毛细水迁移监测设备及方法与流程

本发明涉及岩土工程施工建设，具体涉及毛细水迁移监测设备，本发明还涉及毛细水迁移监测设备的监测方法。

背景技术：

1、非饱和土是指土壤孔隙由水和空气填充，即饱和度小于100％但大于0的土壤，非饱和土在自然界广泛地存在，地表大部分土体都是非饱和土。渗流是指流体在如土壤、岩石等多孔介质中的运动。这种运动主要是由于流体压力差引起的，渗流在地下水补给、污染物迁移、土地排水、土壤水分保持以及许多其他地质和工程问题中扮演着重要角色。渗流作用下，土壤结构可能发生变化，导致侵蚀和沉积现象，影响土地的耕作条件和生态环境，渗流是导致非饱和土失稳和建筑物损坏的重要原因之一。非饱和土渗流对土体的稳定性有重要影响，尤其是在降雨、蒸发等自然条件下，非饱和土的力学性质会发生变化，影响边坡、堤坝等工程结构的稳定性。精确评估非饱和土渗流有助于预防和减少工程灾害。

2、当前，学术界和工程界对饱和土渗流已有较丰富的研究，而对非饱和土渗流的探索仍不够深入，土体微观孔隙中毛细水迁移规律尚不清晰。非饱和土是具有复杂孔隙结构的多孔隙介质，毛细水在不同尺寸孔隙中的储存形态与渗流特征都对土体宏观力学性质有重要影响。然而，现有非饱和土渗流试验装置只能测定流经土体的总水量，仅能宏观描述土体渗透性大小，不能反映不同尺寸孔隙中毛细水的渗流特征，也无法揭示毛细水迁移规律和固-液接触角变化机制。

3、针对上述问题，本发明团队设计了一种毛细水迁移监测设备，旨在揭示毛细水在不同尺寸孔隙中的迁移规律，还提出了该设备的监测方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种毛细水迁移监测设备，可实现非饱和土微观孔隙中毛细水迁移过程的可视化以及提供其监测方法。

2、本发明一方面，提供了毛细水迁移监测设备，包括第一李氏瓶，所述第一李氏瓶下方连有导液管，所述导液管一端与第二李氏瓶相连，另一端与压力室相连，所述第一李氏瓶下侧的导液管上设有第一止水夹，所述第二李氏瓶下侧的导液管上设有第二止水夹，所述压力室一侧上设置有气压表、放气阀门和气压控制系统，所述压力室内部下侧水平设有一固定板，所述固定板上竖直贯穿有若干直径不一的毛细管，所述第一李氏瓶一侧设有可观测压力室和第二李氏瓶的观测机构。

3、进一步地，所述气压控制系统输入端与空气压缩机相连、输出端与压力室相连，为压力室提供所需压力。

4、进一步地，所述压力室由刚性玻璃制成。

5、进一步地，所述毛细管由有机玻璃制成。

6、再进一步地，所述第一李氏瓶的高度与压力室相同，第二李氏瓶底端高于毛细管顶端。

7、更进一步地，所述观测机构为数码相机。

8、本发明另一目的是提供毛细水迁移监测设备的监测方法，包括如下步骤：

9、s1：观测非饱和土孔隙充水过程：打开第一止水夹的同时关闭第二止水夹，第一李氏瓶内的水通过导液管进入毛细管，此时毛细管均为非满水状态，打开气压控制系统控制开关，根据气压表的读数分级减小压力室内气压值，使毛细管内液面逐渐上升，直至毛细管中尺寸最大的毛细管充满水，关闭气压控制系统开关，用观测机构记录观测过程，如此完成孔隙充水过程；

10、s2：观测土体孔隙排水过程：关闭第一止水夹的同时打开第二止水夹，此时毛细管均为充满水状态，打开气压控制系统控制开关，根据气压表的读数分级增大压力室内气压值，使毛细管内液面逐渐降低，水通过导液管从毛细管排出至第二李氏，直至毛细管中尺寸最小的毛细管排水完成，用观测机构记录观测过程，关闭气压控制系统开关，如此完成孔隙排水过程；

11、s3：观测过程结束后：打开放气阀门使压力室内恢复标准大气压状态即可。

12、本发明的有益效果是：

13、1.提供一种可直接观测非饱和土毛细水迁移过程的设备，通过人工制取毛细管模拟土体孔隙，材料简单易得、成本低廉、可用于揭示毛细水在不同尺寸孔隙中的迁移规律，有效弥补当前学术研究和工程实践中的不足，为非饱和土渗流理论完善和软土地基处治提供实践基础，对非饱和土渗流研究和软土地基渗流处治设计都具有重要价值。

14、2.提供一种软土地基非饱和土毛细水迁移规律监测方法，操作方便，易于掌握，能直观展示毛细水在土体孔隙中的迁移过程，便于科学研究与工程运用。

技术特征：

1.毛细水迁移监测设备，其特征在于：包括第一李氏瓶(9)，所述第一李氏瓶(9)下方连有导液管(6)，所述导液管(6)一端与第二李氏瓶(10)相连，另一端与压力室(4)相连，所述第一李氏瓶(9)下侧的导液管(6)上设有第一止水夹(7)，所述第二李氏瓶(10)下侧的导液管(6)上设有第二止水夹(8)，所述压力室(4)一侧上设置有气压表(2)、放气阀门(3)和气压控制系统(1)，所述压力室(4)内部下侧水平设有一固定板(12)，所述固定板(12)上竖直贯穿有若干直径不一的毛细管(5)，所述第一李氏瓶(9)一侧设有可观测压力室(4)和第二李氏瓶(10)的观测机构。

2.根据权利要求1所述的毛细水迁移监测设备，其特征在于：所述气压控制系统(1)输入端与空气压缩机相连、输出端与压力室(4)相连，为压力室(4)提供所需压力。

3.根据权利要求1所述的毛细水迁移监测设备，其特征在于：所述压力室(4)由刚性玻璃制成。

4.根据权利要求1所述的毛细水迁移监测设备，其特征在于：所述毛细管(5)由有机玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的毛细水迁移监测设备，其特征在于：所述第一李氏瓶(9)的高度与压力室(4)相同，第二李氏瓶(10)底端高于毛细管(5)顶端。

6.根据权利要求1所述的毛细水迁移监测设备，其特征在于：所述观测机构(11)为数码相机。

7.根据权利要求1-6任一所述的毛细水迁移监测设备的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结本发明涉及一种毛细水迁移监测设备，包括第一李氏瓶，第一李氏瓶下方连有导液管，导液管一端与第二李氏瓶相连，另一端与压力室相连，第一李氏瓶下侧的导液管上设有第一止水夹，第二李氏瓶下侧的导液管上设有第二止水夹，压力室一侧上设置有气压表、放气阀门和气压控制系统，压力室内部下侧水平设有一固定板，固定板上竖直贯穿有若干直径不一的毛细管，第一李氏瓶一侧设有可观测压力室和第二李氏瓶的观测机构；本发明还涉及监测方法，观测过程中，通过调节压力室内气压为正值或负值，第一、第二止水夹打开或关闭，水将被排出或充满毛细管内，利用观测机构记录该过程，即可得到非饱和土毛细水迁移规律。技术研发人员：董均贵,李析男,付国栋,李莎莎,赵芳受保护的技术使用者：贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2