[发明专利]一种测量细粒土耐溅蚀能力的装置及方法

说明书

技术领域

本发明隶属于岩土工程技术领域，具体涉及一种测量细粒土耐溅蚀能力的装置，还涉及一种测量细粒土耐溅蚀能力的方法。

背景技术

土壤的溅蚀是土侵蚀的重要形式和组成部分，是指由于降雨雨滴打击土壤表层，导致土壤颗粒分散和迁移的一种侵蚀过程。其是土壤侵蚀过程的前期阶段和关键环节，并影响着边坡稳定。

雨滴溅蚀的过程同时是一个能量转化的过程：地表未产生径流时，具有动能的雨滴打击地表，一部分能量被土壤颗粒吸收，转化为热能。而未被吸收的“过剩”能量破坏了土壤结构，甚至转化为土粒势能，使一部分土粒跃移。由于重力的作用，这些被溅起的土粒重新落到地表，成为“孤立”的土粒。随着雨滴的不断打击，这种溅起土粒的过程不断进行。当地表产生径流后，雨滴直接作用的对象则由土壤转变为“水层”。即雨滴首先与水层发生碰撞，一部分能量被水层吸收发热，而“剩余”的能量再次与土壤碰撞，该剩余的能量一部分被土壤颗粒吸收，另一部分则用于破坏土壤结构。但此时这种“二次剩余”能量较小，产生的溅蚀就较小。

虽雨滴直径一般不超过6mm，但是长时间集中暴雨所集聚的能量仍是不可小觑，因此其强度受降雨影响显著。现阶段，雨滴的溅蚀量一般用溅蚀盘或溅蚀杯法测得。溅蚀量影响因素大致可分为两类：一是动能因素，与雨滴大小、降落速度有关；二是地表因素，与土壤类别、土壤表层密度、植被条件等有关。国内外学者，针对上述影响因素做了大量试验，但是大多只研究了溅蚀量的变化，土壤的溅蚀破坏情况却没有进一步研究。因此，研究土壤在溅蚀过程中其表面的破坏状况对于细粒土的耐溅蚀能力研究意义重大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述缺陷，为了确定细粒土在雨水作用下的破坏情况，评价细粒土的耐溅蚀性能，提出一种测量细粒土耐溅蚀能力的装置，还提出了一种测量细粒土耐溅蚀能力的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种测量细粒土耐溅蚀能力的装置，包括供水系统，还包括主体管构、雨滴控制系统和测量系统，

供水系统包括水容器，水容器通过橡皮软管与主体管构的上端连通，橡皮软管上设置有止水夹，

主体管构的上端设置有溢水管，溢水管下方设置有溢水接收瓶，

雨滴控制系统包括设置在主体管构上的调节阀、设置在主体管构下端的滴水器以及设置在滴水器的滴水口的止水套，

测量系统包括设置在试验环境箱的顶部内壁的摄像头以及位于试验环境箱内的测试土样的上方的激光测距仪。

如上所述的主体管构包括第一垂直管段、水平管段和第二垂直管段，第一垂直管段的底端与水平管段的一端连通，水平管端的另一端与第二垂直管段的顶端连通，第一垂直管段的顶端通过橡皮软管与水容器连通，溢水管设置在第一垂直管段的上部，调节阀设置在水平管段上，滴水器设置在第二垂直管段的底端。

如上所述的第一垂直管段、水平管段和第二垂直管段均为管径为25mm的PVC管，水容器的容积为4L，滴水器的滴水口径为10ml，试验环境箱为板厚3mm的透明亚力克板，试验环境箱的高×宽×长为1200cm×40cm×40cm。

主体管构主要为保证试验过程中管道的水压保持稳定，雨滴控制系统主要为控制单位时间内水滴的滴落滴数，测量系统主要为测量细粒土表面在水滴作用下产生溅蚀坑的深度及面积，试验环境箱主要为消除环境因素对试验造成的干扰。

当水流漫过至溢水管时，水将从溢水管流出以保持管道内水压稳定。

一种利用权利要求1所述的装置测量细粒土耐溅蚀能力的方法，包括以下步骤：

步骤1、制备测试土样，测试土样为原状土或压实土，测试土样的形状均为圆柱形土样；

步骤2、控制滴水器的滴水口的水滴在单位时间内的滴落滴数；

步骤3、首先将测试土样放置入试验环境箱中，并采用激光测距仪对测试土样的表面高度数据H1进行采集，然后打开止水套设定时间对测试土样进行测试实验，测试试验完成后，关闭调节阀，采用激光测距仪和摄像头分别对测试土样的溅蚀坑深度和面积进行测量。

如上所述的压实土的制备包括以下步骤：

步骤1.1、首先筛除试料中粒径大于40mm的颗粒，然后再采用四分法分样将已过筛的试料依次采用四分法分成8份，将其中6份试料分别加入设定的不同量的水，拌匀后闷料一夜备用，