[发明专利]基于透明土的毛细阻滞效应全过程测试装置、系统及方法

权利要求书

1.一种基于透明土的毛细阻滞效应全过程测试装置，其特征在于，包括：

进液装置，一端连接外部水源；

试验装置，包括试验槽体、固定支架和滤网，所述试验槽体为由透明材质制成的立方体结构，所述试验槽体的顶部与所述进液装置的另一端连通，所述试验槽体的底部设置有底板，所述底板上开设有出液口，所述试验槽体固定在所述固定支架上，所述试验槽体的内部沿所述试验槽体的高度方向由上至下相邻布设有第一粗粒透明土层、细粒透明土层、第二粗粒透明土层和所述滤网；

集液装置，与所述出液口相连通；

拍摄装置，与所述试验槽体的第一面相邻布设，所述拍摄装置的拍摄面朝向所述第一面并与所述第一面相平行，所述第一面与所述底板相垂直。

2.一种基于透明土的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于，包括：

进液装置，一端连接外部水源；

试验装置，包括试验槽体、固定支架和滤网，所述试验槽体为由透明材质制成的立方体结构，所述试验槽体的顶部与所述进液装置的另一端连通，所述试验槽体的底部设置有底板，所述底板上开设有出液口，所述试验槽体固定在所述固定支架上，所述试验槽体的内部沿所述试验槽体的高度方向由上至下相邻布设有第一粗粒透明土层、细粒透明土层、第二粗粒透明土层和所述滤网；

集液装置，与所述出液口相连通；

拍摄装置，与所述试验槽体的第一面相邻布设，所述拍摄装置的拍摄面朝向所述第一面并与所述第一面相平行，所述第一面与所述底板相垂直；

数据显示终端，与所述拍摄装置通讯连接。

3.根据权利要求2所述的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于：

所述拍摄装置包括高速相机和相机支撑架，所述高速相机与所述第一面相邻布设，所述高速相机的拍摄面朝向所述第一面并与所述第一面相平行，所述高速相机与所述数据显示终端通讯连接，所述高速相机固定在所述相机支撑架上。

4.根据权利要求3所述的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于，还包括：

平面光源装置，包括光源板支撑架和平面光源板，所述平面光源板与所述第二面相邻布设，所述平面光源板的发光面朝向所述第二面，所述第二面与所述第一面相平行，所述平面光源板固定在所述光源板支撑架上。

5.根据权利要求4所述的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于：

所述进液装置包括进液管和流量控制器，所述流量控制器的一端连接所述外部水源，所述流量控制器的另一端与所述进液管的一端连接，所述进液管的另一端与所述试验槽体的顶部连通。

6.根据权利要求5所述的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于：

所述试验装置还包括滤纸，所述滤纸铺设在所述第一粗粒透明土层上。

7.根据权利要求6所述的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于：

所述底板的顶部为凹面结构，所述出液口位于所述凹面结构的中心；

所述集液装置包括集水管和渗漏收集瓶，所述集水管的一端与所述出液口相连通，所述集水管的另一端连通所述渗漏收集瓶，所述渗漏收集瓶的外壁设置有刻度线。

8.根据权利要求7所述的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于：

所述固定支架的数量为两个，两个所述固定支架对称固定在所述试验槽体的两侧，所述固定支架包括旋转件和支撑件，所述旋转件的一端与所述试验槽体固定连接，所述旋转件的另一端与所述支撑件旋转连接，所述支撑件为带有伸缩功能的支撑结构。

9.根据权利要求8所述的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于：

所述试验槽体的高度和长度均大于所述试验槽体的宽度；

所述滤网为刚性滤网；

所述相机支撑架和所述光源板支撑架均为带有伸缩功能的支架。

10.一种基于透明土的毛细阻滞效应全过程测试方法，用于上述权利要求2-9任一项所述的毛细阻滞效应全过程测试系统，其特征在于，包括：

通过流量控制器和进液管向试验槽体的顶部供应水分，同时开启高速相机对所述试验槽体的内部的水分入渗过程进行图像记录，并通过所述高速相机向数据显示终端输送不同入渗时间的图像信息，所述数据显示终端获得所述图像信息中的图片后对所述图片进行数字图像处理，得到试验槽体内部的透明土在不同时刻的饱和度S_i,j和含水量w_i,j；

记录所述水分到达细粒土-粗粒土交界面之前、到达细粒土-粗粒土交界面中间和到达细粒土-粗粒土交界面之后的运动规律以及试验槽体的底部渗漏量，并记录饱和度S_i,j和含水量w_i,j的空间变化规律，根据记录的所述运动规律、所述底部渗漏量、所述饱和度S_i,j的空间变化规律和所述含水量w_i,j的空间变化规律来表征毛细阻滞效应；

所述对所述图片进行数字图像处理包括：利用ImageJ软件提高所述图片的颜色对比度，将所述图片转变成灰度图像；利用MATLAB将所述灰度图像转换为灰度像素点图像，再将所述灰度像素点图像转换为由0-255大小的灰度值表示的灰度矩阵；根据所述灰度矩阵中的不同像素点的灰度值，得到第i行第j列像素点的饱和度S_i,j，所述饱和度S_i,j设置为：S_i,j＝(N_i,j-N₀)/(N₁-N₀)，其中，N_i,j为第i行第j列像素点的灰度值，N₀是实验所用的透明土在干燥时的平均灰度值，N₁是所述透明土在饱和时的平均灰度值；根据所述饱和度S_i,j得到第i行第j列像素点的含水量w_i,j，所述含水量w_i,j设置为：w_i,j＝w₀×S_i,j，其中，w₀是透明土的饱和含水量。