透水铺装试验平台实验装置

1.本发明属于海绵城市技术领域，具体涉及透水铺装试验平台实验装置。


背景技术：

2.城镇化是人类社会发展道路上的必然趋势，但城镇化进程的不断加快，使大片土地被现代化建筑和硬质道路取代，城市屋顶、道路和其他铺装表面等不透水表面的增加，使得地表径流大幅度增加，原城区土壤的自然背景和水文特性发生了变化，导致城区范围内应对洪涝灾害的能力明显降低，居民生命财产受到极大威胁。在传统的城市建设中，城市路面多采用防渗材料，铺筑干水泥砂浆，形成“硬化路面”。硬化路面的增多减少了土壤的渗透性，使得雨水对地下水的补充减少，改变了城市水文过程；另一方面，增加了城市管道的排水压力，排水管道无法及时排出雨水，导致越来越多的城市发生内涝灾害，造成了巨大的经济损失。透水铺装将硬化路面改变成具有良好渗透性的透水路面,透水铺装的应用可以增加降雨过程中雨水入渗量，减少地表径流，消减面源污染，提升城市防洪能力，透水铺装不仅满足人们对硬化道路的使用要求，而且由于其能够与生物滞留、绿色植被、立体绿化等技术发挥协调可持续的生态优势，从而可以构建健康的城市生态循环系统。但揭示不同透水铺装及基质层组合下的入渗机理和特性，针对不同区域降雨、土壤、经济特点，对降雨与透水铺装材料和垫层结构的适配性进行评估，选择适宜的透水铺装和结构等都离不开前期的透水铺装产汇流试验研究。因此，迫切需要一个能够满足不同试验需求的多功能、多组合的透水铺装试验平台，以弥补原位试验和传统土柱试验功能单一、组合有限、不能模拟自然降雨、重复利用率低、投入大等不足。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供透水铺装试验平台实验装置，解决了自然降雨随机性大的问题，能够根据试验需要开展自然降雨和模拟降雨下透水铺装的降雨产流、入渗和排水过程试验，打破了自然降雨的时间限制，随时开展试验，提高了试验效率。
4.发明所采用的技术方案是，透水铺装试验平台的模拟装置，包括防渗壳体，防渗壳体正上方通过支撑架连接人工降雨模拟装置，防渗壳体内沿竖向平行连接多个防渗墙，多个防渗墙将防渗壳体内腔体分为多个模拟腔，防渗壳体的每个模拟腔内填充垫层，用于模拟透水铺装的介质垫层，防渗壳体内位于垫层上连接透水砖，防渗壳体内连接多个横向纵向排列的排水管，每个排水管一端密封，另一端延伸至防渗壳体外部，排水管上位于一个模拟腔开设多个进水孔。
5.本发明的特点还在于：
6.防渗壳体是由防渗透墙体和有机玻璃板形成的长方体结构，有机玻璃板竖向设置，且每个有机玻璃板正对一个模拟腔中部，有机玻璃板上开设刻度。
7.有机玻璃板上开设多个取土孔，有机玻璃板上正对每个取土孔拆卸连接一个堵塞。
8.每个有机玻璃板位于透水砖以上的区域开设排水口。
9.排水管位于防渗壳体外部的一端连接阀门。
10.排水管外依次包覆土工膜、反滤层。
11.多个排水管按照距离防渗壳体的底部高度进行横向或纵向排布。
12.防渗壳体内位于靠近最低高度的排水管处连接测压管。
13.本发明有益效果是：
14.1)本发明透水铺装试验平台实验装置，丰富了海绵城市技术领域的实验装置，也为研究不同地区透水铺装设计提供了新思路。
15.2)本发明透水铺装试验平台实验装置，利用人工降雨弥补了天然降雨随机性的问题；利用不同排列组合的排水管，克服了模拟地下不同埋深及不同间距排水条件困难的问题；弥补了原位试验条件单一、试验组合有限的不足；解决了原位试验重复利用率低，建设投入大、周期长，受空间限制影响。
16.3)本发明透水铺装试验平台实验装置，可以设置多种垫层结构和透水铺装组合，进行对比优化试验；通过有机玻璃板及取土孔可以观测入渗及溶质迁移过程；通过出流口能够观测透水铺装产流过程。
附图说明
17.图1是本发明透水铺装试验平台实验装置结构示意图；
18.图2是本发明透水铺装试验平台实验装置剖视图；
19.图3是本发明中人工降雨模拟装置的结构示意图。
20.图中，1.人工降雨模拟装置，2.测压管，3.排水管，4.取土孔，5.有机玻璃板，6.透水砖，7.垫层，8.进水孔，9.阀门，10.防渗透墙体，11.防渗墙，12.排水口。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
22.本发明提出了透水铺装试验平台的模拟装置，如图1及图2所示，包括防渗壳体，防渗壳体正上方通过支撑架连接人工降雨模拟装置1，模拟不同降雨条件，使试验不受降雨条件限制，其结构如图3所示，包括装有不同口径、不同排列的喷头，能够模拟不同的降雨条件，弥补了天然降雨试验的不足，防渗壳体内沿竖向平行连接多个防渗墙11，多个防渗墙11将防渗壳体内腔体分为多个模拟腔，每个模拟腔正上方的可调节喷头数量相同，均匀排布，防渗壳体的每个模拟腔内可根据试验条件填充不同配比、不同物质组分和不同分层结构的垫层7，用于模拟透水铺装的介质垫层，能够实现多种垫层7同时试验；防渗壳体内位于垫层7上连接透水砖6，可调节喷头喷入水后，通过透水砖6将水渗入垫层7中，实现入渗水的湿润锋迁移，防渗壳体内连接多个横向纵向排列的排水管3，每个排水管3一端密封，另一端延伸至防渗壳体外部，用于模拟不同的排水情况，排水管3上位于一个模拟腔开设多个进水孔8，垫层7中的入渗水通过进水孔进入排水管3，将入渗水排出。
23.防渗壳体是由防渗透墙体10和有机玻璃板5形成的长方体结构，有机玻璃板5竖向设置，且每个有机玻璃板5正对一个模拟腔中部，有机玻璃板5上开设有刻度，通过有机玻璃板5较为方便清楚地观测到水分在透水铺装-垫层湿润锋迁移过程，进而计算出累计入渗
量、入渗率和垫层入渗参数。
24.有机玻璃板5上沿竖向开设多个取土孔4，有机玻璃板5上正对每个取土孔4拆卸连接一个堵塞，有机玻璃板上不同深度处设置取土孔，用于观测溶质运移规律，通过取土孔4能够提取不同位置的土壤和溶液，对其物理化学性质进行测试，研究透水铺装对污染物的削减效应。
25.每个有机玻璃板5位于透水砖6以上的区域开设排水口12，当模拟雨量较大时，无法入渗的水会从排水口12流出，对出流量进行监测，能较好的模拟地面产流和地表径流形成过程。
26.排水管3位于防渗壳体外部的一端连接阀门9，以便于对入渗水排放进行控制。
27.排水管3外依次包覆土工膜、反滤层，防止土壤颗粒堵塞排水管，将排水管一端堵住。排水管上有梅花型分布的进水孔，以满足排水需求。
28.多个排水管3按照距离防渗壳体的底部高度即埋深进行排布，可以设置埋深分别为50cm、80cm、120cm，每个高度的排水管3数量可根据试验排水间距需求设置多组，由于每个排水管3的正对一个模拟腔的上开设进水孔8，能够使每个高度的模拟腔中均包括一个能够对该模拟腔的该高度进行排水的排水管3，将排水管3设多个不同埋深和间距，通过控制不同间距和埋深的排水管3出口阀门的开启和关闭，模拟不同排水条件对透水铺装的产流、入渗、排水以及污染物削减的影响。
29.防渗壳体内位于靠近最低高度的排水管3处连接测压管2，用于观测相应地下水位升高与降落过程。
30.本发明透水铺装试验平台实验装置使用过程为：
31.通过控制人工降雨模拟装置1，模拟不同降雨条件下透水砖产流、入渗和排水过程；或在自然降雨条件下，研究透水砖产流、入渗和排水过程。雨水到达透水砖面层，当雨强大于透水砖及土石砂混合垫层入渗率时，透水砖6表面将产流，产流流量将从有机玻璃顶端排水口12流走。透水砖表面的水分入渗过程能够通过有机玻璃板5清楚的观测，通过控制排水管阀门9的开启和关闭模拟不同排水情况，从而观察降水的入渗、产流和排水过程。在降水观察开始至结束，通过取土孔4取土测定土壤含水量和溶质运移过程或利用取土孔4安装传感器监测土壤含水量和溶质浓度，分析透水铺装入渗过程和污染物运移过程。
32.通过上述方式，本发明透水铺装实验平台模拟装置，提供了研究透水铺装实验的新思路，为开展透水铺装及垫层结构入渗与产流特性，以及排水促渗作用的研究提供了模拟装置，充分考虑了各种因素，使得装置设计尽可能准确地模拟尽可能多的真实情况，最大限度地利用该装置，实现一装置多用途，为透水铺装优化设计提供了先验基础，从而使设计更加符合实际情况，并减少投资。