[发明专利]土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法

说明书

本申请公开了一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法，该土壤管道流输沙能力模拟试验装置包括土壤管道流模拟管、混合漏斗、接收容器、称重器以及多个压力传感器，土壤管道流模拟管的内壁上粘附有模拟土壤管道环境的沙粒，各压力传感器沿土壤管道流模拟管的延伸方向依次间隔设置于土壤管道流模拟管上，混合漏斗的进料口加入沙子和水流，并在混合漏斗内混合形成含沙水流，混合漏斗的出料口与土壤管道流模拟管的一端连接，土壤管道流模拟管的另一端与接收容器连接，且接收容器放置于称重器上。本申请解决了缺少定量研究土壤管道流的试验装置的技术问题。

技术领域

本申请涉及土壤侵蚀及泥沙运移规律试验研究领域，具体而言，涉及一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法。

背景技术

土壤管道流引起的土壤侵蚀过程发生在地下，具有隐蔽性且不容易被地表监测所发现，因此，在过去的研究工作中一直被忽视，但其对流域内的侵蚀产沙过程具有重要的贡献。

与地表薄层径流和沟道内的明渠流不同，土壤管道流的特性和输沙规律明显不同，特别是土壤管道内粗糙的不均匀性质，其水流特性和输沙规律会存在明显差异。在土壤管道内，当径流输沙能力达到饱和输沙能力，泥沙颗粒就会在土壤管道内发生沉积，而当沉积过程不断积累，土壤管道则会发生堵塞，进而引发堵塞处水压力不断增强，最终水压力冲开堵塞，这一过程不断循环往复，会在出水口处监测到忽大忽小的流量和差异明显的产沙量。然而目前针对这一过程的定量化机理研究相对较少，还无法通过模拟试验定量研究土壤管道流的输沙规律以及找出临界输沙能力，更无法定量描述土壤管道流的输沙过程，严重阻碍对土壤管道流的研究。

针对相关技术中缺少定量研究土壤管道流的试验装置的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置及方法，以解决缺少定量研究土壤管道流的试验装置的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了一种土壤管道流输沙能力模拟试验装置。

根据本申请的土壤管道流输沙能力模拟试验装置，包括土壤管道流模拟管、对沙子和水流进行混合的混合漏斗、接收容器、称重器以及多个压力传感器，其中：

所述土壤管道流模拟管的内壁上粘附有模拟土壤管道环境的沙粒，各所述压力传感器沿所述土壤管道流模拟管的延伸方向依次间隔设置于所述土壤管道流模拟管上，所述混合漏斗的进料口加入沙子和水流，并在所述混合漏斗内混合形成含沙水流，所述混合漏斗的出料口与所述土壤管道流模拟管的一端连接，所述土壤管道流模拟管的另一端与所述接收容器连接，且所述接收容器放置于所述称重器上。

进一步的，所述土壤管道流输沙能力模拟试验装置还包括数据采集器和上位机，所述称重器的检测信号输出端和各所述压力传感器的检测信号输出端分别与所述数据采集器检测信号接收端电性连接，所述数据采集器与所述上位机通信连接。

进一步的，所述混合漏斗的顶部扩口端为所述混合漏斗的进料口，所述混合漏斗的底部缩口端为所述混合漏斗的出料口；

所述混合漏斗上开设有与所述混合漏斗的内部相连通的溢流口。

进一步的，所述土壤管道流输沙能力模拟试验装置还包括向所述混合漏斗内添加沙子的加沙装置和向所述混合漏斗内泵入水流的水泵，所述加沙装置设置于所述混合漏斗的进料口的上方，所述水泵的出水口通过输水管道与所述混合漏斗的进料口连接。

进一步的，所述土壤管道流模拟管为沿水平方向设置透明长管。

进一步的，所述土壤管道流模拟管采用透明塑料制成。

进一步的，所述土壤管道流模拟管的内壁上粘附的沙粒的粒径为0.25mm至0.35mm。

为了实现上述目的，本申请另外提供了一种土壤管道流输沙能力模拟试验方法。