技术领域
[0001] 本
发明涉及土体研究技术领域，尤其是涉及一种
地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法。
背景技术
[0002] 降雨入渗、水库蓄水或放水、地下水开采或回灌等均易引起地下水位
波动。降雨入渗和地下水位波动均能促使土体内部发生剧烈渗流活动，而渗流会改变土的含水率大小，进而又影响到非饱和土基质吸
力的大小。当地下水位升高时，非饱和土的含水率增大，会使基质吸力降低，造成土的抗剪强度降低，容易在其他因素的作用下引发水库岸坡滑塌、边坡失稳等灾害；当地下水位降低时，土的含水率随之下降，空隙水压力减小，当含水率下降幅度较大时，地面一般会出现沉降或塌陷现象。为了避免上述现象造成重大
自然灾害，常常需要研究地下水位升降对土体含水率的影响。
[0003]
现有技术中，研究地下水位升降对土体含水率的影响的方法中的一种是采用
原型观测方法，在所观测的区域内，埋设水土势、水分、
温度、盐分等方面的监测装置，对相关数据开展实时或定时监测和采集。但是采用原型观测的方法有一些缺点，例如原型观测尺度大，影响因素多，无法对降雨强度及地下水位的变化进行控制，且原型观测对仪器设备要求高，可用于原型观测的仪器设备少等，很难取得全面且准确的数据；又例如观测成本高，需要消耗大量人力和物力。
[0004] 另一种是基于土力学和
热力学的渗流理论计算和数值模拟方法；但是这种模拟方法在建立理论计算模型或数值模型时，引入了大量假设，并对实际工程的复杂性进行了简化处理，得到结果往往与实际情况出入较大。
[0005] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
[0006] 本发明是鉴于上述技术问题而提出的，其目的在于提供一种地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法。
[0007] 本发明能够在实验室环境下模拟水库蓄水或放水、地下水开采或回灌等引起的地下水位升降情况，并测定不同高度处土体的水土势、含水率、温度、含盐量的大小；具有操作简单，便于实施，可靠性高的有益效果。
[0008] 为实现本发明的目的采用如下技术方案：
[0009] 本发明提供了一种地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法，包括样本土体装填步骤，将采集来的样本土体装填于土体渗流试验装置的土体装填空间中，形成待测土体；以及
[0010] 模拟地下水位波动检测分析步骤，利用所述土体渗流试验装置模拟不同地下水位升降速率对所述待测土体进行人工水位波动影响并对不同地下水位升降速率下所述待测土地的土水势、温度、含水率以及含盐量的数值进行检测得到地下水位波动影响数值，记录所述地下水位波动影响数值并分析不同地下水位升降速率下所述待测土体的土体渗流和水盐迁移规律。
[0011] 在上述技术方案的
基础上，进一步地，所述土体渗流试验装置包括透明水箱、立柱、内部形成为所述土体装填空间的透明桶、数据传感装置以及
数据采集装置；
[0012] 所述透明水箱通过高度调节底座固定于所述立柱的位于所述透明桶的上方的
位置处，所述高度调节底座能够对所述透明水箱相对于所述立柱的高度进行调节，在所述透明水箱的
箱体壁面上和所述立柱上分别设置有沿竖直方向延伸的刻度；
[0013] 在所述透明桶的底部的
侧壁上设置有透明桶进水口和透明桶出水口，在所述水箱的底部设置有出水口，所述出水口通过下部进水软管与所述透明桶进水口连接；
[0014] 在所述下部进水软管上设置有进水
阀，在所述透明桶出水管上设置有出水阀；
[0015] 所述数据传感装置包括多组
张力计和
土壤水分温度电导率集成
传感器，所述多组张力计和土壤水分温度电导率集成传感器沿竖直方向在所述透明桶体的周壁等间隔布置，各组张力计和土壤水分温度电导率集成传感器分别包括各自的一个张力计和一个土壤水分温度电导率集成传感器，且，所述一个张力计与所述一个土壤水分温度电导率集成传感器的高度相同，
[0016] 各个所述张力计的感应端和各个所述土壤水分温度电导率集成传感器的感应端分别穿过所述透明桶的桶壁伸入至所述透明桶的内部，且各个所述张力计和各个所述土壤水分温度电导率集成传感器分别与所述数据采集装置电连接。
[0017] 在上述技术方案的基础上，进一步地，
[0018] 所述样本土体装填步骤包括：
[0019] 在所述透明桶的底部均匀铺设碎石垫层、在所述碎石垫层的顶部铺设镂空隔板、在所述镂空隔板的顶部铺设至少一层润湿的纱布、向所述透明桶的内部分层填入采集来的样本土体。
[0020] 在上述技术方案的基础上，进一步地，
[0021] 在向所述透明桶的内部分层填入采集来的样本土体的过程中：
[0022] 填入所述透明桶的内部的每层所述样本土体的高度为3cm至4cm，且逐层进行
压实。
[0023] 在上述任一技术方案的基础上，进一步地，
[0024] 所述样本土体装填步骤还包括在所述透明桶的底部均匀铺设碎石垫层之前的：
[0025] 在所述透明桶的内壁上设置
覆盖所述透明桶出水口的金属网。
[0026] 在上述任一技术方案的基础上，进一步地，
[0027] 所述样本土体装填步骤还包括向所述透明桶的内部分层填入采集来的样本土体之后的：
[0028] 在所述透明桶的顶部设置镂空桶盖，并在所述镂空桶盖的顶部铺设至少一层润湿的纱布。
[0029] 在上述任一技术方案的基础上，进一步地，
[0030] 在所述样本土体装填步骤之前还包括样本土体处理步骤：
[0031] 将本样自然晾干后碾碎得到初始样本土体，使用圆孔筛对所述初始样本土体进行筛分得到所述样本土体。
[0032] 在上述任一技术方案的基础上，进一步地，
[0033] 所述模拟地下水位波动检测分析步骤包括：
[0034] 地下水位波动初始状态调整步骤，调整所述透明水箱的高度，记录所述立柱和所述透明水箱上的刻度值，用秒表记录时间；打开所述进水阀，使水位完全淹没所述待测土体，所述待测土体侵水达到饱和后，关闭所述进水阀，打开所述排水阀，使所述待测土体中的水自然流出；每间隔3min记录一次所述土壤水分温度电导率集成传感器测得的含水率，当连续记录3次，含水率均接近时，即认为该状态为地下水位波动初始状态，随后关闭所述排水阀；以及
[0035] 不排水状态下的模拟检测分析步骤，包括：
[0036] 利用所述高度调节底座调整所述透明水箱的高度，模拟水库水位升降，记录所述立柱和所述透明水箱上的刻度值，用秒表记录时间；打开所述进水阀，每隔2min记录一次各个所述张力计表示的读数以及各个所述土壤水分温度电导率集成传感器测得的含水率和含盐量；
[0037] 固定所述透明水箱的高度，记录所述立柱和所述透明水箱上的刻数，用秒表记录时间，通过调整所述进水阀的开度，控制水位的变化速率，模拟地下水位升降的变化速率，每隔1min记录一次各个所述张力计表示的读数以及各个所述土壤水分温度电导率集成传感器测得的含水率和含盐量。
[0038] 在上述技术方案的基础上，进一步地，
[0039] 所述模拟地下水位波动检测分析步骤还包括排水状态下的模拟检测分析步骤：
[0040] 固定所述透明水箱的高度，记录所述立柱和所述透明水箱上的刻数，用秒表记录时间，通过调整所述排水阀的开度，模拟不同排水速率下土体的渗流过程，然后打开排水阀，使水自然流出，每隔1min记录一次各个所述张力计表示的读数以及各个所述土壤水分温度电导率集成传感器测得的含水率和含盐量。
[0041] 在上述任一技术方案的基础上，进一步地，
[0042] 每相邻两个所述张力计的测试端之间的竖直间隔为10cm，且最上部的所述张力计的测试端与所述待测土体的顶面之间的竖直间隔、最下部的所述张力计的测试端与所述待测土体的底面之间的竖直间隔分别为10cm；并且，
[0043] 每相邻两个所述土壤水分温度电导率集成传感器的测试端之间的竖直间隔为10cm，且最上部的所述土壤水分温度电导率集成传感器的测试端与所述待测土体的顶面之间的竖直间隔、最下部的所述土壤水分温度电导率集成传感器的测试端与所述待测土体的底面之间的竖直间隔分别为10cm。
[0044] 结合以上技术方案，本发明的有益效果在于：
[0045] 本发明提供了一种地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法，包括样本土体装填步骤，将采集来的样本土体装填于土体渗流试验装置的土体装填空间中，形成待测土体；以及
[0046] 模拟地下水位波动检测分析步骤，利用土体渗流试验装置模拟不同地下水位升降速率对待测土体进行人工水位波动影响并对不同地下水位升降速率下待测土地的土水势、温度、含水率以及含盐量的数值进行检测得到地下水位波动影响数值，记录地下水位波动影响数值并分析不同地下水位升降速率下待测土体的土体渗流和水盐迁移规律。
[0047] 本发明提供的地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法，能够在实验室环境下模拟水库蓄水或放水、地下水开采或回灌等引起的地下水位升降情况，并测定不同高度处土体的水土势、含水率、温度、含盐量的大小；本发明提供的地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法解决了现有技术中心研究土体渗流和水盐迁移的影响规律时，限制因素多或与实际情况出入较大的技术问题，具有操作简单，便于实施，可靠性高的有益效果。
附图说明
[0048] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050] 图2为本发明中所提供的土体渗流试验装置的结构示意图；
[0051] 图3为本发明中所提供的土体渗流试验装置中镂空隔板的结构示意图；
[0052] 图4为本发明中所提供的多功能土体渗流试验装置中镂空桶盖的结构示意图。
[0053] 附图标记：S0－样本土体处理步骤；S1－样本土体装填步骤；S2－模拟地下水位波动检测分析步骤；S21－地下水位波动初始状态调整步骤；S22－不排水状态下的模拟检测分析步骤；S23－排水状态下的模拟检测分析步骤；100－透明桶；101－镂空隔板；102－碎石垫层；103－张力计；104-土壤水分温度电导率集成传感器；105－数据采集装置；106－透明桶进水口；107－透明桶出水口；108－进水阀；109－出水阀；110－镂空桶盖；200－透明水箱；201－立柱；202－高度调节底座；203－出水口；204－下部进水软管。
具体实施方式
[0054] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的
实施例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。
[0055] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0056] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0057] 图1是表示本发明的流程图；图2为本发明中所提供的土体渗流实验试验装置的结构示意图；图3为本发明中所提供的土体渗流实验试验装置中镂空隔板的结构示意图；图4为本发明中所提供的多功能土体渗流实验试验装置中镂空桶盖的结构示意图。
[0058] 本实施例提供了一种地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法。
[0059] 参考图1，该地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法包括样本土体装填步骤S1以及模拟地下水位波动检测分析步骤S2。
[0060] 在样本土体装填步骤S1中，将采集来的样本土体装填于土体渗流试验装置的土体装填空间中，形成待测土体；
[0061] 在模拟地下水位波动检测分析步骤S2中，利用土体渗流试验装置模拟不同地下水位升降速率对待测土体进行人工水位波动影响并对不同地下水位升降速率下待测土地的土水势、温度、含水率以及含盐量的数值进行检测得到地下水位波动影响数值，记录地下水位波动影响数值并分析不同地下水位升降速率下待测土体的土体渗流和水盐迁移规律。
[0062] 本实施例提供的地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法，能够在实验室环境下模拟水库蓄水或放水、地下水开采或回灌等引起的地下水位升降情况，并测定不同高度处土体的水土势、含水率、温度、含盐量的大小；本发明提供的地下水位升降对土体渗流和水盐迁移规律影响的检测方法解决了现有技术中心研究土体渗流和水盐迁移的影响规律时，限制因素多或与实际情况出入较大的技术问题，具有操作简单，便于实施，可靠性高的有益效果。
[0063] 另外，参考图2，在一些实施例中，在上述实施例的基础上，进一步地，上述土体渗流试验装置包括透明水箱200、立柱201、内部形成为土体装填空间的透明桶100、数据传感装置以及数据采集装置105。
[0064] 透明水箱200通过高度调节底座202固定于立柱201的位于透明桶100的上方的位置处，高度调节底座202能够对透明水箱200相对于立柱201的高度进行调节，在透明水箱200的箱体壁面上和立柱201上分别设置有沿竖直方向延伸的刻度。
[0065] 在透明桶100的底部的侧壁上设置有透明桶进水口106和透明桶出水口107，在水箱的底部设置有出水口203，出水口203通过下部进水软管204与透明桶进水口106连接。
[0066] 在下部进水软管204上设置有进水阀108，在透明桶出水管上设置有出水阀109。
[0067] 数据传感装置包括多组张力计103和土壤水分温度电导率集成传感器104，多组张力计103和土壤水分温度电导率集成传感器104沿竖直方向在透明桶100的周壁等间隔布置，各组张力计103和土壤水分温度电导率集成传感器104分别包括各自的一个张力计103和一个土壤水分温度电导率集成传感器104，且，一个张力计103与一个土壤水分温度电导率集成传感器104的高度相同，将张力计103和土壤水分温度电导率集成传感器104设置为相同的高度，可以使测试出的数据便于处理。
[0068] 各个张力计103的感应端和各个土壤水分温度电导率集成传感器104的感应端分别穿过透明桶100的桶壁伸入至透明桶100的内部，且各个张力计103和各个土壤水分温度电导率集成传感器104分别与数据采集装置105电连接。
[0069] 另外，参考图3，结合图1和图2，在一些实施例中，在上述实施例的基础上，更进一步地，样本土体装填步骤S1包括：
[0070] 在透明桶100的底部均匀铺设碎石垫层102、在碎石垫层102的顶部铺设镂空隔板101、在镂空隔板101的顶部铺设至少一层润湿的纱布、向透明桶100的内部分层填入采集来的样本土体。
[0071] 在这些实施例中，通过铺设碎石垫层102，可以将流入透明桶100内的水流均匀分散，防止水流对透明桶100底层的土体产生冲刷；设置镂空隔板101以及在镂空隔板101上铺设至少一层纱布，可以防止渗流和排水过程中细小的土颗粒被水流带走或填充到碎石垫层102中，同时还可以进一步分散水流。
[0072] 另外，在一些实施例中，在上述实施例的基础上，进一步地，在向透明桶100的内部分层填入采集来的样本土体过程中，
[0073] 填入透明桶100的内部的每层样本土体的高度为3cm至4cm，且逐层进行压实，其中，每层样本土体的高度可以为但不限于为3cm或3.2cm或3.8cm或4cm。
[0074] 在这些实施例中，通过上述步骤可以使桶内试验用的样本土体的孔隙率与原状土尽可能相同或接近，从而提高试验结果的准确性。
[0075] 另外，在一些实施例中，在上述实施例的基础上，进一步地，样本土体装填步骤S1还包括在透明桶100的底部均匀铺设碎石垫层102之前的：在透明桶100的内壁上设置覆盖透明桶出水口107的金属网。
[0076] 在这些实施例中，通过设置金属网，可以防止在排水过程中碎石垫层102中的一些碎石颗粒进入透明桶出水口107造成堵塞。
[0077] 另外，参考图4，结合图1至图3，在一些实施例中，在上述实施例的基础上，进一步地，样本土体装填步骤S1还包括向透明桶100的内部分层填入采集来的样本土体之后的：
[0078] 在透明桶100的顶部设置镂空桶盖110，并在镂空桶盖110的顶部铺设至少一层润湿的纱布。
[0079] 在这些实施例中，设置镂空桶盖110并在镂空桶盖110上铺设纱布，可以防止透明桶100中的样本土体在顶面产生一些
蒸发损失，从而影响测试数据。
[0080] 另外，在一些实施例中，在上述任一实施例的基础上，进一步地在样本土体装填步骤S1之前还包括样本土体处理步骤S11：将本样自然晾干后碾碎得到初始样本土体，使用圆孔筛对初始样本土体进行筛分得到样本土体，为保证筛分得到的样本土体的细腻性，可设置圆孔筛的直径为2mm左右。
[0081] 在这些实施例中，通过将本样自然晾干，可以避免因制作的样本土体含水率过大而导致试验数据不准确；将本样碾碎，可以将本样中的大气泡消除，使得到的样本土体更加接近原状土；将初始样本土体进行筛选，可以使的到的样本土体颗粒更加细小，在样本土体填充到透明桶100中，进行压实步骤时，样本土体更容易被压实。
[0082] 另外，在一些实施例中，在上述任一实施例的基础上，进一步地模拟地下水位波动检测分析步骤S2包括地下水位波动初始状态调整步骤S21以及地下水位波动初始状态调整步骤S22。
[0083] 在地下水位波动初始状态调整步骤S21中：调整透明水箱200的高度，记录立柱201和透明水箱200上的刻度值，用秒表记录时间；打开进水阀108，使水位完全淹没待测土体，待测土体侵水达到饱和后，关闭进水阀108，打开排水阀，使待测土体中的水自然流出；每间隔3min记录一次土壤水分温度电导率集成传感器104测得的含水率，当连续记录3次，含水率均接近时，即认为该状态为地下水位波动初始状态，随后关闭排水阀；
[0084] 地下水位波动初始状态调整步骤S22包括：
[0085] 利用高度调节底座202调整透明水箱200的高度，模拟水库水位升降，记录立柱201和透明水箱200上的刻度值，用秒表记录时间；打开进水阀108，每隔2min记录一次各个张力计103表示的读数以及各个土壤水分温度电导率集成传感器104测得的含水率和含盐量；
[0086] 固定透明水箱200的高度，记录立柱201和透明水箱200上的刻数，用秒表记录时间，通过调整进水阀108的开度，控制水位的变化速率，模拟地下水位升降的变化速率，每隔1min记录一次各个张力计103表示的读数以及各个土壤水分温度电导率集成传感器104测得的含水率和含盐量。
[0087] 另外，在一些实施例中，在上述实施例的基础上，进一步地，模拟地下水位波动检测分析步骤S2还包括排水状态下的模拟检测分析步骤S23：
[0088] 固定透明水箱200的高度，记录立柱201和透明水箱200上的刻数，用秒表记录时间，通过调整排水阀的开度，模拟不同排水速率下土体的渗流过程，然后打开排水阀，使水自然流出，每隔1min记录一次各个张力计103表示的读数以及各个土壤水分温度电导率集成传感器104测得的含水率和含盐量。
[0089] 另外，在一些实施例中，在上述任一实施例的基础上，进一步地，每相邻两个张力计103的测试端之间的竖直间隔为10cm，且最上部的张力计103的测试端与待测土体的顶面之间的竖直间隔、最下部的张力计103的测试端与待测土体的底面之间的竖直间隔分别为[0090] 10cm；并且，
[0091] 每相邻两个土壤水分温度电导率集成传感器104的测试端之间的竖直间隔为10cm，且最上部的土壤水分温度电导率集成传感器104的测试端与待测土体的顶面之间的竖直间隔、最下部的土壤水分温度电导率集成传感器104的测试端与待测土体的底面之间的竖直间隔分别为10cm。
[0092] 另外，需特别说明的是，为保证试验过程的数据准确性，避免其他杂质的污染，在本实施例中使用的透明桶、透明水箱、镂空隔板以及镂空桶盖可分别由透明的有机玻璃制成。
[0093] 最后应说明的是：本
说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
