115上下连接组成一个整体；
储水箱111是一种顶部开口的长方体容器，底部设置有出水阀112；
放水槽113是一种长方体容器，顶部开一口与出水阀112连通，底部开有一排出水口114出水。
（2）砂箱12
如图5，砂箱12包括砂箱箱体120、砂箱交换口孔121、砂箱交换口阀122、橡皮管123、栅格124和测孔矩阵125；
砂箱箱体120是一种顶部开口的长方体容器，在砂箱箱体120的左右两侧设置有依次连接的10个砂箱交换口孔121、砂箱交换口阀122和橡皮管123，在砂箱箱体120的前面刻有栅格124，在砂箱箱体120的前面还设置有测孔矩阵125；
砂箱砂箱12位于降雨箱11下方，通过橡皮管123与左右两侧的给排水箱13连接。
其功能是：放置钙质土00，是试验进行的主体，其正面的栅格124便于后期计算局部面积及描绘形态，其两侧的砂箱交换口阀122可以控制给排水箱13对砂箱12的给排水；测孔矩阵125供***三参数传感器21用。
（3）给排水箱13
如图6，给排水箱13包括箱体130、交换口孔131和交换口阀132；
箱体130是一种顶部开口的长方体容器，在箱体130的一侧设置有10个前后连接的交换口孔131和交换口阀132。
其功能是：控制砂箱12内的水位高度，以及与砂箱12内钙质土00内水分进行交换，其侧边交换口阀132可以控制交换过程。
（4）支架14
如图7，支架14包括降雨箱托架141、砂箱托架142、给排水箱托架143和底座144；
支架14水平放置在地面上，在支架14上面的中间设置砂箱托架142，在砂箱托架142的上面连接有降雨箱托架141，在支架14上面的两边分别设置有给排水箱托架143。
其功能是：分别固定降雨箱11、砂箱和12给排水箱13。
2）采集单元20
如图8，采集单元20包括三参数传感器21、数据采集器22、电脑23和摄影机24；
三参数传感器21通过砂箱12正面的测孔125***钙质砂00中，测电导率、温度和体积含水率；
数据采集器22对三参数传感器21测到的数据进行采集并传送到电脑24；
电脑23显示采集的数据；
摄影机24对试验过程进行拍摄，后期截取砂箱12内地下水形态变化的图像统计、计算和分析。
Claims (2)
1.一种研究咸淡水界面形态变化规律的试验装置，包括钙质砂（00）；
其特征在于：
设置有模拟单元（10）和采集单元（20）；
模拟单元（10）由降雨箱（11）、砂箱（12）、给排水箱（13）和支架（14）组成；
采集单元（20）由三参数传感器（21）、数据采集器（22）、电脑（23）和摄影机（24）组成；
其位置和连接关系是：
支架（14）放置在水平地面上；
降雨箱（11）、砂箱（12）和给排水箱（13）均放在支架（18）上；
降雨箱（11）位于砂箱（12）上方；
给排水箱（13）放在砂箱（12）左右两侧；
电脑（23）和数据采集器（22）连接，三参数传感器（21）连在数据采集器（22）上并从砂箱（12）正面***钙质砂（00）中，监测电导率，体积含水率，温度的变化；
摄影机（24）正对砂箱（12）。
2.基于权利要求1所述试验装置的试验方法，其特征在于：
①将装置放置在水平地面上，检查各部件功能均能正常工作；
②将提前配好的钙质砂（00）放入砂箱（12）中压实；
③从砂箱（12）两侧最低出水口向砂箱（12）内注水令水位逐渐缓慢升高，使得砂箱（12）内钙质砂充分饱水；
④将土壤三参数传感器（21）从砂箱（12）正面***钙质砂（00）；
⑤降摄影机（24）正对砂箱（12）摆放，开机；
⑤关闭砂箱（12）两侧的砂箱交换口阀（122），打开降雨箱（11）的出水阀（112）；
⑥记录实验数据；
⑦关闭降雨箱（11）的出水阀（112），打开砂箱交换口阀（122）。
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