[發明專利]一種風力土壤應力測試儀及其使用方法

在審

• 申請號: 202011405588.0
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112525729A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 張加瓊;湯耀;鄭粉莉;王一菲;富涵
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/56;G01N5/04
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本申請的一種風力土壤應力測試儀及其使用方法，包括包括試驗箱體、噴槍、供氣裝置、供沙裝置和時間控制裝置；噴槍設有進氣口、進沙口和噴嘴；供氣裝置通過輸氣管連接進氣口，供沙裝置通過供沙管連接進沙口，噴嘴伸入試驗箱體內部；輸氣管上設置有流量控制器，流量控制器與時間控制裝置連接。本申請還包括風力土壤應力測試儀的使用方法。本申請采用風沙流模擬土壤在自然環境中受到的剪切力，可計算不同剪切時長下風力土壤應力測試儀測得的土樣抗剪強度，獲得試驗土樣土壤抗剪強度的動態變化過程，為土壤侵蝕過程中土壤抗剪強度快速測定提供了重要方法支持。

技術領域

本申請涉及土壤抗剪強度檢測領域，尤其涉及一種風力土壤應力測試儀及其使用方法。

背景技術

土壤侵蝕是全球性的重大環境問題之一，與糧食安全、水資源危機、生物多樣性喪失和生態系統崩潰等多種全球高風險事件密切相關。我國土壤侵蝕表現非常強烈，約1/3的國土面積受土壤侵蝕危害，因而土壤侵蝕防治一直是國家重視的關乎國計民生的重大問題。土壤侵蝕過程中，明確土壤抗剪強度是開展土壤侵蝕過程與機理研究的重要基礎，同時，土壤抗剪強度也是侵蝕預報模型中主要的土壤參數之一。土壤抗剪強度是表征土體抵抗剪切破壞的極限強度的重要參數，可通過剪切試驗測定。

現有的土壤抗剪強度測定技術分為室內測定和室外測定兩種，室內測定土壤抗剪強度常用直剪測定儀、三軸剪切測定儀和旁壓測定儀；室外則有便攜式十字板剪切測定儀、電機皮帶輪式剪切測定儀、剪切環等。直剪測定儀對土樣的作用力往往分布不均勻且極易導致土樣剪切面的邊緣發生形變。三軸剪切測定試驗儀裝置復雜，價格昂貴，其假設土樣以軸對稱狀態受力，不符合侵蝕過程中土壤的實際受力情況。旁壓測定儀在鉆頭的埋入與預啟動中受到明顯的人為擠壓效應，因而測定結果誤差較大，其常用于土木工程施工等地基土壤力學性質分析，較少應用于土壤侵蝕領域。電機皮帶輪式剪切測定儀的電機等設備對實驗環境要求較高且每次移動后需要重新調試，因此運用受限；剪切環可測定原位土壤抗剪強度，卻因其采用下邊緣帶刃長方形剛性薄壁方框切入土壤的方式測定，人為操作影響較大。便攜式十字板剪切測定儀原理簡單、操作方便、原位測試效果較好，在現行的土壤抗剪強度測試中應用較廣泛；但其也同樣是通過對土樣施加垂直載荷或橫向載荷的方式來模擬土壤受到的剪切力，也不符合土壤侵蝕過程中外營力對表層土壤的剪切方式。

可見，現有的土壤抗剪強度測定裝置普遍存在的問題是獲得的測試結果為目標土體被破壞受到的總體剪切力，既不能客觀反映以風力吹蝕方式作用于土壤的剪切力，也不能得到土壤受上述外力作用過程中土壤抗剪強度的動態變化。

發明內容

本申請提供了一種風力土壤應力測試儀及其使用方法，以解決現有測定土壤抗剪強度的裝置不能良好反映風力吹蝕作用于土壤的剪切力，也不能獲得風蝕過程中土壤抗剪強度動態變化數據的問題。

本申請采用的技術方案如下：

一種風力土壤應力測試儀，其特征在于，包括試驗箱體、噴槍、供氣裝置、供沙裝置和時間控制裝置；

所述噴槍設有進氣口、進沙口和噴嘴；

所述供氣裝置通過輸氣管連接所述進氣口，所述供沙裝置通過供沙管連接所述進沙口，所述噴嘴延伸入所述試驗箱體內；

所述輸氣管上設置有流量控制器，所述流量控制器與所述時間控制裝置連接。

進一步地，所述輸氣管上設置有氣壓測量裝置。

進一步地，所述試驗箱體外設置有支撐桿，所述支撐桿遠離所述試驗箱體的一端連接有所述供沙裝置。

進一步地，所述試驗箱體內設置有回收盤和樣品架；所述試驗箱體的側面半閉合設置。

進一步地，所述時間控制裝置為單片機。

進一步地，所述噴槍設置有閥門。

一種風力土壤應力測試儀的使用方法，所述使用方法包括以下步驟：