[實用新型]模擬非飽和帶瞬態流-穩態流轉化機理的試驗裝置

有效

• 申請號: 201820076926.2
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN207964552U
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 王宇;沈月強;張輝;江睿君
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04;G01N15/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本實用新型公開了一種模擬非飽和帶瞬態流?穩態流轉化機理的試驗裝置，包括用于模擬土體的敞口玻璃瓶以及設置在其上方的供水裝置，供水裝置底部設置有出口正對玻璃瓶頂部的出水管，出水管上設置流速控制閥門；玻璃瓶底部開設玻璃瓶出水口，玻璃瓶出水口設置有橡皮塞；供水裝置底部還設置有一排水管和進水水管，排水管頂端伸入供水裝置容腔內，進水管連接在水閘與供水裝置之間；將水在非飽和土中的流動概化為在重力作用下水在垂向排列的開孔容器中流動的一維流模型，利用水量平衡原理和伯努利方程，進行水力計算和推導，得到任意時刻任意容器單元的流速和水位關系，并通過試驗對該模型進行了驗證，結果符合理論設想，也符合非飽和土滲流規律。

技術領域

本實用新型涉及水文地質與工程地質技術領域，具體涉及一種模擬非飽和帶瞬態流-穩態流轉化機理的試驗裝置。

背景技術

非飽和帶是地下水與大氣降水、地表水進行交換的必經通道，是銜接地表水和地下水的紐帶，在地下水科學、環境科學、農林水利工程以及地質災害防治工程中非飽和帶起著舉足輕重的作用，且在我國西北干旱半干旱地區，荒漠化與水土流失嚴重，生態環境極其脆弱，因此，進行非飽和帶水分運移規律的研究，對該區地下水資源的定量評價、地表植被的生態效應問題以及工程地質問題的研究意義重大。

目前常用的模擬非飽和帶入滲的方法可以總結為一維土柱瞬態入滲法，其原理是將水在柱狀土體中的流動概化為一維流入滲，在上部邊界施加一定的補給量，通過觀測不同時刻不同深度土體中水份的含量，利用達西定律、能量守恒原理等數學手段，得到重力作用下水份在所研究土體中的遷移規律，從而預測出一定補給條件下不同時刻非飽和土的含水率或不同含水率下土壤的持水能力。其中，構成土柱的方式有直接取原狀土柱樣、將土夯填在柱狀容器中或將環刀樣按一定順序壘成柱狀等手段，觀測土體含水率的方式有直接稱重法、插水分計、電阻法、γ射線法等。經過大量驗證，這些方式得到的土水特征曲線是可信的，然而水在非飽和土中的流動是抽象的，無法像地表水一樣直觀地呈現出來；且一維土柱瞬態入滲法在研究不同滲透特性、不同深度的土的滲透性變化時耗力、耗時難以操作，在實驗過程中測含水率的成本也會隨測量精度的提高而大大增加。理論推導瞬態流-穩態流轉化機理一般借助非飽和土力學的公式，但是計算過程是相對復雜的。

因此，為了直觀、方便、簡單且經濟地模擬出水在非飽和帶從瞬態到穩態的變化過程，有必要提出一套新的模型以及試驗方案來補充現有的室內模擬試驗，為研究非飽和帶水份的遷移規律提供新的思路。

實用新型內容

為了解決現有理論模型繁瑣，室內模擬不直觀、難以靈活控制入滲條件等問題，本實用新型提供了一種模擬非飽和帶瞬態流-穩態流轉化機理的試驗裝置。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是，模擬非飽和帶瞬態流-穩態流轉化機理的試驗裝置，包括用于模擬土體的敞口玻璃瓶以及設置在玻璃瓶上方的供水裝置，供水裝置的底部設置有出口正對玻璃瓶頂部開口的出水管，出水管上設置有流速控制閥門；玻璃瓶底部開設有玻璃瓶出水口，還包括用來密封玻璃瓶出水口的橡皮塞；供水裝置底部還設置有一排水管和用于給供水裝置加水的進水水管，排水管頂端伸入供水裝置容腔內，進水管連接在水閘與供水裝置之間。

玻璃瓶至少為一個，當玻璃瓶數量大于時，玻璃瓶之間同軸豎直設置，供水裝置設置在頂級玻璃瓶的正上方。

還包括設置在末級玻璃瓶下方用于容納末級玻璃瓶出水的水槽，水槽上設有刻度。

玻璃瓶內徑為3.6cm、高19cm、出口孔徑小于2mm、最大容積165mL；玻璃瓶上設有刻度；用緊固螺絲將玻璃瓶用金屬管卡固定在墻面上，相鄰兩玻璃瓶之間的間隔為1cm，金屬管卡直徑75cm。

供水裝置放置在由固定螺絲固定的面板上，進水管一端與水閘相連，另一端設置在供水裝置的上部敞口處。

排水管直徑為2cm，出水管的直徑為0.5cm，進水管直徑為1.5cm。

本實用新型裝置的使用過程包括以下步驟：