植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统与测量方法

1.本发明涉及一种实验测量技术，特别是涉及一种植被边坡土体破坏变形特征指标的测量系统与方法，属于土体变形物理量测量技术领域、借助于测定材料物理性质来测试植被边坡土样破坏的测量实验技术领域。


背景技术：

2.渗流破坏是由动水压力诱导土体颗粒位移、引发孔隙结构变化的土体破坏现象。在不同渗流破坏现象中，潜蚀是指在渗流作用下，内部不稳定土体中的细颗粒部分在粗颗粒骨架形成孔隙中发生迁移的现象，形成局部孔隙率增大、局部孔隙率减小，土体细颗粒最终随渗流作用在孔隙中发生移动并被带出坡体的破坏类型。渗流潜蚀的发生使堆积土边坡沿潜蚀通道坍塌形成失稳破坏，继而引发坡体变形失稳灾害，因而是地质灾害与地质工程领域的基础性问题之一。
3.室内模拟实验与测量是渗流潜蚀问题研究的主要手段，用于模拟土样变形特征并加以测量。习惯泛称为“室内土柱渗流潜蚀实验”。传统室内土柱渗流潜蚀实验使用设备的设计构思基本相同，包括：设备由土柱筒、供水装置、集水装置、土粒收集装置、监测传感装置组成。土柱筒是设备主体，其内填装测试土样后成为受试土柱。渗流液由供水装置自受试土柱上方注入，自上而下流经受试土柱后进入位于土柱筒下方的集水装置与土粒收集装置。监测传感装置依需要布置在土柱筒周围，采集图像或物理数据。试验过程中回收水样与土粒样用于分析。现有技术“降雨条件下土体潜蚀机制及诱发滑坡研究”（张磊，上海交通大学，2015）、“effects of the erosion and transport of fine particles due to seepage flow”（donatella sterpi. doi: 10.1061/(asce)1532-3641(2003)3:1(111)）中均公开了此类技术方案。
4.现有室内土柱渗流潜蚀实验使用设备产生自岩石力学、土壤力学、岩土工程等技术领域，实验测量对象围绕土体及其颗粒结构，不考虑水、土、石以外的要素。实验设备的这一特征主要缘于该类实验手段脱胎于传统地质岩土工程实验手段，研究对象均限于传统地质岩土工程中的水、土、石三要素及其构筑体。随着生态岩土工程、生态防灾减灾工程技术的兴起，生态/生物要素融入传统水—土—石结构组合（三要素结构），在宏观与微观层面均构成新的研究对象。例如，在相对成熟的生态护坡工程中，在水—土—石结构中融入了植被要素，形成新的水—土—石—植结构（四要素结构）。新的四要素结构具有三要素结构无法实现的地上地下复合效益，包括：在地上，借助冠层蒸腾作用影响土的结构与构造的演变趋势；在地下，一方面直接重构地下土的结构与构造，另一方面通过改变地下径流进一步影响土的结构与构造的变化，由此才发展出各类环境友好且效果显著的浅层边坡稳定解决方案。然而，现有室内土柱渗流潜蚀实验设备未跟上生态地质岩土工程技术，尤其是植被边坡工程技术的发展，尚未公开过考虑生物要素、适用于植被边坡土体破坏变形的实验测量方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种植被边坡土渗流潜蚀实验技术，包括模拟实验测量系统与方法。该技术以生态岩土工程、生态防灾减灾工程技术中的水—土—石—植结构为实验观测对象，是一种考虑生物要素的适用植被边坡土特征的渗流潜蚀实验测量方案。
6.为实现上述目的，本发明首先提供一种植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统，其技术方案如下。
7.一种植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统，包括渗液供给装置、土样测试装置、渗液回收装置与监测装置，渗液供给装置将渗液输入土样测试装置，渗液流经土样测试装置后进入渗液回收装置：土样测试装置包括根系土样测试装置，渗液供给装置将渗液自根系土样测试装置前侧壁输入，流经根系土样测试装置后自后侧壁排出；所述根系土样测试装置主体是上顶开口的根系土样容器，根系土样容器内安装渗透组件，渗透组件沿渗液流向依次为透水石、滤纸、滤网板，透水石紧贴前侧壁，滤网板与后侧壁间有过水间隙，滤纸与透水石紧贴，滤纸与滤网板之间填装测试土样二；测试土样二填装高度低于根系土样容器高度；加压组件覆盖测试土样二上表面向测试土样二施加垂向压力；根系土样容器前后侧壁之间的侧壁由透明材料加工成，透明侧壁上开二列横向排列的传感器布设孔，二列传感器布设孔以根系土样容器横向中心线h对称；渗液回收装置包括径流组，渗液回收装置的径流组通过管路连接根系土样测试装置后侧壁之后；监测装置包括上位机以及与上位机电路连接的测量传感器、摄像机、管路流量计，测量传感器经传感器布设孔插入测试土样二并布置在加压组件与测试土样二接触面，摄像机机位正对根系土样容器透明侧壁；所述测试土样二是植物死亡根与堆积土混合样。
8.在优化设计下，上述系统的渗液回收装置的径流组包括出渗容器，出渗容器与监测装置的管路流量计、电子秤等配合。使用时出渗容器盛装清水至取样口内侧下沿。
9.上述实验测量系统进一步的优化方案是：土样测试装置还包括植株土样测试装置，渗液供给装置将渗液自植株土样测试装置上方输入，流经植株土样测试装置后自下方排出；植株土样测试装置主体是置于支架上的植株土样筒，植株土样筒内安装渗透组件，滤纸与滤网板之间填装测试土样一；管壁由透明材料加工成，壁上开二列纵向排列的传感器布设孔，二列传感器布设孔以植株土样筒纵向中心线p对称；监测装置还包括经传感器布设孔插入测试土样二的测量传感器，以及机位正对植株土样筒的摄像机；渗液回收装置还包括垂流组，渗液回收装置的垂流组通过管路连接在植株土样测试装置之后，垂流组较径流组增设漏斗，漏斗紧接在滤网板下方，收集出渗液汇入出渗容器；测试土样一是堆积土样，测试土样一中栽种样本植株。
10.为扩展实验测量系统功能，上述系统还包括裂缝件。裂缝件是土样渗流潜蚀实验系统的独立配件，根据实验目的选择使用。使用时，在填装测试土样的过程中，将裂缝件插入测试土样中部。裂缝件作用是在实验中模仿土体中裂缝立体形状，其整体形状模仿研究对象裂缝的立体形状。整体可以是规则结构，也可以是树形分支结构。裂缝件主体是顶部开
口容器，侧壁与底面由透水板加工成，开口容器内填装砾石样。
11.本发明同时提供植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法，用于死亡根系阶段的土样渗流潜蚀实验测量，或者用于植物全阶段的土样渗流潜蚀实验测量，其技术方案如下。
12.一种利用上述植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统实现的植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法：用于死亡根系阶段的土样渗流潜蚀实验测量，第1阶段，准备阶段根据研究目的设置实验材料参数，所述实验材料参数包括：测试土样二组分指标、测试土样二含水率、测试土样二孔隙比、渗液理化指标、渗液设计流量、监测装置各终端数据记录间隔时间、测试土样二中测量传感器测量位置、测试土样二设计压力、根系土样容器设计静置时间、实验持续时间，所述测试土样二组分指标是植株死亡根物种、堆积土种类及土粒比重、植株死亡根体积密度rv；配置渗液、配置测试土样二；第2阶段，根系测试阶段第1步，设备安装调试将测试土样二填装入根系土样容器，将测量传感器经传感器布设孔插入测试土样二中测量位置，布置一列基质吸力传感器与一列含水量传感器，用遮光隔热材料包裹根系土样容器，静置设计时间；渗液回收装置的出渗容器注清水，水位至取样口内侧下沿；压力传感器布置在注水橡胶袋与测试土样二接触面；第2步，实验测试启动监测装置，上位机检查所有测量传感器、摄像机、管路流量计、电子秤初始状态，保证管路流量计、电子秤读数清零；加压组件向注水橡胶袋注水并增压至注水橡胶袋与测试土样二接触面压力至设计压力；启动监测装置，上位机调控所有测量传感器、摄像机、管路流量计工作状态，根据间隔时间记录测量传感器、摄像机、渗液回收装置管路流量计、电子秤数据；开启渗液供给装置使渗液进入根系土样测试装置，保持设计流量；实验持续设计时间结束；第3步，数据采集与测量上位机）采集实验过程中渗液设计流量与测试土样二设计压力指标下土体基质吸力数据与土体含水量数据，采集摄像机拍摄的湿润锋演化进程数据，采集渗液回收装置中自出渗容器取样口后管路中液体流量体积v数据，采集电子秤变化数据m；依式1～式5计算确定出渗液参数vw、mw、vs、ms，
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式1
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式2
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式3
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式4
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式5
式中，v—进入回收管路的液体体积，单位m3，由管路流量计测量，vw、vs—分别是出渗液中水与土颗粒的体积，单位cm3，m—电子秤读数变化，单位g，由电子秤测量，ρw—水的密度，单位g/cm3，常数，ds—堆积土土粒比重，单位g/cm3，实验材料参数确定，mw、ms—分别是出渗液中水与土颗粒的质量，单位g。
13.上述植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法，优化方案是用于植物全阶段的土样渗流潜蚀实验测量，此时要求使用的测量系统中，土样测试装置还包括植株土样测试装置。具体方案如下。
14.第1阶段，准备阶段根据研究目的设置实验材料参数，所述实验材料参数包括：样本植株、测试土样一与测试土样二的含水率、测试土样一与测试土样二的孔隙比、测试土样二的植株死亡根体积比rv2、堆积土土粒比重、渗液理化指标、各阶段渗液设计流量、测试土样一与测试土样二中测量传感器测量位置、加压组件工作压力、监测装置各终端在各阶段的数据记录间隔时间、阶段测试中的土样静置时间、各阶段实验持续时间；配置渗液；第2阶段，植株测试阶段第1步，设备安装调试配置测试土样一；将测试土样一填装入植株土样容器，将测量传感器经传感器布设孔插入测试土样一中测量位置，布置一列基质吸力传感器与一列含水量传感器，栽种样本植株，用遮光隔热材料包裹植株土样容器；第2步，实验测试调节生态因子条件在样本植株适生水平，维持植株健康生长；启动监测装置，上位机检查所有测量传感器、管路流量计；开启渗液供给装置使渗液进入植株土样测试装置保持渗液设计流量；上位机调控所有测量传感器、管路流量计工作状态，根据测量传感器的间隔时间记录数据；阶段实验持续至设计时间结束，关闭渗液供给装置；第3阶段，新鲜根系测试阶段第1步，设备安装调试剪除上一测试阶段的 样本植株地上部分；渗液回收装置的出渗容器注清水，水位至取样口内侧下沿；第2步，实验测试启动监测装置，上位机检查所有测量传感器、摄像机、管路流量计、电子秤初始状态，保证管路流量计、电子秤读数清零；开启渗液供给装置使渗液进入根系土样测试装置，保持设计流量；上位机调控所有测量传感器、摄像机、管路流量计工作状态，根据各监测终端（测量传感器、摄像机、渗液回收装置管路流量计、电子秤）的间隔时间记录数据；
阶段实验持续至设计时间结束，关闭渗液供给装置；第3步，数据采集与参数测量上位机采集实验过程中渗液设计流量与测试土样一设计压力指标下土体基质吸力数据与土体含水量数据，采集摄像机拍摄的湿润锋演化进程数据，采集渗液回收装置中自出渗容器取样口后管路中液体流量体积v数据，采集电子秤变化数据m；依式1～式5计算确定出渗液参数vw、mw、vs、ms，第4阶段，死亡根系测试阶段第1步，设备安装调试挖出上一阶段样本植株根系部分，剪碎，与测试土样一混合配置成测试土样二；将测试土样二填装入根系土样容器，将测量传感器经传感器布设孔插入测试土样二中测量位置，布置一列基质吸力传感器与一列含水量传感器，用遮光隔热材料包裹根系土样容器，静置设计时间；渗液回收装置的出渗容器注清水，水位至取样口内侧下沿；压力传感器布置在注水橡胶袋与测试土样二接触面；第2步，实验测试启动监测装置，上位机检查所有测量传感器、摄像机、管路流量计、电子秤初始状态，保证管路流量计、电子秤读数清零；加压组件向注水橡胶袋注水并增压至注水橡胶袋与测试土样二接触面压力至设计压力；开启渗液供给装置使渗液进入根系土样测试装置保持渗液设计流量；启动监测装置，上位机调控所有测量传感器、摄像机、管路流量计工作状态，根据间隔时间记录测量传感器、摄像机、渗液回收装置管路流量计、电子秤数据；阶段实验持续至设计时间结束，关闭渗液供给装置；第3步，数据采集与参数测量参照第3阶段第3步。
15.上述植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法可测量根系对潜蚀量的影响系数a。具体如下。
16.根据研究目的设计的完整的堆积土渗流潜蚀实验方案实质包括了不同组的堆积土渗流潜蚀实验（分别对应不同实验条件设计）。在各组堆积土渗流潜蚀实验中，同时设置实验组（测试对象包含植物根）与空白对照组（在实验组测试对象中去除植物根后的裸土），只要利用各实验的rv、m、v实验变量，即可测量该组堆积土渗流潜蚀实验的根系对潜蚀量的影响系数a（以下简称影响系数a）。依式6计算影响系数a，或者建立a的曲线函数（式7），
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式6
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式7式中，a—根系体积密度rv对潜蚀量的影响系数，m
sed
—根系土潜蚀量，v终点值对应的ms，单位m3，m
′
sed
—裸土潜蚀量，m
sed
在空白对照实验中的对照值，单位g，rv—根系体系密度，单位%。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明植被边坡土渗流潜蚀实验测量
技术解决了现有土样渗流潜蚀实验技术中试验研究对象仅围绕土体及其颗粒结构，不考虑植被要素影响，无法满足生态岩土工程、生态防灾减灾工程技术实验要求的技术问题，将土样渗流潜蚀实验技术引入了新阶段，提升了土样渗流潜蚀实验手段在生态岩土工程科学研究与技术开发中的价值。（2）本发明植被边坡土渗流潜蚀实验测量技术方案设计充分考虑了植株对土体渗流潜蚀的综合性影响，具体是：考虑了植株地上活体部分蒸腾作用对土体水分分布的影响和地下部分对土体性质的改造对地表水入渗过程影响，以及地下残体部分对地下径向汇水与地下径流过程影响的两类不同影响机理；考虑了植株生活史过程中活体阶段与死亡阶段对渗流潜蚀两种不同影响方式；考虑了土体裂缝结构有无对渗流潜蚀的不同影响方式。（3）本发明植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统的渗液回收装置是一种全新设计。渗流潜蚀实验的测量对象主要是出渗液（水土颗粒混合液）的4个指标，分别是出渗液中水的质量与体积、土颗粒的质量与体积。现有技术采用的测量方法是回收出渗液，过滤分离，在实验室内烘干。该环节虽然操作简单容易实现，但由于须将样液带回实验室在后期完成，因而限制了在实验原位完成整个实验的可能性，增加了样品回收运输负担，更成为土样渗流潜蚀实验实现自动控制的技术障碍。本发明系统的渗液回收装置在完全使用常规实验器材的前提下，通过精巧组合，实现了可以在实验原位测量采集到前述4个指标，免除了样品回收运输的负担，缩短了实验分析时间，更使土样渗流潜蚀实验在装样以后的步骤可以实现完全自动控制。利用中心控制单元的整体调控，仅需简单的电路结构便可使实验结果数据自动采集，并结合实验条件数据加以分析，显著提高了土样渗流潜蚀实验的效率。进一步地，由于可实时采集出渗液中水与土颗粒两种组分的独立指标，由此可以将指标变化趋势作为渗透潜蚀现象进展程度的指标，从而提高了土样渗流潜蚀实验的控制精度。渗液回收装置构思巧妙、材料经济、控制简洁，特别适宜在土样渗流潜蚀实验中推广应用。（4）本发明植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统的加压组件设计注水橡胶袋有明显的技术优势：其一，橡胶袋外轮廓有延展性，能够与容器仓形状契合，以及与下方测试土样几近完全贴合从而保证压力均衡柔和。尤其是土体发生管涌现象，出现表面局部凹陷坍塌的情况下，注水橡胶袋依然能保证对土样上表面的整体均匀施压。这是采用机械部件加压不能实现的；其二，以注水橡胶袋为加压组件，不需要容器气密设计，这是采用气体传导加压不能实现的。其三，注水橡胶袋利用注水增压，排水后占用体积小，能充分利用有限的实验条件，也方便设备运输贮藏，为野外环境开展实验提供了便宜。（5）当土样渗流潜蚀实验的测试土样中存在裂缝结构时，由于裂缝结构有更高渗透系数与更低进气压力，会诱导土体优先沿着裂缝通道流动，因而对渗流潜蚀现象产生独特影响。本发明植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统的裂缝件设计能够为此类模拟实验提供条件。同时，裂缝件设计方法提供了根据不同实验目的完成裂缝件主要形态结构参数选择的方法。裂缝件及其设计方法扩展了现有土样渗流潜蚀实验测量技术的实验范围。（6）实验测量系统利用实验室常规常见原材料组合，使现有类似产品的功效在研究对象适用性、自动化控制、实验测量精度控制等各方面大幅度提升。是一种经济、实用、适用的技术方案。
附图说明
18.图1是实施例一植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统结构示意图。
19.图2是图1的a-a剖面示意图。
20.图3是渗透组件总成示意图。
21.图4是植株土样测试装置结构示意图。
22.图5是裂缝件在实验测量系统中的使用状态示意图（a示直柱件、b上大下小条形件）。
23.图6是裂缝件几种分支状横断面示意图（a示x型、b示y型、c示羽状/树状）。
24.图7是植物全阶段的植被边坡土样渗流潜蚀实验测量方案示意图。
25.图8是某实验20阶段新鲜根系影响系数a
20
曲线图（流速25l/h）。
26.图9是某实验30阶段新鲜根系影响系数a
30
曲线图（流速25l/h）。
27.附图中的数字标记分别是：1渗液供给装置；2土样测试装置；21植株土样测试装置；211植株土样筒；212支架；22根系土样测试装置；221根系土样容器；223过水间隙；223注水橡胶袋；224盖；23裂缝件；231开口容器；232砾石样；24渗透组件；241透水石；242滤纸；243滤网板；25传感器布设孔；3渗液回收装置；31出渗容器；32取样口；33漏斗；4监测装置；41上位机；42测量传感器；43摄像机；44管路流量计；45电子秤；51测试土样一；52测试土样二；53样本植株。
具体实施方式
28.下面结合附图，对本发明的优选实施例作进一步的描述。
实施例一
29.如图1～图3所示，加工植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统。
30.图1是实施例一土样渗流潜蚀实验系统结构示意图；图2是图1的a-a剖面示意图；图3是渗透组件总成示意图。各图中点划线箭头所示为渗液流向，下同。
31.土样渗流潜蚀实验系统，包括渗液供给装置1、土样测试装置2、渗液回收装置3与监测装置4，渗液供给装置1将渗液输入土样测试装置2，渗液流经土样测试装置2后进入渗液回收装置3。
32.土样测试装置2包括根系土样测试装置22，渗液供给装置1将渗液自根系土样测试装置22前侧壁输入，流经根系土样测试装置22后自后侧壁排出。
33.根系土样测试装置22主体是上顶开口的根系土样容器221，根系土样容器221内安装渗透组件24，渗透组件24沿渗液流向依次为透水石241、滤纸242、滤网板243，透水石241紧贴前侧壁，滤网板243与后侧壁间有过水间隙222（过水间隙一般设置为宽度50mm缝隙），滤纸242与透水石241紧贴，滤纸242与滤网板243之间填装测试土样二52；测试土样二52填装高度低于根系土样容器221高度。根系土样容器221前后侧壁之间的侧壁由透明材料加工成，透明侧壁上开二列横向排列的传感器布设孔25，二列传感器布设孔25以根系土样容器221横向中心线h对称。
34.加压组件覆盖测试土样二52上表面向测试土样二52施加垂向压力；加压组件包括注水橡胶袋223，注水橡胶袋223外形与根系土样容器221内腔契合，覆盖于测试土样二52上表面；盖224覆盖于注水橡胶袋223上，并与根系土样容器221固定连接。盖224能够限制注水橡胶袋223注水后体积过度膨大并提供与膨大方向相反的作用力，从而保证加压效果。
35.根系土样容器221外形一般设计为横截面规则，如圆柱形或矩形。
36.渗液回收装置3包括径流组，渗液回收装置3的径流组通过管路连接根系土样测试装置22后侧壁之后。渗液回收装置3的径流组包括出渗容器31，出渗容器31的取样口32内侧有滤纸242，取样口32外侧接回收管路，回收管路安装管路流量计44；监测装置4包括位于出渗容器31下方的电子秤45，电子秤45与上位机41电路连接。
37.监测装置4包括上位机41以及与上位机41电路连接的测量传感器42、摄像机43、管路流量计44，测量传感器42经传感器布设孔25插入测试土样二52以及布置在加压组件与测试土样二52接触面，摄像机43机位正对根系土样容器221透明侧壁。
38.本土样渗流潜蚀实验系统用于测试死亡根系阶段的渗透潜蚀，测试土样二52是植物死亡根与堆积土混合样。
39.本具体实施方式中，加压组件还包括与注水橡胶袋223连接的供水单元。测量传感器42包括基质吸力传感器和/或含水量传感器和/或压力传感器。渗液供给装置1管路安装管路流量计44。
实施例二
40.如图4所示，加工植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统，在实施例一产品基础上优化，土样测试装置2还包括植株土样测试装置21。
41.图4是植株土样测试装置结构示意图。
42.土样测试装置2还包括植株土样测试装置21，渗液供给装置1将渗液自植株土样测试装置21上方输入，流经植株土样测试装置21后自下方排出。
43.植株土样测试装置21主体是置于支架212上的植株土样筒211，植株土样筒211内安装渗透组件24，滤纸242与滤网板243之间填装测试土样一51；管壁由透明材料加工成，壁上开二列纵向排列的传感器布设孔25，二列传感器布设孔25以植株土样筒211纵向中心线p对称。
44.渗液回收装置3还包括垂流组，渗液回收装置3的垂流组通过管路连接在植株土样测试装置21之后，垂流组较实施例一中径流组增设漏斗33，漏斗33紧接在滤网板243下方，收集出渗液汇入出渗容器31。
45.监测装置4还包括经传感器布设孔25插入测试土样一51的测量传感器42，以及机位正对植株土样筒211的摄像机43。
46.本土样渗流潜蚀实验系统用于测试活植株或者新近死去植株阶段的渗透潜蚀，测试土样一51是堆积土样。
实施例三
47.如图5、图6所示，增加裂缝件扩展实施例一、二实验测量系统功能。
48.图5是裂缝件在土样渗流潜蚀实验系统中的使用状态示意图（a示直柱件、b上大下小条形件）。
49.裂缝件23主体是顶部开口的开口容器231，侧壁与底面由透水板加工成，开口容器231内填装砾石样232。透水板一般选用多孔板或滤网板。
50.在实验中，裂缝件23整体一般设计为规则结构。具体可以是直柱件或者上大下小条形件，后者如楔形件或梯形件。根据实验目的，如果实验研究涉及滑移拉裂的滑坡，裂缝
件设计为上下均匀的直柱件；如果涉及蠕滑拉裂的滑坡，裂缝件设计为上大下小件。
51.图6是裂缝件几种分支状横断面示意图（a示x型、b示y型、c示羽状/树状）。
52.规则结构裂缝件23的横截面形状与主要结构参数根据实验目的确定，一般设计为规则形状，如矩形、圆形等；或者设计为模仿土体裂缝走势的分支状，如x型、y型、羽状/树状分枝等。如果实验研究对象涉及滑坡体后缘，一般将裂缝件23横截面设计为规则形状；如果涉及滑坡体侧翼与前缘，一般将裂缝件23横截面设计为模仿土体裂缝走势的分支状。裂缝件23的长度根据实验目的确定，可插入至测试土样底部，也可悬浮不触底。
53.裂缝件23主要结构参数包括长度y、宽度x、最大裂度b（指裂缝件横截面上最大几何宽度）、单位长度表面积（指裂缝件单位轴长的表面积）、上下宽度比r（指裂缝件不同位置横截面上同一参数的比例，直柱件的r＝1）。除此以外，根据不同实验目的设计的不同形状裂缝件23还可设计特定结构参数。
54.裂缝件23主要结构参数还包括砾石样232的颗粒特征指标，主要指标包括粒径分布、填充孔隙比。这些指标根据实验目的确定。
实施例四
55.利用实施例一植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统开展植被边坡土渗流潜蚀实验测量，用于死亡根系阶段的土样渗流潜蚀实验研究。
56.1、材料准备设置实验材料参数，包括如下：（1）测试土样二52参数测试土样二52组分指标（包括：植株死亡根物种为紫穗槐（amorpha fruticose linn.），植株死亡根体积密度rv（即，植株死亡根体积与测试土样二体积比），含水率ω，孔隙比e，堆积土采自都江堰某泥石流源区的松散堆积土、土粒比重。
57.将植株死亡根剪碎（一般为5 cm～15 cm）后与堆积土混合，依上述参数配置测试土样二52。
58.（2）渗液参数渗液选用普通自来水（未设计特定理化指标）。
59.（3）测量与运行状态参数基质吸力传感器（2100f基质吸力传感器）、含水量传感器（ec-5含水量传感器）、压力传感器（cyy9土壤压力传感器）、管路流量计（gy-lde管路液体流量计），测试土样二52中测量传感器42测量位置ai，渗液设计流量a，测试土样二52设计压力f，各测量传感器42工作状态参数，监测装置4各终端数据记录间隔时间t
∆i，根系土样容器221静置时间t1，实验持续时间t2。
60.2、根系测试阶段2.1 设备安装调试将测试土样二52填装入根系土样容器221。填装时采用分层填装法，保证填装质量。将测量传感器42经传感器布设孔25插入测试土样二52中测量位置ai，布置一列基质吸力传感器与一列含水量传感器，即在每一传感器布设孔25横截面上有一基质吸力传感器与一含水量传感器成对布置。用遮光隔热材料包裹根系土样容器221。静置时间t1。
61.渗液回收装置3的出渗容器31注清水，水位至取样口32内侧下沿。
62.压力传感器布置在注水橡胶袋223与测试土样二52接触面。
63.2.2 实验测试启动监测装置4，上位机41检查所有测量传感器42、摄像机43、管路流量计44、电子秤45初始状态，保证管路流量计44、电子秤45读数清零。
64.加压组件向注水橡胶袋223注水并增压至注水橡胶袋223与测试土样二52接触面压力至设计压力f。
65.开启渗液供给装置1使渗液进入根系土样测试装置22，保持设计流量a。
66.上位机41调控所有测量传感器42、摄像机43、管路流量计44工作状态，根据各监测终端（测量传感器42、摄像机43、渗液回收装置3管路流量计44、电子秤45）的间隔时间t
∆i记录数据。
67.实验持续时间t2结束，关闭渗液供给装置1。
68.3、数据采集与参数测量上位机41采集各组实验过程中不同渗液设计流量a与测试土样二52设计压力f指标下，土体基质吸力数据与土体含水量数据；采集摄像机43拍摄的湿润锋演化进程数据（为提高拍摄质量，可以黑布作为拍摄背景）；采集渗液回收装置3中自出渗容器31取样口32后管路中液体流量q与体积v数据；采集电子秤45变化数据m。
69.由于出渗容器31在初始状态时注清水至取样口32内侧下沿，因此，当出渗液（体积为vw的水与体积为vs的土颗粒的混合液）自根系土样测试装置22进入出渗容器31后，土颗粒（体积vs）被取样口32的滤纸242拦截留在出渗容器31内。同时自取样口32溢出进入外侧回收管路的液体包括两部分：土颗粒挤出的等体积水（体积vs）、出渗液中的水（体积vw）。因此，回收管路上的管路流量计44测量数据v由式1表达。出渗容器31下方电子秤45变化数据m是体积为vs的土颗粒与等体积水的质量差，由式2表达。联立式1、式2、式3，代入已知项m、ds、ρw、v，计算得到vs、vw，再依式4、式5计算ms、mw。由此得到实验的4个测量结果数据，即，出渗液中水的体积vw与质量mw、土颗粒的体积vs与质量ms。
70.根据参数测量原理，可以对实验持续时间t2的设计方法加以改进。持续实验持续时长的设计，在传统土样渗流潜蚀实验中，一般是凭经验确定固定时长，或者是观察到出渗液中不再出现土颗粒时结束实验。利用本发明渗液回收装置，可以首先确定实验设计精度要求，当电子秤读数曲线的单位时间内变化幅度满足实验设计精度时，即可结束阶段实验。由此能够提高阶段实验的控制精度。
实施例五
71.如图7所示，利用实施例二植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统开展植被边坡土渗流潜蚀实验测量，用于植物全阶段的土样渗流潜蚀实验研究。
72.图7是植物全阶段的植被边坡土样渗流潜蚀实验测量方案示意图。
73.由于实验分组设计需要，使用的具体土样渗流潜蚀实验系统配置多组根系土样测试装置22与植株土样测试装置21，因而系统整体结构与实施例二具体加工产品不全然相同，但属于本发明技术构思。
74.植物全阶段土样渗流潜蚀实验方案包括3个阶段，分别是：植株测试阶段、新鲜根
系测试阶段、死亡根系测试阶段。所有实验组设置见表1。每组实验均设置重复，出于节省篇幅考虑，下文省略对重复组的描述。
75.表1 植物全阶段土样渗流潜蚀实验分组方案实验阶段土样测试装置装样10植株测试阶段栽种样本植株53、测试土样一5120新鲜根系测试阶段在10阶段基础上剪除样本植株53地上部分30死亡根系测试阶段由20阶段样品继续配置测试土样二521、材料准备设置实验参数见表2。
76.表2植物全阶段土样渗流潜蚀实验材料参数表准备渗液备用。
77.2、10植株测试阶段2.1 设备安装调试配置测试土样一51。
78.将植株土样测试装置21中渗透组件24的透水石241与滤纸242取出，将测试土样一51填装入植株土样容器211，填装时采用分层填装法，保证填装质量。将测量传感器42经传感器布设孔25插入测试土样一51中测量位置a
1i
，布置一列基质吸力传感器与一列含水量传感器，即在每一传感器布设孔25横截面上有一基质吸力传感器与一含水量传感器成对布置；栽种样本植株53；用遮光隔热材料包裹植株土样容器211。
79.2.2 实验测试调节生态因子条件在紫穗槐适生水平，维持植株健康生长。
80.启动监测装置4，上位机41检查所有测量传感器42、管路流量计44。
81.开启渗液供给装置1使渗液进入植株土样测试装置21，保持设计流量a1。
82.上位机41调控所有测量传感器42、管路流量计44工作状态，根据测量传感器42的设计间隔时间t
∆1记录数据。
83.阶段实验持续至时间结束，关闭渗液供给装置1。本阶段实验持续时间根据样本植株53长势达到实验设计长势指标确定。
84.2.3 数据采集与测量上位机41采集各组实验过程中不同渗液设计流量a指标下土体基质吸力数据与土体含水量数据。
85.3、20新鲜根系测试阶段3.1 设备安装调试对于10植株测试阶段各组实验，剪除各组样本植株53地上部分，将渗透组件24的透水石241与滤纸242覆盖在测试土样一51上。透水石241上可以加盖以保证渗液入渗效果。
86.渗液回收装置3的出渗容器31注清水，水位至取样口32内侧下沿。
87.3.2 实验测试启动监测装置4，上位机41检查所有测量传感器42、摄像机43、管路流量计44、电子秤45初始状态，保证管路流量计44、电子秤45读数清零。
88.开启渗液供给装置1使渗液进入植株土样测试装置21，保持设计流量a2。
89.上位机41调控所有测量传感器42、摄像机43、管路流量计44工作状态，根据各监测终端（测量传感器42、摄像机43、渗液回收装置3管路流量计44、电子秤45）的间隔时间t
∆2记录数据。
90.阶段实验持续至时间结束，关闭渗液供给装置1。阶段实验时长的设计可参见实施例四参数t2的设计方法。
91.3.3、数据采集与测量上位机41采集各组实验过程中不同渗液设计流量指标下，土体基质吸力数据与土体含水量数据；采集摄像机43拍摄的湿润锋演化进程数据；采集渗液回收装置3中自出渗容器31取样口32后管路中液体流量q2与体积v2数据；采集电子秤45变化数据m1。
92.采用与实施例四相同的数据处理方法计算测得：出渗液中水的体积v
w20
与质量m
w20
、土颗粒的体积 v
s20
与质量m
s20
。
93.4、30死亡根系测试阶段4.1 设备安装调试分别挖出上一阶段各组样本植株53根系部分，统计根系体积密度rv，剪碎，与该组测试土样一51混合，依指标配置成测试土样二52。
94.将测试土样二52填装入根系土样容器221，操作同实施例四2.1部分，相关参数依表2。
95.4.2 实验测试操作同实施例四2.2部分，相关参数依表2。阶段实验持续至时间结束。阶段实验持续时长设计方法参照本例3.2部分。
96.4.3 数据采集与参数测量操作同实施例四第3部分，相关参数依表2。
97.计算测得：出渗液中水的体积v
w30
与质量m
w30
、土颗粒的体积v
s30
与质量m
s30
。
98.实施例六利用本发明植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统开展植被边坡土渗流潜蚀实验测量，用于有裂缝结构的植物全阶段的土样渗流潜蚀实验研究。
99.由于实验分组设计需要，使用的具体土样渗流潜蚀实验系统配置多组根系土样测试装置22与植株土样测试装置21，因而系统整体结构与实施例二具体加工产品不全然相同，但属于本发明技术构思。
100.实验方案是在实施例五植物全阶段土样渗流潜蚀实验方案基本上增设裂缝结构，以研究土体裂缝与植株的耦合关系。具体在20新鲜根系测试阶段、30死亡根系测试阶段两个阶段实验中分别设置纯土样组与裂缝土样组作为平行组，同时单设无植株材料的裂缝土样组作为对照组。所有实验组设置见表3。
101.表3 有裂缝结构的植物全阶段土样渗流潜蚀实验分组方案1、材料准备实验参数设置参照实施例五，裂缝件23是横截面为正方形的直柱件。表2未列参数见表4。每组实验均设置重复，出于节省篇幅考虑，下文省略对重复组的描述。本例中，实验材料参数还包括裂缝件23主要结构参数与砾石样232颗粒特征指标。
102.表4裂缝对照的植物全阶段土样渗流潜蚀实验材料参数表
准备渗液备用。
103.2、00对照实验组2.1 设备安装调试配置测试土样一51。
104.将测试土样一51填装入植株土样容器211，填装时采用分层填装法，保证填装质量。在填装测试土样的过程中，将裂缝件23插入测试土样中部，尽量保证与两侧测量传感器42等距。参照实施例五2.1部分方式安装基质吸力传感器与含水量传感器。
105.渗液回收装置3的出渗容器31注清水，水位至取样口32内侧下沿。
106.2.2 实验测试参见实施例五3.2部分操作。
107.2.3 数据采集与测量参见实施例五3.3部分操作，测量得：出渗液中水的体积v
w0
与质量 m
w0
、土颗粒的体积v
s0
与质量m
s0
。
108.3、10、20、30阶段测试实验本实施方式的10、20、30各阶段实验中，均同时设有普通组与裂缝组平行分组。各阶段普通组实验方法参照实施例五，此处不再重复。各阶段裂缝组与普通组操作差异在于填装测试土样时是否植入裂缝件23，裂缝件23植入操作参照上文00对照实验组部分。除此以外，两平行分组操作均相同，此处不再重复。20、30阶段裂缝组实验的本质是在普通组实验基础上增加裂缝变量作为实验设计变量，因而同一阶段两组实验的数据采集与测量思路一致，此处不再重复。每组实验均设置重复，省略记述。
109.各阶段/各组实验测量得出渗液相关指标。例如，20阶段实验测得：普通组出渗液中水的体积v
w201
与质量m
w201
、土颗粒的体积v
s201
与质量 m
s201
，裂缝组出渗液中水的体积v
w202
与质量m
w202
、土颗粒的体积v
s202
与质量m
s202
。
110.实施例七如图8、图9所示，以实施例五植物全阶段的土样渗流潜蚀实验为例，分别计算20新鲜根系测试阶段与30死亡根系测试阶段的影响系数a，记为a
20
、a
30
。
111.在20新鲜根系测试阶段中，设置n个窗口阶段（对应样本植株53的n个长势指标），依次为s1～sn。每个窗口阶段si均采集rv与出渗液数据v、m，并计算根系土潜蚀量m
sed
。设置空白对照实验组（对照组与实验组之处在于测试土样中不混合根系样本），同样采集每个si的出渗液数据v、m，并计算裸土潜蚀量m
′
sed
。每组实验均设置重复，省略描述。
112.表5实验主要参数
113.利用表5数据依式6拟合曲线，则分别测量得到样本植物在20新鲜根系测试阶段与30死亡根系测试阶段的影响系数、。
114.图8、图9所示为某实验部分测量结果数据。图8是20阶段新鲜根系影响系数a
20
曲线图（流速25l/h）；图9是30阶段新鲜根系影响系数a
30
（流速25l/h）。

技术特征：
1.植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统，包括渗液供给装置（1）、土样测试装置（2）、渗液回收装置（3）与监测装置（4），渗液供给装置（1）将渗液输入土样测试装置（2），渗液流经土样测试装置（2）后进入渗液回收装置（3）；其特征在于：土样测试装置（2）包括根系土样测试装置（22），渗液供给装置（1）将渗液自根系土样测试装置（22）前侧壁输入，流经根系土样测试装置（22）后自后侧壁排出；所述根系土样测试装置（22）主体是上顶开口的根系土样容器（221），根系土样容器（221）内安装渗透组件（24），渗透组件（24）沿渗液流向依次为透水石（241）、滤纸（242）、滤网板（243），透水石（241）紧贴前侧壁，滤网板（243）与后侧壁间有过水间隙（222），滤纸（242）与透水石（241）紧贴，滤纸（242）与滤网板（243）之间填装测试土样二（52）；测试土样二（52）填装高度低于根系土样容器（221）高度；加压组件覆盖测试土样二（52）上表面向测试土样二（52）施加垂向压力；根系土样容器（221）前后侧壁之间的侧壁由透明材料加工成，透明侧壁上开二列横向排列的传感器布设孔（25），二列传感器布设孔（25）以根系土样容器（221）横向中心线h对称；渗液回收装置（3）包括径流组，渗液回收装置（3）的径流组通过管路连接根系土样测试装置（22）后侧壁之后；监测装置（4）包括上位机（41）以及与上位机（41）电路连接的测量传感器（42）、摄像机（43）、管路流量计（44），测量传感器（42）经传感器布设孔（25）插入测试土样二（52）并布置在加压组件与测试土样二（52）接触面，摄像机（43）机位正对根系土样容器（221）透明侧壁；所述测试土样二（52）是植物死亡根与堆积土混合样。2.根据权利要求1所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统，其特征在于：所述渗液回收装置（3）的径流组包括出渗容器（31），出渗容器（31）的取样口（32）内侧有滤纸（242），取样口（32）外侧接回收管路，回收管路安装管路流量计（44）；所述监测装置（4）包括位于出渗容器（31）下方的电子秤（45），电子秤（45）与上位机（41）电路连接；使用时出渗容器（31）盛装清水至取样口（32）内侧下沿。3.根据权利要求2所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统，其特征在于：所述加压组件包括注水橡胶袋（223），所述注水橡胶袋（223）外形与根系土样容器（221）内腔契合，覆盖于测试土样二（52）上表面；盖（224）覆盖于注水橡胶袋（223）上，并与根系土样容器（221）固定连接。4.根据权利要求3所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统，其特征在于：所述土样测试装置（2）还包括植株土样测试装置（21），渗液供给装置（1）将渗液自植株土样测试装置（21）上方输入，流经植株土样测试装置（21）后自下方排出；所述植株土样测试装置（21）主体是置于支架（212）上的植株土样筒（211），植株土样筒（211）内安装渗透组件（24），滤纸（242）与滤网板（243）之间填装测试土样一（51）；管壁由透明材料加工成，壁上开二列纵向排列的传感器布设孔（25），二列传感器布设孔（25）以植株土样筒（211）纵向中心线p对称；所述监测装置（4）还包括经传感器布设孔（25）插入测试土样二（52）的测量传感器（42），以及机位正对植株土样筒（221）的摄像机（43）；渗液回收装置（3）还包括垂流组，渗液回收装置（3）的垂流组通过管路连接在植株土样测试装置（21）之后，垂流组较径流组增设漏斗（33），漏斗（34）紧接在滤网板（243）下方，收
集出渗液汇入出渗容器（31）；所述测试土样一（51）是堆积土样，测试土样一（51）中栽种样本植株（53）。5.根据权利要求1～4任一所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统，其特征在于：还包括裂缝件（23），所述裂缝件（23）主体是顶部开口容器（231），侧壁与底面由透水板加工成，开口容器（231）内填装砾石样（232）；裂缝件（23）整体形状模仿研究对象裂缝的立体形状；所述裂缝件（23）整体结构是规则结构或者树形分支结构；所述规则结构是直柱件或者上大下小条形件，横截面形状是规则形状或者模仿土体裂缝走势的分支状。6.利用权利要求3所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统实现的植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法，其特征在于：用于死亡根系阶段的土样渗流潜蚀实验测量，第1阶段，准备阶段根据研究目的设置实验材料参数，所述实验材料参数包括：测试土样二（52）组分指标、测试土样二（52）含水率、测试土样二（52）孔隙比、渗液理化指标、渗液设计流量、监测装置（4）各终端数据记录间隔时间、测试土样二（52）中测量传感器（42）测量位置、测试土样二（52）设计压力、根系土样容器（211）设计静置时间、实验持续时间，所述测试土样二（52）组分指标是植株死亡根物种、堆积土种类及土粒比重、植株死亡根体积密度rv；配置渗液、配置测试土样二；第2阶段，根系测试阶段第1步，设备安装调试将测试土样二（52）填装入根系土样容器（221），将测量传感器（42）经传感器布设孔（25）插入测试土样二（52）中测量位置，布置一列基质吸力传感器与一列含水量传感器，用遮光隔热材料包裹根系土样容器（221），静置设计时间；渗液回收装置（3）的出渗容器（31）注清水，水位至取样口（32）内侧下沿；压力传感器布置在注水橡胶袋（223）与测试土样二（52）接触面；第2步，实验测试启动监测装置（4），上位机（41）检查所有测量传感器（42）、摄像机（43）、管路流量计（44）、电子秤（45）初始状态，保证管路流量计（44）、电子秤（45）读数清零；加压组件向注水橡胶袋（223）注水并增压至注水橡胶袋（223）与测试土样二（52）接触面压力至设计压力；启动监测装置（4），上位机（41）调控所有测量传感器（42）、摄像机（43）、管路流量计（44）工作状态，根据间隔时间记录测量传感器（42）、摄像机（43）、渗液回收装置（3）管路流量计（44）、电子秤（45）数据；开启渗液供给装置（1）使渗液进入根系土样测试装置（22），保持设计流量；实验持续设计时间结束；第3步，数据采集与测量上位机（41）采集实验过程中渗液设计流量与测试土样二（52）设计压力指标下土体基质吸力数据与土体含水量数据，采集摄像机（43）拍摄的湿润锋演化进程数据，采集渗液回收装置（3）中自出渗容器（31）取样口（32）后管路中液体流量体积v数据，采集电子秤（45）变化数据m；依式1～式5计算确定出渗液参数v
w
、m
w
、v
s
、m
s
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
ꢀꢀ
式2
ꢀꢀ
式3
ꢀꢀ
式4
ꢀꢀ
式5式中，v—进入回收管路的液体体积，单位m3，由管路流量计（44）测量，v
w
、v
s
—分别是出渗液中水与土颗粒的体积，单位cm3，m—电子秤读数变化，单位g，由电子秤（45）测量，ρ
w
—水的密度，单位g/cm3，常数，d
s
—堆积土土粒比重，单位g/cm3，实验材料参数确定，m
w
、m
s
—分别是出渗液中水与土颗粒的质量，单位g。7.根据权利要求6所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法，其特征在于：在填装测试土样二（52）时，将裂缝件（23）插入测试土样二（52）中部；并单设无植株材料的裂缝土样组作为对照组；所述裂缝件（23）主体是顶部开口容器（231），侧壁与底面由透水板加工成，开口容器（231）内填装砾石样（232），裂缝件（23）整体是规则结构；如果实验研究涉及滑移拉裂的滑坡，裂缝件（23）设计为上下均匀的直柱件；如果涉及蠕滑拉裂的滑坡，裂缝件（23）设计为上大下小件；裂缝件（23）的横截面形状与结构参数根据实验目的确定，如果实验研究对象涉及滑坡体后缘，裂缝件（23）横截面设计为规则形状，如果涉及滑坡体侧翼与前缘，裂缝件（23）横截面设计为模仿土体裂缝走势的分支状；所述实验材料参数包括裂缝件（23）主要结构参数与砾石样（232）颗粒特征指标。8.根据权利要求6所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法，其特征在于：采用权利要求4所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统替换权利要求3所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统实施；用于植物全阶段的土样渗流潜蚀实验测量，第1阶段，准备阶段根据研究目的设置实验材料参数，所述实验材料参数包括：样本植株（53）、测试土样一（51）与测试土样二（52）的含水率、测试土样一（51）与测试土样二（52）的孔隙比、测试土样二（52）的植株死亡根体积比rv2、堆积土土粒比重、渗液理化指标、各阶段渗液设计流量、测试土样一（51）与测试土样二（52）中测量传感器（42）测量位置、加压组件工作压力、监测装置（4）各终端在各阶段的数据记录间隔时间、阶段测试中的土样静置时间、各阶段实验持续时间；配置渗液；第2阶段，植株测试阶段第1步，设备安装调试配置测试土样一（51）；将测试土样一（51）填装入植株土样容器（211），将测量传感器（42）经传感器布设孔（25）插入测试土样一（51）中测量位置a
2i
，布置一列基质吸力传感器与一列含水量传感器，
栽种样本植株（53），用遮光隔热材料包裹植株土样容器（211）；第2步，实验测试调节生态因子条件在样本植株（53）适生水平，维持植株健康生长；启动监测装置（4），上位机（41）检查所有测量传感器（42）、管路流量计（44）；开启渗液供给装置（1）使渗液进入植株土样测试装置（21）保持渗液设计流量；上位机（41）调控所有测量传感器（42）、管路流量计（44）工作状态，根据测量传感器（42）的间隔时间记录数据；阶段实验持续至设计时间结束，关闭渗液供给装置（1）；第3阶段，新鲜根系测试阶段第1步，设备安装调试剪除上一测试阶段的样本植株（53）地上部分；渗液回收装置（3）的出渗容器（31）注清水，水位至取样口（32）内侧下沿；第2步，实验测试启动监测装置（4），上位机（41）检查所有测量传感器（42）、摄像机（43）、管路流量计（44）、电子秤（45）初始状态，保证管路流量计（44）、电子秤（45）读数清零；开启渗液供给装置（1）使渗液进入根系土样测试装置（22），保持设计流量；上位机（41）调控所有测量传感器（42）、摄像机（43）、管路流量计（44）工作状态，根据各监测终端（测量传感器（42）、摄像机（43）、渗液回收装置（3）管路流量计（44）、电子秤（45））的间隔时间记录数据；阶段实验持续至设计时间结束，关闭渗液供给装置（1）；第3步，数据采集与参数测量上位机（41）采集实验过程中渗液设计流量与测试土样一（51）设计压力指标下土体基质吸力数据与土体含水量数据，采集摄像机（43）拍摄的湿润锋演化进程数据，采集渗液回收装置（3）中自出渗容器（31）取样口（32）后管路中液体流量体积v数据，采集电子秤（45）变化数据m；依式1～式5计算确定出渗液参v
w
、m
w
、v
s
、m
s
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式1
ꢀꢀ
式2
ꢀꢀ
式3
ꢀꢀ
式4
ꢀꢀ
式5式中，v—进入回收管路的液体体积，单位m3，由管路流量计（44）测量，v
w
、v
s
—分别是出渗液中水与土颗粒的体积，单位cm3，m—电子秤读数变化，单位g，由电子秤（45）测量，ρ
w
—水的密度，单位g/cm3，常数，d
s
—堆积土土粒比重，单位g/cm3，实验材料参数确定，m
w
、m
s
—分别是出渗液中水与土颗粒的质量，单位g；第4阶段，死亡根系测试阶段
第1步，设备安装调试挖出上一阶段样本植株（53）根系部分，剪碎，与测试土样一（52）混合配置成测试土样二（52）；将测试土样二（52）填装入根系土样容器（221），将测量传感器（42）经传感器布设孔（25）插入测试土样二（52）中测量位置，布置一列基质吸力传感器与一列含水量传感器，用遮光隔热材料包裹根系土样容器（221），静置设计时间；渗液回收装置（3）的出渗容器（31）注清水，水位至取样口（32）内侧下沿；压力传感器布置在注水橡胶袋（223）与测试土样二（52）接触面；第2步，实验测试启动监测装置（4），上位机（41）检查所有测量传感器（42）、摄像机（43）、管路流量计（44）、电子秤（45）初始状态，保证管路流量计（44）、电子秤（45）读数清零；加压组件向注水橡胶袋（223）注水并增压至注水橡胶袋（223）与测试土样二（52）接触面压力至设计压力；开启渗液供给装置（1）使渗液进入根系土样测试装置（22）保持渗液设计流量；启动监测装置（4），上位机（41）调控所有测量传感器（42）、摄像机（43）、管路流量计（44）工作状态，根据间隔时间记录测量传感器（42）、摄像机（43）、渗液回收装置（3）管路流量计（44）、电子秤（45）数据；阶段实验持续至设计时间结束，关闭渗液供给装置（1）；第3步，数据采集与参数测量参照第3阶段第3步。9.根据权利要求8所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法，其特征在于：在所述新鲜根系测试阶段填装测试土样一（51）时与在所述死亡根系测试阶段填装测试土样二（52）时，分别将裂缝件（23）插入测试土样一（51）或测试土样二（52）中部；并分别单设无植株材料的裂缝土样组作为对照组；所述裂缝件（23）主体是顶部开口容器（231），侧壁与底面由透水板加工成，开口容器（231）内填装砾石样（232），裂缝件（23）整体是规则结构；如果实验研究涉及滑移拉裂的滑坡，裂缝件（23）设计为上下均匀的直柱件；如果涉及蠕滑拉裂的滑坡，裂缝件（23）设计为上大下小件；裂缝件（23）的横截面形状与结构参数根据实验目的确定，如果实验研究对象涉及滑坡体后缘，裂缝件（23）横截面设计为规则形状，如果涉及滑坡体侧翼与前缘，裂缝件（23）横截面设计为模仿土体裂缝走势的分支状；所述实验材料参数包括裂缝件（23）主要结构参数与砾石样（232）颗粒特征指标。10.根据权利要求6或8所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法，其特征在于：出渗液回收操作持续时长的设计方法是首先确定实验设计精度要求，当电子秤（45）读数曲线的单位时间内变化幅度满足实验设计精度时，结束阶段实验。11.根据权利要求6或8所述植被边坡土渗流潜蚀实验测量方法，其特征在于：依如下方法测量根系对潜蚀量的影响系数a：同时设置实验组与空白对照组，依式6计算影响系数a，或者依式7建立a的曲线函数
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式6
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式7式中，a—根系体积密度rv对潜蚀量的影响系数，m
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—根系土潜蚀量，v终点值对应的m
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，单位m3，m
′
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—裸土潜蚀量，m
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在空白对照实验中的对照值，单位g，rv—根系体系密度，单位%。

技术总结
本发明公开植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统与测量方法。植被边坡土渗流潜蚀实验测量系统包括渗液供给装置、土样测试装置、渗液回收装置与监测装置，土样测试装置包括根系土样测试装置与植株土样测试装置。系统在渗液回收装置、渗液加压结构、裂缝结构方面有优化。本发明测量方法充分考虑植株对土体渗流潜蚀的综合性影响，可用于死亡根系阶段与植物全阶段的土样渗流潜蚀特征的实验测量。本发明实现了在装样以后在实验原位完全自动采集结果数据，免除了回收样品后在实验室内业分析的环节，并利用数据自动采集结构解决了实验测量过程的精度控制问题；本发明技术在研究对象适用性、自动化控制、实验测量精度控制等各方面较现有技术有明显扩展与提升。术有明显扩展与提升。术有明显扩展与提升。


技术研发人员：雷小芹 张维雨 陈晓清 明柳
受保护的技术使用者：中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所
技术研发日：2023.08.16
技术公布日：2023/9/20