本发明涉及海绵城市领域，具体是海绵城市透水路面粉尘运移实验装置。
背景技术：
透水路面是建设海绵城市的有效举措，能够有效缓解城市排水压力，且能够补充地下水资源；随着时间推移，粉尘会逐渐沉积在透水路面的空隙中并逐渐向下层运移，因此需要对透水路面进行清洗，目前的清洗采用高压水流冲洗、负压抽吸、激振清理或结合起来对路面内的粉尘进行清理，这些方法能够将表层的粉尘清理出来，但是对于底层的灰尘却几乎没有效果，一旦灰尘沉积到路面底层，目前的技术来说无能为力，只能对路面重洗翻修铺装或任由其透水性能大幅下降或丧失，因此根据降尘量、降雨量、车流量等制定合适的清理周期，在粉尘沉积在表层时进行及时清理尤为重要，但是目前没有相关的装置能对粉尘在多种因素下在透水路面内的运移过程进行定量的研究，从而不能为制定合理的清理周期提供数据依据，而单纯的制定频繁的清理计划又会造成人力物力资源的浪费。
技术实现要素：
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供了海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，有效的解决了透水路面粉尘运移过程无法定量研究的问题。
其解决的技术方案是，海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，包括矩形的壳体，壳体内上下层叠安装有多个可上下移动的矩形框，混凝土试样安装在矩形框内，每两个相邻的矩形框之间均安装有第一压簧，每个矩形框的左右内壁上均装有一个金属网片，每个矩形框内的两个金属网片均经导线与电源的两级连通，多个矩形框内的金属网片并联接入电路中，每个金属网片所在的支路上均安装有一个电流表，电源两极并联有一个电压表；壳体的顶部设有降尘模拟系统、降雨模拟系统和车流模拟系统，降尘模拟系统包括一个伸至壳体顶部的出尘管道，出尘管道外端连接有加尘箱和风机；降雨模拟系统包括置于壳体上端的喷水管，喷水管上设有多个伸至壳体内的喷头，喷水管连接有水箱，喷水管上安装有第一流量计和液体泵；车流模拟系统保包括一个沿前后方向安装于壳体顶部的滚筒，滚筒可压在试样上端，滚筒的芯轴的两端均伸出壳体外且均安装有一个齿轮，壳体的前后外壁上均安装有一个与该端齿轮啮合的左右走向的齿条，滚筒转动时可沿齿条移动，壳体的前后侧壁上均开有可供滚筒的芯轴左右移动的通槽；壳体底部设有出水口，出水口上安装有第二流量计，壳体侧壁设有高于矩形框的溢流口。
本发明能够定量的研究海绵城市建设中透水混凝土路面中的粉尘运移速度与降水量、降尘量、车流量的关系以及与三者综合作用下的关系，为制定合适的路面清理周期提供可靠的实验依据。
附图说明
图1为试样压紧时本发明的主视剖视图。
图2为图1中a位置的放大图。
图3为图1中b位置的放大图。
图4为试样分开时本发明的主视剖视图。
图5为图4中c部分的放大图。
图6为矩形框的俯视剖视图。
图7为本发明主视图。
图8为图7中d部分的放大图。
图9为本发明的右视剖视图。
图10为图9中e部分的放大图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步详细说明。
由图1至图10给出，本发明包括矩形的壳体1，壳体1内上下层叠安装有多个可上下移动的矩形框2，混凝土试样安装在矩形框2内，每两个相邻的矩形框2之间均安装有第一压簧3，每个矩形框2的左右内壁上均装有一个金属网片4，每个矩形框2内的两个金属网片4均经导线与电源的两级连通，多个矩形框2内的金属网片4并联接入电路中，每个金属网片4所在的支路上均安装有一个电流表5，电源两极并联有一个电压表6；壳体1的顶部设有降尘模拟系统、降雨模拟系统和车流模拟系统，降尘模拟系统包括一个伸至壳体1顶部的出尘管道7，出尘管道7外端连接有加尘箱8和风机9；降雨模拟系统包括置于壳体1上端的喷水管10，喷水管10上设有多个伸至壳体1内的喷头11，喷水管10连接有水箱12，喷水管10上安装有第一流量计13和液体泵14；车流模拟系统保包括一个沿前后方向安装于壳体1顶部的滚筒15，滚筒15可压在试样上端，滚筒15的芯轴的两端均伸出壳体1外且均安装有一个齿轮16，壳体1的前后外壁上均安装有一个与该端齿轮16啮合的左右走向的齿条17，滚筒15转动时可沿齿条17移动，壳体1的前后侧壁上均开有可供滚筒15的芯轴左右移动的第一通槽18；壳体1底部设有出水口19，出水口19上安装有第二流量计20，壳体1侧壁设有高于矩形框2的溢流口21。
所述的滚筒15的芯轴偏心安装，所述的壳体1的前后外壁上均固定有一个位于齿条17上方且与齿条17平行的第一固定板22，齿条17经多个竖向的滑杆23可上下移动的安装在第一固定板22上，齿条17与第一固定板22之间均安装有第二压簧24；滚筒15偏心转动时的上下颠簸可模拟车辆颠簸时的压力变化和振动，齿条17在第二压簧24的作用下可是始终与齿轮16啮合。
所述的滚筒15的芯轴前端连接有一个驱动电机25，壳体1前端外壁上安装有一个位于电机下方的第二固定板26，第二固定板26与第一固定板22平行，第一固定板22上开有左右方向的滑槽27，驱动电机25的左右两侧各固定有一个滑套28，每个滑套28内均穿设有一个导杆29，两个第二导杆29的下端均置于滑槽27内；这种安装方式可供电机随滚筒15芯轴左右和上移移动。
所述的每个矩形框2的内壁均设有一个矩形环状的橡胶气囊30，每个气囊上设有一个进气管31，每个进气管31上安装有一个第一开关阀32，壳体1的侧壁上开有可供进气管31伸出壳体1的第二通槽33；通过进气管31使橡胶气囊30充放气，橡胶气囊30充气后可夹紧矩形框2内的试样并将试样四周密封。
为使多个矩形框2内的试样能够压紧，所述的每个矩形框2顶部均设有安装槽34，第一压簧3安装在安装槽34内。
所述的壳体1下端旋装有可拆卸的端盖35，出水口19安装在端盖35上，端盖35的上表面设有多个气压缸36，气压缸36可推动矩形框2上下运动。
所述的壳体1的侧壁上安装有两个上下间隔布置的压力传感器37，上方的压力传感器37位于最上方的矩形框2的上方，下方的压力传感器37位于最下方的矩形框2的下方；通过两个压力传感器37可测量试样上下端的压力差。
所述的壳体1内壁设有一个水平的矩形环状的挡板38，挡板38可对最上方的矩形框2上端进行限位。
所述的端盖35上设有进液口39，进液口39上安装有第二开关阀40，通过进液口39可向壳体1内加入氯化钠溶液。
所述的每个通槽内侧均安装有皮帘41，可防止向壳体1内吹入粉尘时粉尘从通槽处逸散。
以下以矩形框2设有3组为例介绍本发明的使用过程：实验开始前，首先切割与矩形框2内圈截面相同的矩形混凝土试样，然后将混凝土试样上下等分成3层，分别代表道路表层、中层和底层，然后将三层混凝土试样分别装入三个矩形框2内，并将橡胶气囊30充气将混凝土试样密封夹紧，然后将三个矩形框2装入壳体1内并盖上端盖35，气压缸36向上顶紧矩形框2，使三个混凝土试样相互压紧。
试样安装完成后，同时启动风机9、滚筒15的驱动电机25和液体泵14，向加尘箱8内加入粉尘，风机9将粉尘经除尘管道吹入到壳体1内落至试样上表面，可用筛分后的河砂作为粉尘模拟物，进一步的可分为粗砂、细砂和全级配砂；驱动电机25带动滚筒15转动，同时齿轮16与齿条17啮合使滚筒15沿齿条17移动，滚筒15在偏心转动过程中，滚筒15上下颠簸可模拟车辆颠簸时的压力变化和振动，滚筒15移动试样一端后，驱动电机25反转，滚筒15反向移动和转动，如此往复；液体泵14使多个喷头11向壳体1内喷氯化钠溶液模拟降雨；通过调节粉尘吹入量、喷头11喷淋流量、滚筒15转动速度可分别模拟不同的降尘量、降水量和车流量，降水量较大时未渗漏的雨水从溢流口21排出；如此持续一段时间，期间降尘、降水和车流模拟均可根据情况间断进行，以最大限度模拟当地情况为原则；在实验过程中，每隔一段时间，启动液压缸下移，在第一压簧3的作用下多个矩形框2分开从而使多个试样分开，读取电压表6的数值和多个电流表5的数值，分别计算出多个饱水试样的电阻值，同时记录粉尘吹入量、第一流量计13的数值、第二流量计20的数值和滚筒15的转动圈数；实验结束后，将记录的多组个类数据进行绘制曲线，根据情况绘制多种关系曲线，通过曲线可反应各试样的电阻值与降尘量的关系、与降水量的关系、与车流量的关系以及与三者综合作用下的关系等；试样的电阻值越大，说明试样内的含水量越少，试样堵塞越严重，从三个试样的电阻曲线变化趋势可得出三个试样内粉尘运移的过程，实验结果为不同地区根据环境监测数据的降尘量、降水量和车流量制定合适的路面清理周期提供了数据依据，从而在粉尘沉积在路面表层未渗透至更深层时进行及时清理。
在实验过程中，也可不进行降水模拟，研究在没有降水的情况下粉尘在混凝土路面内的运移过程，这种情况适用于模拟降水较少的地区，这种情况在测量电阻率时，需要打开第二开关阀40从进液口39向壳体1内加入氯化钠溶液浸没三个试样并关闭第二开关阀40浸泡一段时间，使三个试样内充满氯化钠溶液后将多余的溶液排出后进行测量电阻值，溶液从下向上渗透可避免从上向下渗透对粉尘深度造成影响。
实验中可同时测得试样的渗透系数k，方法如下：
首先计算水力坡度j：
j=（h1-h2）/l；
式中：h1和h2分别代表试样上下表面的压力，可有两个压力传感器37测得；
l代表试样高度；
求出水力坡度后，根据达西定律求出渗透系数k：
k=q/（aj）；
式中：q为渗流量，即第二流量计20的数值；
a为试样的横截面积。
本发明能够定量的研究海绵城市建设中透水混凝土路面中的粉尘运移速度与降水量、降尘量、车流量的关系以及与三者综合作用下的关系，能够为不同地区根据该地降尘量、降水量和车流量制定合适的路面清理周期提供可靠的实验依据，从而有效的延长透水路面的使用寿命，同时避免过于频繁清理造成的人力物力资源的浪费。
技术特征：
1.海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，包括矩形的壳体（1），壳体（1）内上下层叠安装有多个可上下移动的矩形框（2），混凝土试样安装在矩形框（2）内，每两个相邻的矩形框（2）之间均安装有第一压簧（3），每个矩形框（2）的左右内壁上均装有一个金属网片（4），每个矩形框（2）内的两个金属网片（4）均经导线与电源的两级连通，多个矩形框（2）内的金属网片（4）并联接入电路中，每个金属网片（4）所在的支路上均安装有一个电流表（5），电源两极并联有一个电压表（6）；壳体（1）的顶部设有降尘模拟系统、降雨模拟系统和车流模拟系统，降尘模拟系统包括一个伸至壳体（1）顶部的出尘管道（7），出尘管道（7）外端连接有加尘箱（8）和风机（9）；降雨模拟系统包括置于壳体（1）上端的喷水管（10），喷水管（10）上设有多个伸至壳体（1）内的喷头（11），喷水管（10）连接有水箱（12），喷水管（10）上安装有第一流量计（13）和液体泵（14）；车流模拟系统保包括一个沿前后方向安装于壳体（1）顶部的滚筒（15），滚筒（15）可压在试样上端，滚筒（15）的芯轴的两端均伸出壳体（1）外且均安装有一个齿轮（16），壳体（1）的前后外壁上均安装有一个与该端齿轮（16）啮合的左右走向的齿条（17），滚筒（15）转动时可沿齿条（17）移动，壳体（1）的前后侧壁上均开有可供滚筒（15）的芯轴左右移动的第一通槽（18）；壳体（1）底部设有出水口（19），出水口（19）上安装有第二流量计（20），壳体（1）侧壁设有高于矩形框（2）的溢流口（21）。
2.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的滚筒（15）的芯轴偏心安装，所述的壳体（1）的前后外壁上均固定有一个位于齿条（17）上方且与齿条（17）平行的第一固定板（22），齿条（17）经多个竖向的滑杆（23）可上下移动的安装在第一固定板（22）上，齿条（17）与第一固定板（22）之间均安装有第二压簧（24）。
3.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的滚筒（15）的芯轴前端连接有一个驱动电机（25），壳体（1）前端外壁上安装有一个位于电机下方的第二固定板（26），第二固定板（26）与第一固定板（22）平行，第一固定板（22）上开有左右方向的滑槽（27），驱动电机（25）的左右两侧各固定有一个滑套（28），每个滑套（28）内均穿设有一个导杆（29），两个第二导杆（29）的下端均置于滑槽（27）内。
4.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的每个矩形框（2）的内壁均设有一个矩形环状的橡胶气囊（30），每个气囊上设有一个进气管（31），每个进气管（31）上安装有一个第一开关阀（32），壳体（1）的侧壁上开有可供进气管（31）伸出壳体（1）的第二通槽（33）。
5.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的每个矩形框（2）顶部均设有安装槽（34），第一压簧（3）安装在安装槽（34）内。
6.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的壳体（1）下端旋装有可拆卸的端盖（35），出水口（19）安装在端盖（35）上，端盖（35）的上表面设有多个气压缸（36），气压缸（36）可推动矩形框（2）上下运动。
7.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的壳体（1）的侧壁上安装有两个上下间隔布置的压力传感器（37），上方的压力传感器（37）位于最上方的矩形框（2）的上方，下方的压力传感器（37）位于最下方的矩形框（2）的下方。
8.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的壳体（1）内壁设有一个水平的矩形环状的挡板（38），挡板（38）可对最上方的矩形框（2）上端进行限位。
9.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的端盖（35）上设有进液口（39），进液口（39）上安装有第二开关阀（40）。
10.根据权利要求1所述的海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，其特征在于，所述的每个通槽内侧均安装有皮帘（41）。
技术总结
本发明涉及海绵城市透水路面粉尘运移实验装置，有效的解决了透水路面粉尘运移过程无法定量研究的问题；解决的技术方案包括壳体，壳体内上下层叠安装有多个可上下移动的矩形框，混凝土试样安装在矩形框内，每个矩形框的左右内壁上均装有一个金属网片，多个矩形框内的金属网片并联接入电路中，壳体的顶部设有降尘模拟系统、降雨模拟系统和车流模拟系统，壳体底部设有出水口，出水口上安装有第二流量计，壳体侧壁设有高于矩形框的溢流口；本发明能够定量的研究海绵城市建设中透水混凝土路面中的粉尘运移速度与降水量、降尘量、车流量的关系以及与三者综合作用下的关系，为制定合适的路面清理周期提供可靠的实验依据。
技术研发人员：田鹏;任君;罗萌
受保护的技术使用者：郑州航空工业管理学院
技术研发日：.11.29
技术公布日：.02.21
