[發(fā)明專利]一種模擬巖石裂隙及測量根系在裂隙中的徑向壓力的裝置

有效

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• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106768560B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊渝南;王震;朱恒;李永甫;劉杰;張弘杰;蔡高峰
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 成鋼

一種模擬巖石裂隙及測量根系在裂隙中的徑向壓力的裝置，包括夾具、壓力采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲分析系統(tǒng)；所述夾具包括固定外殼體、上夾板、下夾板、調(diào)節(jié)夾板和楔形塞，以模擬巖石裂隙；植物的根系穿過夾具，夾具內(nèi)設(shè)有壓力傳感器，壓力傳感器與壓力采集系統(tǒng)通過第一數(shù)據(jù)線連接，壓力采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)存儲分析系統(tǒng)中的處理器通過第二數(shù)據(jù)線連接。采用上述結(jié)構(gòu)，能夠模擬巖石裂隙，并使得植物根系在類似巖石裂隙的環(huán)境中生長，同時測量根系在生長過程中對巖壁產(chǎn)生的徑向壓力，還可長期監(jiān)測根系的生長過程及壓力的變化過程，為研究植物根系的破巖規(guī)律提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及邊坡穩(wěn)定性研究領(lǐng)域，特別是一種模擬巖石裂隙及測量根系在裂隙中的徑向壓力的裝置。

背景技術(shù)

在植物根系對邊坡穩(wěn)定性影響的相關(guān)研究中，絕大多數(shù)的研究都集中在根系與土之間的相互作用，即根系的固土能力方面，而對根系與巖體相互作用的研究卻非常少。事實上，根系較長的喬木和灌木，對巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生影響，因為巖石是脆性材料，即使是微小變形也會給巖體帶來破壞，當植物根系生長深入到巖石微裂隙中，隨著根的不斷增粗和增長，由此產(chǎn)生的作用力會長期的作用在巖體上，微裂隙會不斷增大，最終破壞掉巖體結(jié)構(gòu)。根系的這種破壞作用我們稱之為植物根系的破巖能力。

這種破巖能力對邊坡穩(wěn)定性的影響主要分為兩個方面：當邊坡坡度較為平緩時，這種破巖能力能增加根系伸入巖層的深度，增加錨固作用，增強邊坡的穩(wěn)定性；當邊坡坡度陡峭（>70°）時，這種破巖能力易導致巖體松動、碎裂甚至形成大塊巖石的坍塌，對邊坡的穩(wěn)定性不利。

由此可見，植物根系的破巖能力有非常重要的研究價值，而國內(nèi)目前尚無比較成熟的研究方法和試驗裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種模擬巖石裂隙及測量根系在裂隙中的徑向壓力的裝置，可以模擬巖石裂隙，并使得植物根系在類似巖石裂隙的環(huán)境中生長，同時測量根系在生長過程中對巖壁產(chǎn)生的徑向壓力，還可長期監(jiān)測根系的生長過程及壓力的變化過程，為研究植物根系的破巖規(guī)律提供重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種模擬巖石裂隙及測量根系在裂隙中的徑向壓力的裝置，包括夾具、壓力采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲分析系統(tǒng)，植物的根系穿過夾具，夾具內(nèi)設(shè)有壓力傳感器，壓力傳感器與壓力采集系統(tǒng)通過第一數(shù)據(jù)線連接，壓力采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)存儲分析系統(tǒng)中的處理器通過第二數(shù)據(jù)線連接。

優(yōu)選的方案中，所述的壓力采集系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集電路，壓力傳感器與數(shù)據(jù)采集電路連接，數(shù)據(jù)采集電路與數(shù)據(jù)存儲分析系統(tǒng)連接。

優(yōu)選的方案中，所述的第一數(shù)據(jù)線由多根數(shù)據(jù)線組成，其一端與壓力傳感器相連，連接處做防水處理，例如用防水塑料薄膜密封或用蠟、塑料等絕緣材料包裹在外層進行密封。防水數(shù)據(jù)線的另一端設(shè)置防水盒，以保護裸露在外的金屬接頭。防水盒為塑料盒體，盒蓋四周有橡膠墊圈，盒蓋閉合時可完全密封并鎖緊，盒蓋打開后可將數(shù)據(jù)線接頭拉出，連接到數(shù)據(jù)采集電路上。

優(yōu)選的方案中，所述的夾具包括固定外殼體，固定外殼體為U形柱狀結(jié)構(gòu)體，固定外殼體內(nèi)設(shè)有平行設(shè)置的上夾板和下夾板，壓力傳感器固定在下夾板頂面上，固定外殼體相對于開口側(cè)的另一側(cè)上設(shè)有預留孔，根系穿過預留孔和固定外殼體開口側(cè)，根系位于固定外殼體內(nèi)的部分由上夾板和下夾板之間穿過。

優(yōu)選的方案中，所述的固定外殼體相對的兩個側(cè)壁的內(nèi)側(cè)上設(shè)有多組凹槽，上夾板和下夾板通過凹槽與固定外殼體相對固定設(shè)置，上下夾板插入凹槽后相互平行，且距離固定，以模擬巖石縫隙，插入不同的凹槽可以調(diào)節(jié)夾板間的距離，以適應(yīng)不同粗細的根系。

優(yōu)選的方案中，所述的上夾板上設(shè)有螺紋孔，定位螺絲通過螺紋孔與上夾板連接，定位螺絲位于上夾板下方的一端上設(shè)有調(diào)節(jié)壓板,當旋轉(zhuǎn)定位螺絲時，調(diào)節(jié)壓板隨之上下移動，用以調(diào)節(jié)壓住根系的壓力大小。

優(yōu)選的方案中，所述的定位螺絲位于上夾板上方的一端上設(shè)有旋鈕。