CN117169095A - 一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，本发明涉及土柱侵蚀实验技术领域，包括防侧渗机构，土柱块放置在防侧渗机构内部的中部位置，土柱块的底部被磨平，所述防侧渗机构对土柱块的侧面位置灌注混凝土，混凝土凝结后可以防止液态水通过侧边位置快速渗透；包括筒体。该雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，随着磨底组件的继续上移，土柱的底部形成平面，此时，土柱的表面与筒体之间存有间隙，承接组件向该间隙中灌注流动的混凝土砂浆，砂浆自下而上对间隙进行填充，流动的混凝土凝固后使得土柱与筒体之间不易渗漏液态水，解决了土柱与容器内侧面会存在一定的缝隙，造成雨水从侧壁快速入渗的问题。
Description
技术领域
本发明涉及土柱侵蚀实验技术领域，具体为一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备。
背景技术
原生堆积体受人类活动扰动，加上降雨的作用，一般认为是造成堆积体坡体变形失稳的主要因素，但在特大暴雨后观测到的一些现象表明：堆积体自身所具有的高孔隙率、强透水性特征也是引起堆积体变形的原因之一，由降雨导致的内部侵蚀进而引起的沉降变形加剧了坡体及其上建筑物的变形，目前针对堆积体在降雨条件下变形-失稳发展机理的认识都还停留在传统的土-水两相两场耦合问题上，忽略了内部侵蚀对堆积体自身微观结构、物理力学性质的影响进而引起潜在的沉降变形，当前也没有可用于研究雨水入渗条件下松散堆积体土柱渗流侵蚀实验的装置以及实验方案。传统降雨入渗土柱试验***，一般包括模拟降雨***、土柱装置和数据采集***等几个模块，目前存在以下不足：常用的土柱试验使用的土柱装置是由有机玻璃筒制成，土样品在土柱装置中填充完成后，进行室内人工降雨试验，这种土柱装置中，土壤与有机玻璃筒周围会存在一定的缝隙，降雨试验过程中，会造成雨水从侧壁快速入渗的问题，导致试验结果误差较大，采集的数据不能完全反应真实渗流情况。
现有的雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，由于结构设计缺陷，存在土柱与容器内侧面会存在一定的缝隙，造成雨水从侧壁快速入渗，以及无法模拟降雨过程中对土柱冲刷的问题。
发明内容
本发明提供了一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，解决了上述背景技术中所提到的问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，包括
底座，所述底座顶部的中部位置固定连接有集水罐，所述底座顶部靠近边缘的位置固定连接有电动缸，所述底座顶部靠近电动缸的位置固定连接有支撑台；
防侧渗机构，土柱块放置在防侧渗机构内部的中部位置，土柱块的底部被磨平，所述防侧渗机构对土柱块的侧面位置灌注混凝土，混凝土凝结后可以防止液态水通过侧边位置快速渗透；包括筒体，所述筒体表面的上方位置固定连接有引导组件，所述筒体的底部固定连接有承接组件，所述承接组件内侧面的下方位置通过螺纹连接有磨底组件，所述磨底组件与土柱块的底部紧密接触，所述筒体与土柱块之间灌注混凝土；
模拟机构，设置在支撑台的顶部，所述电动缸的输出端控制筒体与模拟机构之间的距离，所述模拟机构的内部输送液态水，所述模拟机构设置在筒体正上方的位置，液态水由上至下对土柱块进行冲刷，土柱取样时切割为上方粗下方细的形状，将土柱自上而下放置入筒体的内部，电动缸调节升降台升降，使得磨底组件的顶部延伸至承接组件的内侧面，土柱的底部与磨底组件直接接触。
优选的，所述筒体表面的下方位置固定连接有升降台，所述升降台顶部靠近筒体的位置固定连接有侧向罐，所述磨底组件的底部与集水罐内侧面的中部位置固定连接。
优选的，所述引导组件包括弯折板，所述弯折板的内侧面与筒体表面的上方位置固定连接，所述弯折板的表面固定连接有连接体，土柱放置在筒体的内部，侧面台具有扩口形状，且侧面台的扩口朝向筒体，土柱的上粗下窄形状使得土柱被支撑，连接体的连接使得弯折板与引导台之间存有一定间隙。
优选的，所述连接体远离弯折板的一侧固定连接有引导台，所述引导台与弯折板之间留有间隙，所述引导台的顶部固定连接有扩口片。
优选的，所述承接组件包括侧面台，所述侧面台的顶部与筒体的底部固定连接，所述侧面台的上方位置设置有扩口，所述侧面台内侧面的下方位置开设有内螺纹。
优选的，所述侧面台内侧面的中部位置固定连接有注浆管，所述注浆管的数量设置有若干个，且若干个注浆管呈轴对称均匀分布，所述注浆管的表面固定连接有弯折管。
优选的，所述磨底组件包括电机，所述电机的底部与集水罐内侧面的中部位置固定连接，所述电机输出端的转轴固定连接有延伸杆，升降台被电动缸带动向下移动，同时，电机带动延伸杆转动，延伸杆使得螺纹筒处于旋转状态，筒体的内部放置土柱块。
优选的，所述延伸杆的顶端固定连接有开孔盘，所述开孔盘的表面开设有若干个通孔，所述开孔盘顶部靠近边缘的位置固定连接有螺纹筒。
优选的，所述模拟机构包括储水罐，所述储水罐表面的下方位置与支撑台表面的上方位置进行固定连接，所述储水罐的顶部固定连接有防护盖，液压缸可控制柱塞盘向下移动，从而对液态水施加向下的压力，增压组件向储水罐的内部输送液态水，液态水通过增压组件流动至筒体的内部，筒体的内部装有切割后的土柱块。
优选的，所述防护盖顶部的中部位置固定连接有液压缸，所述液压缸的输出端固定连接有柱塞盘，所述储水罐的底部固定连接有增压组件。
优选的，所述增压组件包括壳体，所述壳体的顶部与储水罐的底部固定连接，所述壳体的底部设置有凸起体，所述壳体的底部固定连接有限位板，水泵向壳体的内部输送液态水，液态水通过凸起体流动至转动球的表面，转动球被推动旋转使得液态水冲刷至土柱块的表面，土柱的上方位置喷淋有液态水。
优选的，所述壳体的表面固定连接有水泵，所述凸起体的内侧面转动连接有转动球，所述限位板将转动球限位在凸起体的内侧面。
本发明提供了一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备。具备以下有益效果：
1、该雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，随着磨底组件的继续上移，土柱的底部形成平面，此时，土柱的表面与筒体之间存有间隙，承接组件向该间隙中灌注流动的混凝土砂浆，砂浆自下而上对间隙进行填充，流动的混凝土凝固后使得土柱与筒体之间不易渗漏液态水，解决了土柱与容器内侧面会存在一定的缝隙，造成雨水从侧壁快速入渗的问题。
2、该雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，弯折管的内部输送有混凝土砂浆，砂浆通过多个注浆管灌入侧面台，土柱与筒体之间的间隙被填充，多个注浆管的设计可以使得混凝土填充时更加均匀，混凝土凝结后防渗透的效果更好，土柱的侧面位置被填充后，未渗入至下方位置的雨水通过弯折板与引导台排出，避免雨水堆积造成实验误差。
3、该雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，随着升降台的下移以及螺纹筒的转动，螺纹筒的表面与内螺纹进行配合，土柱块的底部与开孔盘的顶部相互挤压，使得土柱块的底部被磨平，注浆管向侧面台的内部输送混凝土砂浆，砂浆对土柱块的侧面位置进行灌注，而螺纹连接的位置以及土柱块的底部被相对密封，砂浆不会通过开孔盘浸入土柱块，避免开孔盘堵塞造成实验无法进行。
4、该雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，土柱块的表面与筒体之间通过凝固的混凝土封实，雨水冲刷在土柱块的上方位置，液态水向下渗入至土柱块的内部，液态水携带土壤通过集水罐进行收集，通过对集水罐内部土壤含量进行测定，即可得出雨水对土柱块的侵蚀影响，解决了无法模拟降雨过程中对土柱冲刷的问题。
5、该雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，部分液态水通过土柱向下渗入至集水罐的内部，土柱表面的雨水通过该间隙流入至弯折板与引导台之间的位置，该液态水被快速导入至侧向罐的内部进行收集，从而模拟液态水冲刷至土柱块的表面快速流动至周围位置，柱塞盘向下推动增加水流的流速，液态水均匀快速冲刷土柱块，从而使得模拟雨水冲刷效果更好。
附图说明
图1为本发明雨水渗流土柱的侵蚀实验设备整体顶部的立体图；
图2为本发明雨水渗流土柱的侵蚀实验设备整体底部的立体图；
图3为本发明防侧渗机构的结构示意图；
图4为本发明引导组件的结构示意图；
图5为本发明承接组件的结构示意图；
图6为本发明磨底组件的结构示意图；
图7为本发明模拟机构的结构示意图；
图8为本发明增压组件的结构示意图。
图中：1、底座；2、集水罐；3、支撑台；4、电动缸；5、防侧渗机构；51、升降台；52、侧向罐；53、筒体；54、引导组件；541、弯折板；542、连接体；543、引导台；544、扩口片；55、承接组件；551、侧面台；552、内螺纹；553、注浆管；554、弯折管；56、磨底组件；561、电机；562、延伸杆；563、开孔盘；564、螺纹筒；6、模拟机构；61、储水罐；62、防护盖；63、液压缸；64、柱塞盘；65、增压组件；651、壳体；652、凸起体；653、限位板；654、转动球；655、水泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例：如图1-图3所示，本发明提供一种技术方案：一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，包括
底座1，底座1顶部的中部位置固定连接有集水罐2，底座1顶部靠近边缘的位置固定连接有电动缸4，底座1顶部靠近电动缸4的位置固定连接有支撑台3；
防侧渗机构5，土柱块放置在防侧渗机构5内部的中部位置，土柱块的底部被磨平，防侧渗机构5对土柱块的侧面位置灌注混凝土，混凝土凝结后可以防止液态水通过侧边位置快速渗透；包括筒体53，筒体53表面的上方位置固定连接有引导组件54，筒体53的底部固定连接有承接组件55，承接组件55内侧面的下方位置通过螺纹连接有磨底组件56，磨底组件56与土柱块的底部紧密接触，筒体53与土柱块之间灌注混凝土；
筒体53表面的下方位置固定连接有升降台51，升降台51顶部靠近筒体53的位置固定连接有侧向罐52，磨底组件56的底部与集水罐2内侧面的中部位置固定连接；
模拟机构6，设置在支撑台3的顶部，电动缸4的输出端控制筒体53与模拟机构6之间的距离，模拟机构6的内部输送液态水，模拟机构6设置在筒体53正上方的位置，液态水由上至下对土柱块进行冲刷。
使用时，土柱取样时切割为上方粗下方细的形状，将土柱自上而下放置入筒体53的内部，电动缸4调节升降台51升降，使得磨底组件56的顶部延伸至承接组件55的内侧面，土柱的底部与磨底组件56直接接触，随着磨底组件56的继续上移，土柱的底部形成平面，此时，土柱的表面与筒体53之间存有间隙，承接组件55向该间隙中灌注流动的混凝土砂浆，砂浆自下而上对间隙进行填充，流动的混凝土凝固后使得土柱与筒体53之间不易渗漏液态水，解决了土柱与容器内侧面会存在一定的缝隙，造成雨水从侧壁快速入渗的问题。
第二实施例：如图3、图4、图5所示，引导组件54包括弯折板541，弯折板541的内侧面与筒体53表面的上方位置固定连接，弯折板541的表面固定连接有连接体542，连接体542远离弯折板541的一侧固定连接有引导台543，引导台543与弯折板541之间留有间隙，引导台543的顶部固定连接有扩口片544，承接组件55包括侧面台551，侧面台551的顶部与筒体53的底部固定连接，侧面台551的上方位置设置有扩口，侧面台551内侧面的下方位置开设有内螺纹552，侧面台551内侧面的中部位置固定连接有注浆管553，注浆管553的数量设置有若干个，且若干个注浆管553呈轴对称均匀分布，注浆管553的表面固定连接有弯折管554。
使用时，土柱放置在筒体53的内部，侧面台551具有扩口形状，且侧面台551的扩口朝向筒体53，土柱的上粗下窄形状使得土柱被支撑，连接体542的连接使得弯折板541与引导台543之间存有一定间隙，弯折管554的内部输送有混凝土砂浆，砂浆通过多个注浆管553灌入侧面台551，土柱与筒体53之间的间隙被填充，多个注浆管553的设计可以使得混凝土填充时更加均匀，混凝土凝结后防渗透的效果更好，土柱的侧面位置被填充后，未渗入至下方位置的雨水通过弯折板541与引导台543排出，避免雨水堆积造成实验误差。
第三实施例：如图3、图5、图6所示，侧面台551的顶部与筒体53的底部固定连接，侧面台551的上方位置设置有扩口，侧面台551内侧面的下方位置开设有内螺纹552，侧面台551内侧面的中部位置固定连接有注浆管553，注浆管553的数量设置有若干个，且若干个注浆管553呈轴对称均匀分布，注浆管553的表面固定连接有弯折管554，磨底组件56的底部与集水罐2内侧面的中部位置固定连接，磨底组件56包括电机561，电机561的底部与集水罐2内侧面的中部位置固定连接，电机561输出端的转轴固定连接有延伸杆562，延伸杆562的顶端固定连接有开孔盘563，开孔盘563的表面开设有若干个通孔，开孔盘563顶部靠近边缘的位置固定连接有螺纹筒564。
使用时，升降台51被电动缸4带动向下移动，同时，电机561带动延伸杆562转动，延伸杆562使得螺纹筒564处于旋转状态，筒体53的内部放置土柱块，随着升降台51的下移以及螺纹筒564的转动，螺纹筒564的表面与内螺纹552进行配合，土柱块的底部与开孔盘563的顶部相互挤压，使得土柱块的底部被磨平，注浆管553向侧面台551的内部输送混凝土砂浆，砂浆对土柱块的侧面位置进行灌注，而螺纹连接的位置以及土柱块的底部被相对密封，砂浆不会通过开孔盘563浸入土柱块，避免开孔盘563堵塞造成实验无法进行。
第四实施例：如图3、图7所示，筒体53的底部固定连接有承接组件55，承接组件55内侧面的下方位置通过螺纹连接有磨底组件56，磨底组件56与土柱块的底部紧密接触，筒体53与土柱块之间灌注混凝土；
筒体53表面的下方位置固定连接有升降台51，升降台51顶部靠近筒体53的位置固定连接有侧向罐52，模拟机构6包括储水罐61，储水罐61表面的下方位置与支撑台3表面的上方位置进行固定连接，储水罐61的顶部固定连接有防护盖62，防护盖62顶部的中部位置固定连接有液压缸63，液压缸63的输出端固定连接有柱塞盘64，储水罐61的底部固定连接有增压组件65。
使用时，液压缸63可控制柱塞盘64向下移动，从而对液态水施加向下的压力，增压组件65向储水罐61的内部输送液态水，液态水通过增压组件65流动至筒体53的内部，筒体53的内部装有切割后的土柱块，土柱块的表面与筒体53之间通过凝固的混凝土封实，雨水冲刷在土柱块的上方位置，液态水向下渗入至土柱块的内部，液态水携带土壤通过集水罐2进行收集，通过对集水罐2内部土壤含量进行测定，即可得出雨水对土柱块的侵蚀影响，解决了无法模拟降雨过程中对土柱冲刷的问题。
第五实施例：如图4、图8所示，弯折板541的内侧面与筒体53表面的上方位置固定连接，弯折板541的表面固定连接有连接体542，连接体542远离弯折板541的一侧固定连接有引导台543，引导台543与弯折板541之间留有间隙，引导台543的顶部固定连接有扩口片544，增压组件65包括壳体651，壳体651的顶部与储水罐61的底部固定连接，壳体651的底部设置有凸起体652，壳体651的底部固定连接有限位板653，壳体651的表面固定连接有水泵655，凸起体652的内侧面转动连接有转动球654，限位板653将转动球654限位在凸起体652的内侧面。
使用时，水泵655向壳体651的内部输送液态水，液态水通过凸起体652流动至转动球654的表面，转动球654被推动旋转使得液态水冲刷至土柱块的表面，土柱的上方位置喷淋有液态水，部分液态水通过土柱向下渗入至集水罐2的内部，土柱表面的雨水通过该间隙流入至弯折板541与引导台543之间的位置，该液态水被快速导入至侧向罐52的内部进行收集，从而模拟液态水冲刷至土柱块的表面快速流动至周围位置，柱塞盘64向下推动增加水流的流速，液态水均匀快速冲刷土柱块，从而使得模拟雨水冲刷效果更好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个……限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
Claims (10)
1.一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：包括
底座(1)，所述底座(1)顶部的中部位置固定连接有集水罐(2)，所述底座(1)顶部靠近边缘的位置固定连接有电动缸(4)，所述底座(1)顶部靠近电动缸(4)的位置固定连接有支撑台(3)；
防侧渗机构(5)，土柱块放置在防侧渗机构(5)内部的中部位置，土柱块的底部被磨平，所述防侧渗机构(5)对土柱块的侧面位置灌注混凝土，混凝土凝结后可以防止液态水通过侧边位置快速渗透；包括筒体(53)，所述筒体(53)表面的上方位置固定连接有引导组件(54)，所述筒体(53)的底部固定连接有承接组件(55)，所述承接组件(55)内侧面的下方位置通过螺纹连接有磨底组件(56)，所述磨底组件(56)与土柱块的底部紧密接触，所述筒体(53)与土柱块之间灌注混凝土；
模拟机构(6)，设置在支撑台(3)的顶部，所述电动缸(4)的输出端控制筒体(53)与模拟机构(6)之间的距离，所述模拟机构(6)的内部输送液态水，所述模拟机构(6)设置在筒体(53)正上方的位置，液态水由上至下对土柱块进行冲刷。
2.根据权利要求1所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述筒体(53)表面的下方位置固定连接有升降台(51)，所述升降台(51)顶部靠近筒体(53)的位置固定连接有侧向罐(52)，所述磨底组件(56)的底部与集水罐(2)内侧面的中部位置固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述承接组件(55)包括侧面台(551)，所述侧面台(551)的顶部与筒体(53)的底部固定连接，所述侧面台(551)的上方位置设置有扩口，所述侧面台(551)内侧面的下方位置开设有内螺纹(552)。
4.根据权利要求3所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述侧面台(551)内侧面的中部位置固定连接有注浆管(553)，所述注浆管(553)的数量设置有若干个，且若干个注浆管(553)呈轴对称均匀分布，所述注浆管(553)的表面固定连接有弯折管(554)。
5.根据权利要求4所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述磨底组件(56)包括电机(561)，所述电机(561)的底部与集水罐(2)内侧面的中部位置固定连接，所述电机(561)输出端的转轴固定连接有延伸杆(562)。
6.根据权利要求5所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述延伸杆(562)的顶端固定连接有开孔盘(563)，所述开孔盘(563)的表面开设有若干个通孔，所述开孔盘(563)顶部靠近边缘的位置固定连接有螺纹筒(564)。
7.根据权利要求1所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述模拟机构(6)包括储水罐(61)，所述储水罐(61)表面的下方位置与支撑台(3)表面的上方位置进行固定连接，所述储水罐(61)的顶部固定连接有防护盖(62)。
8.根据权利要求7所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述防护盖(62)顶部的中部位置固定连接有液压缸(63)，所述液压缸(63)的输出端固定连接有柱塞盘(64)，所述储水罐(61)的底部固定连接有增压组件(65)。
9.根据权利要求8所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述增压组件(65)包括壳体(651)，所述壳体(651)的顶部与储水罐(61)的底部固定连接，所述壳体(651)的底部设置有凸起体(652)，所述壳体(651)的底部固定连接有限位板(653)。
10.根据权利要求9所述的一种雨水渗流土柱的侵蚀实验设备，其特征在于：所述壳体(651)的表面固定连接有水泵(655)，所述凸起体(652)的内侧面转动连接有转动球(654)，所述限位板(653)将转动球(654)限位在凸起体(652)的内侧面。
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