[发明专利]喀斯特基岩裂隙水土漏失过程的模拟方法及装置

说明书

本发明涉及一种喀斯特基岩裂隙水土漏失过程的模拟方法及装置，所述方法包括以下步骤：1)制作一个用于模拟喀斯特基岩裂隙的几何形状的空腔，空腔的下口用于模拟裂隙出口；2)向空腔中填装试验土壤，用于模拟喀斯特基岩裂隙中的沉积土壤；3)在填装土体的上表面施加静水压，模拟喀斯特基岩裂隙中的沉积土壤上部的积水压力；当填装土体在上部积水压力和自身重力的驱动下向下运动时，将克服土体与空腔侧壁的摩擦力和出口局部阻力由空腔下口排出；上述步骤1)～3)可模拟喀斯特基岩裂隙中，沉积土壤在上部积水压力驱动下沿裂隙侧壁蠕动并由裂隙出口排出漏失到地下的过程。

技术领域

本发明涉及一种喀斯特基岩裂隙水土漏失过程的模拟方法及装置，属于水土保持土壤侵蚀技术领域。

背景技术

我国西南喀斯特地区有着丰富的生物、矿产、水能、旅游资源，在全国占有重要地位。喀斯特地区的水土保持对该地区可持续发展，保护人们的生产、生活和生存环境，促进长江、珠江中下游的持续繁荣具有重大的战略意义。喀斯特地区地质环境脆弱，贫困人口集中，加之人类对自然资源不合理的利用，土壤侵蚀日趋严重，水土漏失问题加剧，严重影响该地区的生产、生活以及自然生态。

目前，针对喀斯特地区地表-地下二元水土流失的特征，国内外研究人员通过对坡面尺度的观测，只能得到地表的水土流失，对坡面水土向地下漏失的机理则知之甚少。另外，尽管研究人员逐渐关注喀斯特地区水土向下漏失的现象，但现有的研究大多数属于定性研究。定量观测及相关研究缺乏，不能定量实时监测、评估和计算喀斯特地区水土地下漏失。因此，针对该地区水土漏失的多种影响因素和多种水土运移途径的特点，研究该地区坡面水土漏失的室内模拟方法并构建室内模拟装置成为喀斯特地区水土保持研究重要的关键环节。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种喀斯特基岩裂隙水土漏失过程的模拟方法及装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种喀斯特基岩裂隙水土漏失过程的模拟方法，包括以下步骤：1)制作一个用于模拟喀斯特基岩裂隙的几何形状的空腔，空腔的下口用于模拟裂隙出口；2)向空腔中填装试验土壤，用于模拟喀斯特基岩裂隙中的沉积土壤；3)在填装土体的上表面施加静水压，模拟喀斯特基岩裂隙中的沉积土壤上部的积水压力；当填装土体在上部积水压力和自身重力的驱动下向下运动时，将克服土体与空腔侧壁的摩擦力和出口局部阻力由空腔下口排出；上述步骤1)～3)可模拟喀斯特基岩裂隙中，沉积土壤在上部积水压力驱动下沿裂隙侧壁蠕动并由裂隙出口排出漏失到地下的过程。

所述步骤1)中所制作的空腔，其形状为四棱柱结构且截面为等腰梯形，其中等腰梯形的上底B大于下底b。

一种喀斯特基岩裂隙水土漏失过程的模拟装置，其特征在于：包括设置有空腔的盒体，所述空腔用于填装试验土壤，所述盒体的底部设置有连通所述空腔与外部空间的下口，用于模拟喀斯特基岩裂隙出口；还包括用于向填装在所述空腔中的试验土壤注水的供水系统。

所述空腔的形状为四棱柱结构且截面为等腰梯形，其中，所述等腰梯形的上底B大于下底b。

所述盒体包括两侧板、两端板、两石板和一盖板，其中，所述侧板为矩形板，所述端板为呈等腰梯形的有机玻璃板，所述石板贴合在所述侧板的内侧，所述石板由所研究区域的石材加工而成，以模拟水土漏失的自然环境。

所述端板的两腰线卡在开设在所述侧板边缘的槽中，两所述侧板之间通过布置于所述端板外侧的第一螺栓连接；所述侧板的上边缘设置有与侧板的板面呈夹角布置的第一边条，在所述第一边条上设置有多个第一U型孔；在所述盖板相对的两边缘设置有第二边条，在所述第二边条上设置有多个第二U型孔，所述第二U型孔与第一U型孔之间通过第二螺栓连接。

所述供水系统包括升降机构和水箱，所述水箱安装在所述升降机构上，在所述水箱的一侧靠近底部的位置设置出水口，所述出水口连接输水管的一端，所述输水管的另一端连接设置在所述盖板上的进水口。