本发明涉及渗流实验技术领域，尤其涉及一种多通道压实土层渗流实验装置及方法。
背景技术：
渗透系数是表征流体在多孔介质中渗透性的主要参数，广泛应用于水文地质、工程地质等领域。渗透系数可通过恒温渗流实验获取。
现有技术的自动渗透仪器，可实时采集体积、压力(或水柱高度)参数，计算渗透系数，提高了实验效率。但仍然存在以下不足：
(1)现有的自动渗透仪器，仅能实现在一次渗透实验过程中，自动获取一个定水头实验(或给定初始水头的变水头实验)的相关实验数据，得到该实验条件下流体在介质中的渗透性参数。若需不同定水头数值下的实验数据，则需要人工辅助改变水头后重新开始实验；一台仪器一次仅能进行一个样品的渗透性实验。
(2)现有的自动渗透仪器，适用于较大渗流体积的自动计量。压实土层的渗透系数一般低于10-6cm/s，有的甚至低于10-10cm/s。对于渗流速率低于0.5ml/d的自动计量，难以获取准确结果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种多通道压实土层渗流实验装置及方法，计量精度高，能实现渗流量低至20μl/d的准确计量。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种多通道压实土层渗流实验装置，包括：
至少一个流体注入机构，所述流体注入机构具有盛放渗流流体的活塞容器及与所述活塞容器相连的恒流恒压泵；
至少一个样品模块，所述样品模块具有：
粘土测试仓，具有用于装载土壤样品的筒体，所述筒体的两端分别密封连接有上盖和下盖，所述上盖具有进液口，所述下盖具有出液口，所述进液口通过进液管路与所述活塞容器相连，所述出液口连接有出液管路；
流体收集机构，具有透明直管，所述透明直管的上端连接有防溢盖，所述防溢盖上连接有防溢管路，所述防溢管路与所述透明直管的内腔相连通，所述透明直管的下端具有收集口，所述收集口通过收集管路与所述出液管路相连；
排放机构，具有废液收集瓶和与所述废液收集瓶相接的排液管路，所述排液管路与所述收集口相连，所述防溢管路与所述废液收集瓶相连；
至少一个图像采集器，所述图像采集器与所述样品模块的透明直管水平相对。
在本发明的实施方式中，所述粘土测试仓具有渗流旁路，所述渗流旁路的两端分别与所述上盖的进液口和所述下盖的出液口相连。
在本发明的实施方式中，所述筒体内从下至上依次放置有底层金属纱网、所述土壤样品、顶层金属纱网和金属透水板。
在本发明的实施方式中，还包括恒温控制箱，所述至少一个样品模块和所述至少一个图像采集器均位于所述恒温控制箱内。
在本发明的实施方式中，还包括数据采集与控制机构，其具有所述至少一个图像采集器、至少一个温度传感器、至少一个压力传感器、至少一个光纤传感器和数据采集与控制工作站，所述至少一个图像采集器、所述至少一个温度传感器、所述至少一个压力传感器和所述至少一个光纤传感器分别与所述数据采集与控制工作站电连接；
其中，所述压力传感器设置在所述进液管路上；所述光纤传感器设置在所述透明直管的下端。
在本发明的实施方式中，所述进液管路上设有进液电磁阀，所述出液管路上设有出液电磁阀，所述排液管路上设有排液电磁阀，所述进液电磁阀、所述出液电磁阀和所述排液电磁阀分别与所述数据采集与控制工作站电连接。
在本发明的实施方式中，所述数据采集与控制工作站包括：
图像采集单元，获取第一图像和第二图像；其中，所述第一图像为所述透明直管内初始液位的图像，所述第二图像为所述透明直管内当前液位的图像；
图像处理单元，对所述第一图像和所述第二图像进行处理，分别获取所述第一图像中对应所述透明直管内的初始液位的第一弯月面图案，以及所述第二图像中对应所述透明直管内的当前液位的第二弯月面图案；
数据生成单元，利用所述第一弯月面图案和所述第二弯月面图案获得渗流流体的体积。
在本发明的实施方式中，所述粘土测试仓具有能沿水平轴旋转的翻转支架，所述筒体固定连接在所述翻转支架上。
本发明还提供一种多通道压实土层渗流实验方法，采用如上所述的多通道压实土层渗流实验装置，所述方法包括如下步骤：
步骤s1：制备土壤样品；选取过筛后的风干土壤样品，在所述风干土壤样品上喷洒去离子水以配制成具有一定含水率的土壤样品，混匀后继续过筛，并于室温密封均化一定时间后，形成所述土壤样品；
步骤s2：装样；将所述土壤样品装入至少一个样品模块的粘土测试仓的筒体内并进行分层压实，在所述筒体中加入去离子水后，密封所述筒体；
步骤s3：进行渗流实验；打开至少一个流体注入机构的恒流恒压泵，通过至少一个流体注入机构的活塞容器向所述至少一个样品模块的各所述筒体内注入渗流流体，自各所述筒体的出液口排出的渗流流体进入至少一个样品模块的流体收集机构的透明直管中，并通过至少一个图像采集器采集各所述透明直管内的流体的液位图像。
在本发明的实施方式中，在所述步骤s2和所述步骤s3之间还包括步骤s21：压实土层排气；倒置所述筒体，在所述筒体的进液口和所述筒体的出液口之间连接渗流旁路，自所述筒体的进液口向所述筒体内注入脱气的去离子水，直至自所述筒体的出液口有流体排出时为止。
在本发明的实施方式中，在所述步骤s3中，设定进行渗流实验的实验温度，待所述实验温度平衡一定时间后进行渗流实验。
在本发明的实施方式中，在所述步骤s3之后包括步骤s4：测量所述透明直管内的渗流流体的体积；包括以下步骤：
获取第一图像和第二图像；其中，所述第一图像为透明直管内初始液位的图像，所述第二图像为所述透明直管内当前液位的图像；
对所述第一图像和所述第二图像进行处理，分别获取所述第一图像中对应所述透明直管内的初始液位的第一弯月面图案，以及所述第二图像中对应所述透明直管内的当前液位的第二弯月面图案；
利用所述第一弯月面图案和所述第二弯月面图案获得渗流流体的体积。
在本发明的实施方式中，在所述第一图像和所述第二图像中分别设置第一识别区域和第二识别区域，对所述第一识别区域和所述第二识别区域进行处理，以分别获得所述第一弯月面图案和所述第二弯月面图案。
在本发明的实施方式中，对所述第一识别区域和所述第二识别区域进行处理包括：获取所述第一识别区域中的每个像素点的灰度值和所述第二识别区域中的每个像素点的灰度值，将所述每个像素点的灰度值与二值化阈值进行比较，根据比较结果获取所述第一弯月面图案的黑白二值图片以及所述第二弯月面图案的黑白二值图片。
在本发明的实施方式中，在所述像素点的灰度值大于或等于二值化阈值的情况下，将所述像素点的颜色设置为白色；在所述像素点的灰度值小于所述二值化阈值的情况下，将所述像素点的颜色设置为黑色。
在本发明的实施方式中，根据所述第一弯月面图案在所述第一图像中的像素点坐标、所述第二弯月面图案在所述第二图像中的像素点坐标、以及单位像素体积系数，获取所述渗流流体的体积。
在本发明的实施方式中，确定所述单位像素体积系数包括：
获取所述第一图像中对应所述透明直管内的初始液位高度的像素点坐标；
获取第三图像中对应所述透明直管内的第三液位高度的像素点坐标；其中，所述第三图像为所述透明直管内注入一定体积的液体后的图像；
根据所述初始液位高度的像素点坐标、所述第三液位高度的像素点坐标、以及向所述透明直管内注入的液体体积，获取所述单位像素体积系数。
在本发明的实施方式中，确定所述单位像素体积系数包括：获取所述第二图像中对应所述透明直管内的任一两点的液位高度的像素点坐标，根据所述透明直管上的刻度标记，确定所述第二图像中的任一两点的液位高度间的液体体积，根据所述液体体积以及所述任一两点的液位高度的像素点坐标，获取所述单位像素体积系数。
本发明的多通道压实土层渗流实验装置及方法的特点及优点是：本发明的多通道压实土层渗流实验装置及方法，能够实现自动开始和结束渗流实验过程，其自动化程度高；另外，可有效控制渗流流体收集过程中的挥发损失，使测量更准确；再有，通过图像采集器实时采集透明直管内的液体液位的图像，并通过对图像进行分析和识别，解决了渗流量低至20μl/d的准确计量，提高了计量精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的多通道压实土层渗流实验装置的一实施例的结构示意图。
图2为本发明的多通道压实土层渗流实验装置的另一实施例的结构示意图。
图3为本发明的多通道压实土层渗流实验方法的流程图。
附图标号说明：100、土壤样品；1、流体注入机构；11、恒流恒压泵；12、活塞容器；13、泵管路；14、注入管路；2、粘土测试仓；21、筒体；22、上盖；23、下盖；24、底部金属纱网；24’、顶部金属纱网；25、金属透水板；26、进液口；261、进液管路；262、渗流旁路；27、出液口；271、出液管路；28、翻转支架；3、流体收集机构；31、透明直管；32、插入式底座；33、顶端夹；34、防溢盖；341、防溢管路；35、垂直面板；36、收集口；361、收集管路；362、排液管路；37、废液收集瓶；4、排放机构；41、进液电磁阀；42、旁路电磁阀；43、出液电磁阀；44、排液电磁阀；5、恒温控制箱；6、数据采集与控制机构；61、数据采集与控制工作站；62、图像采集器；63、补光板；64、温度传感器；65、压力传感器；66、光纤传感器；67、数据线；20、样品模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施方式一
本发明提供了一种多通道压实土层渗流实验装置，包括至少一个流体注入机构1、至少一个样品模块20和至少一个图像采集器62，其中：所述流体注入机构1具有盛放渗流流体的活塞容器12，所述活塞容器12连接有恒流恒压泵11；所述样品模块20具有粘土测试仓2、流体收集机构3和排放机构4，所述粘土测试仓2具有用于装载土壤样品的筒体21，所述筒体21的两端分别密封连接有上盖22和下盖23，所述上盖22具有进液口26，所述下盖23具有出液口27，所述进液口26通过进液管路261与所述活塞容器12相连，所述出液口27连接有出液管路271；所述流体收集机构3具有透明直管31，所述透明直管31的上端连接有防溢盖34，所述防溢盖34上连接有防溢管路341，所述防溢管路341与所述透明直管31的内腔相连通，所述透明直管31的下端具有收集口36，所述收集口36通过收集管路361与所述出液管路271相连；所述排放机构4具有废液收集瓶37和与所述废液收集瓶37相接的排液管路362，所述排液管路362与所述收集口36相连，所述防溢管路341与所述废液收集瓶37相连；所述图像采集器62与所述样品模块20的透明直管31水平相对。
如图1所示，为本发明的一种多通道压实土层渗流实验装置，其中仅设有一个样品模块20，其也可称为单通道压实土层渗流实验装置。如图2所示，为本发明的另一个多通道压实土层渗流实验装置，其中设有六个样品模块20和三个流体注入机构1，每个流体注入机构1可分别为两个样品模块20提供所需的渗流流体，该实施方式可以一次进行三组渗流实验(每组两个样品模块20，两个样品模块20可为相同样品的重复性实验)；每组实验互相独立，在相同的温度下，可选用不同的样品模块20、不同的渗流流体以及不同的渗流压力同时进行实验。当然，在其他的实施例中，本发明的多通道压实土层渗流实验装置，并不对样品模块20和流体注入机构1的数量做限制，该样品模块20和流体注入机构1可根据实际实验需要任一选择。
下面以图1的实施方式具体说明本发明的多通道压实土层渗流实验装置。
如图1所示，本实施方式中设有一个流体注入机构1、一个样品模块20和一个图像采集器62。其中：该流体注入机构1具有盛放渗流流体的活塞容器12，恒流恒压泵11通过泵管路13与活塞容器12相连接，该活塞容器12通过注入管路14与进液管路261相连，在本发明中，该注入管路14与进液管路261之间设有进液电磁阀41，开启进液电磁阀41，恒流恒压泵11推动活塞容器12将渗流流体注入粘土测试仓2；在本实施例中，该恒流恒压泵11可为单缸注入泵，当然也可以采用其它公知的泵件，只要满足适当的注入压力或注入流量要求即可。
该粘土测试仓2包括内壁经翻砂打毛的筒体21，该筒体21内用于装载土壤样品100；上盖22和下盖23分别拧紧在筒体21的上端和下端，在上盖22上开设有进液口26，在下盖23上开设有出液口27。该进液口26连接进液管路261，用于控制向筒体21中注入渗流流体；该出液管路271与出液口27相连接，在出液管路271上设置有出液电磁阀43，用于控制渗流过程。
在本发明中，该粘土测试仓2具有能沿水平轴旋转的翻转支架28，该筒体21可固定连接在该翻转支架28上。当向筒体21内装载土壤样品100时，首先将下盖23固定到翻转支架28上，再将筒体21拧紧在下盖23上，然后在筒体21底部放置底部金属纱网24，之后装入土壤样品100，并按所需的压实度在筒体21内分层压实该土壤样品100后，在土壤样品100的上部依次放入顶部金属纱网24’和金属透水板25，最后将上盖22拧紧在筒体21的上端。
该流体收集机构3包括透明直管31，在本实施例中，该透明直管31可为玻璃直管，其用于渗流流体的收集与计量。在本发明中，该流体收集机构3还具有垂直面板35，该垂直面板35的上部连接有顶端夹33，该垂直面板35的下部连接有插入式底座32，该透明直管31的底部插入在插入式底座32上，该透明直管31的上部用顶端夹33固定。该透明直管31的顶部设置有防溢盖34，防溢盖34上连接有防溢管路341；该透明直管31的下端设有收集口36，该收集口36通过收集管路361与出液电磁阀43相连接，用于渗流流体的收集。
该排放机构4具有废液收集瓶37，该透明直管31的收集口36通过排液管路362与废液收集瓶37相连接，用于透明直管31中渗流流体的排放，在该排液管路362上设置有排液电磁阀44，用于控制透明直管31中渗流流体的排放；该防溢盖34上的防溢管路341与废液收集瓶37相连接，用于预防透明直管31中渗流流体可能溢出的情况。
图像采集器62为摄像头，其与透明直管31水平相对设置，该图像采集器62用于实时采集透明直管31内的液体液位的图像，进而获得渗流实验的体积值数据。
本发明的多通道压实土层渗流实验装置，能够实现自动开始和结束渗流实验过程，其自动化程度高；另外，在透明直管31内的液位上设有油封，可有效控制渗流流体收集过程中的挥发损失，使测量更准确；再有，通过图像采集器62实时采集透明直管31内的液体液位的图像，并通过对图像进行分析和识别，解决了渗流量低至20μl/d的准确计量，提高了计量精度。
根据本发明的一个实施方式，该粘土测试仓2还具有渗流旁路262，该渗流旁路262的两端分别与上盖22的进液口26和下盖23的出液口27相连。在本实施例中，在渗流旁路262上设置有旁路电磁阀42，其用于在渗流实验前，通过流体注入机构1向粘土测试仓2、流体收集机构3和排放机构4的各管路中充满渗流流体，并排尽粘土测试仓2、流体收集机构3和排放机构4的各管路中的气体，以便为后续渗流实验的准备测量提供前提保证。
根据本发明的一个实施方式，该多通道压实土层渗流实验装置还包括恒温控制箱5，该至少一个样品模块20和至少一个图像采集器62均位于恒温控制箱5内，该恒温控制箱5用于控制检测温度。
具体的，在图1所示的实施方式中，该流体注入机构1的活塞容器12、粘土测试仓2、流体收集机构3、排放机构4和图像采集器62均位于该恒温控制箱5内。在图2所示的实施方式中，三个流体注入机构1的三个活塞容器12、六个样品模块20和六个图像采集器62均位于该恒温控制箱5内。
根据本发明的一个实施方式，该多通道压实土层渗流实验装置还包括数据采集与控制机构6，其具有至少一个图像采集器62、至少一个温度传感器64、至少一个压力传感器65、至少一个光纤传感器66和数据采集与控制工作站61，该至少一个图像采集器62、至少一个温度传感器64、至少一个压力传感器65和至少一个光纤传感器66分别与数据采集与控制工作站61电连接；其中，该压力传感器65设置在进液管路261上；该光纤传感器66设置在透明直管31的下端。在本发明中，该图像采集器62可为摄像头，该图像采集器62、温度传感器64、压力传感器65和光纤传感器66分别用于渗流实验过程中体积、温度、压力、时间的采集。
具体的，在图1所示的实施方式中，该数据采集与控制机构6设有一个图像采集器62、一个温度传感器64、一个压力传感器65和一个光纤传感器66，该图像采集器62、温度传感器64、压力传感器65和光纤传感器66分别通过数据线67与数据采集与控制工作站61电连接。在图2所示的实施方式中，该数据采集与控制机构6设有六个图像采集器62、六个温度传感器64、六个压力传感器65和六个光纤传感器66，六个图像采集器62、六个温度传感器64、六个压力传感器65和六个光纤传感器66分别通过数据线67与数据采集与控制工作站61电连接。本发明的数据采集与控制机构6中的图像采集器62、温度传感器64、压力传感器65和光纤传感器66的数量，与样品模块20的数量一致。
本发明的数据采集与控制机构6通过数据线67与设置于进液管路261上的压力传感器65相连，用于采集实验的压力值数据；该数据采集与控制机构6通过数据线67与设置于恒温控制箱5内的温度传感器64相连，用于采集实验的温度数据，该恒温控制箱5内的温度由恒温控制箱5独立控制，改变渗流实验温度，通过设置恒温控制箱5的目标温度值来完成；该数据采集与控制机构6通过数据采集与控制工作站61，采集渗流过程的时间数据；该数据采集与控制机构6通过数据线67与光纤传感器66相连，用于控制渗流实验开始时透明直管31的初始液位，以及用于控制排液时透明直管31的终止液位，用于控制出液电磁阀43的自动关闭；该数据采集与控制机构6还通过数据线67与图像采集器62相连，用于采集实验的体积值数据，以设定的时间间隔，通过所拍摄的透明直管31的图像，来识别图像中流体的液位高度，以进行渗流体积的自动计量，在该数据的采集过程中，设置在垂直面板35上的补光板63的电源始终打开。
进一步的，该数据采集与控制工作站61还通过数据线67与恒流恒压泵11相连接，通过该数据采集与控制工作站61设置或改变实验所需的压力值或流量值，来控制恒流恒压泵11的泵送压力值或流量值，达到以恒压或恒流方式注入渗流流体的目的。
更进一步的，该数据采集与控制工作站61还分别与进液电磁阀41、旁路电磁阀42、出液电磁阀43和排液电磁阀44电连接。通过数据采集与控制工作站61控制进液电磁阀41、旁路电磁阀42、出液电磁阀43和排液电磁阀44的开启和关闭，用于控制实验过程的渗流流体的注入、渗流管路的充液和排气、渗流流体的收集和排放，以及实验的终止。
根据本发明的一个实施方式，该数据采集与控制工作站61包括：图像采集单元，获取第一图像和第二图像；其中，所述第一图像为所述透明直管内初始液位的图像，所述第二图像为所述透明直管内当前液位的图像；图像处理单元，对所述第一图像和所述第二图像进行处理，分别获取所述第一图像中对应所述透明直管内的初始液位的第一弯月面图案，以及所述第二图像中对应所述透明直管内的当前液位的第二弯月面图案；数据生成单元，利用所述第一弯月面图案和所述第二弯月面图案获得渗流流体的体积。关于该数据采集与控制工作站61的具体测量方法，将在下述实施方式二中具体描述。
实施方式二
如图1至图3所示，本发明还提供一种多通道压实土层渗流实验方法，其采用实施方式一中所述的多通道压实土层渗流实验装置，关于多通道压实土层渗流实验装置的具体结构、工作原理和有益效果已在实施方式一中描述，在此不再赘述，所述多通道压实土层渗流实验方法包括如下步骤：
步骤s1：制备土壤样品100；选取过筛后的风干土壤样品，在所述风干土壤样品上喷洒去离子水以配制成具有一定含水率的土壤样品，混匀后继续过筛，并于室温密封均化一定时间后，形成所述土壤样品；
步骤s2：装样；将所述土壤样品装入至少一个样品模块20的粘土测试仓2的筒体21内并进行分层压实，在所述筒体21中加入去离子水后，密封所述筒体21；
步骤s3：进行渗流实验；打开至少一个流体注入机构1的恒流恒压泵11，通过至少一个流体注入机构1的活塞容器12向所述至少一个样品模块20的各所述筒体21内注入渗流流体，自各所述筒体21的出液口27排出的渗流流体进入至少一个样品模块20的流体收集机构3的透明直管31中，并通过至少一个图像采集器62采集各所述透明直管31内的流体液位的图像。
在本实施方式中，以0.05mpa、0.10mpa、0.15mpa、0.20mpa和0.25mpa共5个实验压力下，以水为渗流流体在20℃进行压实土层的渗流实验为例，对该实验方法进行说明。
具体的，在步骤s1中，取过4mm筛后的风干土壤样品，喷洒加入去离子水配制成所需含水率的土壤样品，混匀后过4mm筛，于室温密封均化24h；在本实施例中，取340g过筛后的风干粘土样品，喷洒加入去离子水75g，混匀过4mm筛，于25℃密封均化24h。
在步骤s2中，先将粘土测试仓2的下盖23固定到翻转支架28上，再将筒体21拧紧在下盖23上，在筒体21底部放置底部金属纱网24，之后装入步骤s1配置好的土壤样品100，按所需的压实度在筒体21内分层压实后，在土层上部依次放置顶部金属纱网24’和金属透水板25，向筒体21上部加入脱气的去离子水，拧紧上盖22，使水从进液口26溢出。在本实施例中，筒体21的内径为50mm、最大可填土高度为100mm，顶部金属纱网24’的网目和底部金属纱网24的网目均为400目，二者的直径均为50mm，将已均化的340g土壤样品100分三层装入筒体21内压实，控制压实度为95％，压实后的土柱高度为98.0mm。
在本发明的实施方式中，在进行步骤s3之前，还包括步骤s21：压实土层排气；倒置所述筒体21，在所述筒体21的进液口26和所述筒体21的出液口27之间连接渗流旁路262，自所述筒体21的进液口26向所述筒体21内注入脱气的去离子水，直至自所述筒体21的出液口27有流体排出时为止。
在步骤s21中，将粘土测试仓2的进液口26与进液管路261和渗流旁路262相连接，出液管路271与出液口27相连接，将粘土测试仓2接入检测装置；在活塞容器12中装满脱气的去离子水，设置恒流恒压泵11的流速为0.5ml/min，打开进液电磁阀41、旁路电磁阀42、出液电磁阀43和排液电磁阀44，以恒流模式启动恒流恒压泵11，待有水从排液管路362稳定流出后，改变恒流恒压泵11的流速为0.05ml/min，关闭旁路电磁阀42，自下而上向粘土测试仓2中缓慢注水排除粘土测试仓2内和各管路中的气体。排气结束后，关闭恒流恒压泵11，关闭进液电磁阀41、出液电磁阀43和排液电磁阀44，翻转粘土测试仓2的筒体21，使上盖22朝上。
完成步骤s21后可进行步骤s3，通过步骤s3进行本发明的渗流流体的体积测量实验。在步骤s3中，先设定进行渗流实验的实验温度，待该实验温度平衡一定时间后进行渗流实验。在本实施例中，通过调节恒温控制箱5设定测试温度，待恒温控制箱5温度平衡一定时间后测试；具体的，该恒温控制箱5设定的测试温度为20℃，待恒温控制箱5平衡4小时后测试。
在本发明的实施方式中，在所述步骤s3之后包括步骤s4：测量所述透明直管31内的渗流流体的体积，包括以下步骤：
步骤s41：获取第一图像和第二图像；其中，所述第一图像为透明直管31内初始液位的图像，所述第二图像为透明直管31内当前液位的图像；
步骤s42：对第一图像和第二图像进行处理，分别获取第一图像中对应透明直管31内的初始液位的第一弯月面图案，以及第二图像中对应透明直管31内的当前液位的第二弯月面图案；
步骤s43：利用第一弯月面图案和第二弯月面图案获得渗流流体的体积。
在进行步骤s41之前，需打开图像采集器62和补光板63，调节图像采集器62的高度和角度，以在数据采集与控制工作站61上获得透明直管31的清晰放大的图像；通过数据采集与控制工作站61控制图像采集器62拍摄或存储图像，在所拍摄的图像中透明直管31可显示为水平或垂直图像；其中，所拍摄的图像为彩色图像，各图像具有相同的像素数，且各图像可存储为通用的位图文件，如bmp、jpeg等文件。
工作准备就绪后，进行步骤s41，通过图像采集器62获取该第一图像和第二图像。其中，该第一图像为透明直管31内初始液位的图像，也即，该第一图像为透明直管31内还没有渗流流体流入时的初始液位状态的图像；该第二图像为透明直管31内当前液位的图像，也即，该第二图像为透明直管31内流入有渗流流体后的当前液位状态的图像。在本实施例中，该第一图像和第二图像可均存贮为bmp格式文件(256色位图)，第一图像的大小和第二图像的大小均为1900像素×300像素；透明直管31在第一图像和第二图像中均显示为水平图像。
在步骤s42中，对第一图像和第二图像进行处理，分别获取第一图像中对应透明直管31内的初始液位的第一弯月面图案，以及第二图像中对应透明直管31内的当前液位的第二弯月面图案。
在一可行的实施例中，在第一图像和第二图像中分别设置第一识别区域和第二识别区域，对该第一识别区域和第二识别区域进行处理，以分别获得第一弯月面图案和第二弯月面图案。
具体的，对该第一识别区域和第二识别区域进行处理包括：获取第一识别区域中的每个像素点的灰度值和第二识别区域中的每个像素点的灰度值，将每个像素点的灰度值与二值化阈值进行比较，根据比较结果获取第一弯月面图案的黑白二值图片以及第二弯月面图案的黑白二值图片。
进一步的，在所述的像素点的灰度值大于或等于二值化阈值的情况下，将所述的像素点的颜色设置为白色；在所述的像素点的灰度值小于二值化阈值的情况下，将所述的像素点的颜色设置为黑色。当然，也可根据实际需要，将灰度值大于或等于二值化阈值的所述的像素点的颜色设置为黑色；将灰度值小于二值化阈值的像素点的颜色设置为白色，在此不做限制。
当然，在另一可行实施例中，也可先对该第一图像和第二图像进行处理，以分别获得第一弯月面图案和第二弯月面图案，然后分别在第一图像和第二图像中选取具有第一弯月面图案的第一识别区域和具有第二弯月面图案的第二识别区域。
在本实施例中，在数据采集与控制工作站61中，通过图像采集器62摄获取透明直管31的第一图像或第二图像，在该第一图像或第二图像上对应透明直管31的区域内部拖动并释放鼠标，在显示屏上形成以鼠标的起点和终点为对角线的矩形区域，该区域即为设置的第一识别区域或第二识别区域，该区域在数据采集与控制工作站61中用像素点坐标(x1，y1)和(x2，y2)进行描述，其中，x1和x2(x1＜x2)为水平方向对应的像素点坐标值，y1和y2(y1＜y2)为垂直方向对应的像素点坐标值。在数据采集与控制工作站61中，修改x1、y1、x2、y2的值可改变对该图像的识别区域的设置，并且修改后的识别区域在图像上显示为新矩形区域；另外，在数据采集与控制工作站61中输入x1、y1、x2、y2的值也可设置图像的识别区域；保存x1、y1、x2、y2的值到数据采集与控制工作站61；在本实施例中，设置x1＝200、x2＝1850，y1＝145、y2＝155。
然后，根据设置的二值化阈值，对该第一图像和第二图像进行处理，以在第一图像的第一识别区域和第二图像的第二识别区域中仅显示第一弯月面图案和第二弯月面图案，以确定液位位置。
实验观察发现，在拍摄的图像中，透明直管31中液体(例如水)的弯月面的颜色，相对于透明直管31的其他区域明显较暗。产生这一现象的原理为：根据成像原理，照在透明直管31(也即玻璃直管)上的反射光进入图像采集器62形成图像。根据水对玻璃的浸润作用，在水和空气界面形成凹弯月面，光线在弯月面上发生反射时，弯月面上不同点的入射角不同，使部分光线反射后不能进入摄像头。这使得，相对于透明直管31的其他位置，经弯月面反射进入图像采集器62的光强要弱一些，因此在拍摄的图像片中弯月面的颜色较暗。根据这一现象，可以通过图像摄录与识别技术定位弯月面的位置，来进行渗流流体的体积计量。
具体的，将该第一图像和第二图像存贮为bmp格式文件，该第一图像和第二图像中的每个像素点的颜色，对应一个rgb函数值rgb(r，g，b)，按式(1)计算第一图像和第二图像中的每个像素点的灰度值，也即对第一图像和第二图像进行灰度处理：
h＝wr·r wg·g wb·b(1)
其中，h为灰度值，0≤h≤255；r、g和b为某像素点的三原色值rgb(r，g，b)的分量，0≤r≤255，0≤g≤255，0≤b≤255；wr、wg和wb分别为r、g和b值转换为灰度值的权重，wr wg wb＝1，可根据具体图像设置不同的wr、wg和wb值。在本实施例中，设置wr＝0.3、wg＝0.6和wb＝0.1。
之后，在数据采集与控制工作站61中的参数输入界面输入设定的二值化阈值h0的数值，完成图像的二值化阈值的设置。具体的，将灰度值h大于或等于二值化阈值h0的像素点的颜色设置为白色rgb(255,255,255)，将灰度值h小于二值化阈值h0的像素点的颜色设置为黑色rgb(0,0,0)。
该第一图像和第二图像经二值化处理后，分别形成第一识别区域的黑白二值图片和第二识别区域的黑白二值图片，以只显示第一弯月面图案(黑色图像)和第二弯月面图案(黑色图像)。通过在第一识别区域或第二识别区域的[x1，x2]区间内，从小到大检索各像素点的颜色为黑色，来定位第一弯月面图案或第二弯月面图案在第一图像或第二图像中的位置坐标。
具体的，设置二值化阈值h0＝80；用(x,y)表示像素点在第一识别区域或第二识别区域的位置坐标，其中，x、y分别为水平方向和垂直方向上对应的像素点坐标值；取y＝int(y1 y2)/2，当点(x,y-1)、(x,y)和(x,y 1)对应的颜色都为黑色时，点(x,y)即为识别到的第一弯月面图案或第二弯月面图案的坐标，x对应为透明直管31的液面高度的像素点坐标值。
根据本发明的一个实施方式，通过光纤传感器66控制透明直管31内的初始液位高度，并通过数据采集与控制工作站61分析图像采集器62拍摄的第一图像，以确定初始液位的像素点坐标值x0。
该光纤传感器66通过数据采集与控制工作站61可控制出液电磁阀43的自动关闭(不会控制出液电磁阀43的自动打开)，用于感应和控制透明直管31中的初始液位位置。在本实施例中，该光纤传感器66可采用公知的双显示数字光纤传感器，可以观察预设数值和当前数值，当然，其他类型的光纤传感器只要满足控制要求即可。
该光纤传感器66安装在透明直管31的下部，水和空气通过光纤传感器66时，光纤传感器66接收的信号值显著不同，空气通过时的信号值大，水通过时的信号值小。在本发明中，设置光纤传感器66的信号控制阈值，例如小于水通过时的信号值，当光纤传感器66接收的信号值小于设置的信号控制阈值时，可触动出液电磁阀43使之关闭。
关闭排液电磁阀44，打开进液电磁阀41、旁路电磁阀42和出液电磁阀43，启动流体注入机构1，以适当流速向透明直管31中注入水(液位在光纤传感器66之上)，然后关闭进液电磁阀41；打开排液电磁阀44，对透明直管31进行排液，该透明直管31中水和空气的界面(弯月面)逐渐下移，当界面下移到光纤传感器66的位置，光纤传感器66接收的信号发生突变，小于设置的信号控制阈值，立即(时间小于1ms)触动出液电磁阀43使之关闭，此时透明直管31的液位即为初始液位。
图像采集器62拍摄此时的图像，该图像即为第一图像，在第一图像中设置第一识别区域，对第一图像进行灰度处理，并根据设置的二值化阈值，数据采集与控制工作站61分析获得初始液位的像素点坐标(x0,y)。
根据本发明的一个实施方式，根据第一弯月面图案在第一图像中的像素点坐标、第二弯月面图案在第二图像中的像素点坐标、以及单位像素体积系数，获取渗流流体的体积。
在一个可行的实施例中，确定单位像素体积系数包括：获取第一图像中对应透明直管31内的初始液位高度的像素点坐标；获取第三图像中对应透明直管31内的第三液位高度的像素点坐标；其中该第三图像为透明直管31内注入一定体积的液体后的图像；根据初始液位高度的像素点坐标、第三液位高度的像素点坐标、以及向透明直管内注入的液体体积，获取单位像素体积系数。
在该实施例中，透明直管31上无体积刻度标线。此时，关闭进液电磁阀41，透明直管31内的存液液位高度，可通过补液或排液方式调节其初始液位高度，使透明直管31内的液位的弯月面在第一图像的第一识别区域的前端。通过数据采集与控制工作站61控制图像采集器62拍摄图像，对第一图像进行灰度处理和二值化处理后，以确定初始液位的第一弯月面图案的坐标(x0,y)，其中x0对应为透明直管31的初始液面高度的像素点坐标值。
向透明直管31中准确加入体积为v0(单位：μl)的水后，拍摄第三图像，对第三图像进行灰度处理和二值化处理后，以获得加入体积v0的水后，透明直管31内的液位的弯月面位置坐标(x1,y)，其中x1对应为透明直管31的液面高度的像素点坐标值，则单位像素体积系数k，可按公式(2)或公式(3)计算：
当拍摄的各图像中透明直管31显示为水平图像时，则有
其中，x0为加入体积v0(单位：μl)的水之前，透明直管31的初始液面高度的像素点横坐标值；x1为加入体积v0(单位：μl)的水后，透明直管31的液面高度的像素点横坐标值。
当拍摄的各图像中透明直管31显示为垂直图像时，则有
其中，y0为加入体积v0(单位：μl)的水前，透明直管31的初始液面高度的像素点纵坐标值；y1为加入体积v0(单位：μl)的水后，透明直管31的液面高度的像素点纵坐标值。
在另一可行的实施例中，确定单位像素体积系数包括：获取第二图像中对应透明直管31内的任一两点的液位高度的像素点坐标，根据透明直管31上的刻度标记，确定第二图像中的任一两点的液位高度间的液体体积，根据该液体体积以及所述的任一两点的液位高度的像素点坐标，获取单位像素体积系数。
在该实施例中，透明直管31上设有体积刻度标线。在第二图像的第二识别区域内部，用鼠标分别选定两个像素点坐标(x1,y)和(x2,y)，其中x1<x2，所述的两个点分别在两条刻度线上并要求在同一水平位置上，其中，x1和x2分别为水平方向对应的像素点坐标值，y为垂直方向对应的像素点坐标值；根据两个像素点的坐标(x1,y)和(x2,y)确定的体积v0(单位：μl)，该单位像素体积系数k，按式(3a)计算：
需要说明的是，透明直管31带体积刻度标线，也可按照上述第一种方法来确定单位像素体积系数k。
然后，在数据采集与控制工作站61上设置图像采集器62的采集频率，以进行渗流体积的实时采集。具体的，确认开始采集后，该数据采集与控制工作站61按设定的图像采集频率，拍摄各图像并分析确定渗流流体的体积。
对实验t秒时的渗流流体的体积vt的测量，按下述方法进行。图像采集器62拍摄透明直管31的图像，对该图像设置识别区域，并对该识别区域进行灰度处理和二值化处理，数据采集与控制工作站61分析获得t时刻的液位坐标(xt,yt)，开始时即t＝0时的液位坐标(x0,y0)，渗流流体的体积vt，可按式(4)或式(5)计算：
当拍摄的各图像中透明直管31显示为水平图像时，则有
vt=k(xt-x0)(4)
其中，xt为t时刻透明直管31的液面高度的像素点横坐标值，x0为t＝0时透明直管31的液面高度的像素点横坐标值。
当拍摄的各图像中透明直管31显示为垂直图像时，则有
vt=k(yt-y0)(5)
其中，yt为t时刻透明直管31的液面高度的像素点纵坐标值，y0为t＝0时透明直管31的液面高度的像素点纵坐标值。
在本实施例中，该图像采集频率(秒/次)，最快可设置为0.5秒/次，即以设定的时长，定时自动拍摄透明直管31的图像，通过数据采集与控制工作站61分析获得该时刻的液位的坐标(x,y)，按式(4)或式(5)计算渗流体积vt，并存储拍摄的图像和实时体积数据。
存储的实时体积数据，通过数据采集与控制工作站61可输出为t-vt的二维数据表，可输出为txt或xls(x)等文件格式。在本实施例中，输出的t-vt二维数据表为excel文件。
根据本发明的一个实施方式，可通过数据采集与控制工作站61设置样品参数和实验参数，包括以下步骤：
步骤s51：通过数据采集与控制工作站61设置并存储样品参数；具体的，所述的样品参数，包括样品名称、土柱高度(mm)、土柱直径(mm)、实验温度(℃)、流体粘度系数比值；
步骤s52：通过数据采集与控制工作站61设置并存储实验参数；具体的，所述的实验参数，包括：运行序号、渗透压力、渗流时间、图像采集频次、排放体积临界值、重复次数；通过选择实验通道的实验参数表进行设置。本实施例中，设置的实验参数如表1所示。
表1样品通道的实验参数设置
所述的运行序号，为从1开始的连续自然数；运行序号0为实验结束标记，在此行不可设置渗透压力、渗流时间、图像采集频次、排放体积临界值和重复次数的参数值。
所述的渗透压力(mpa)，可通过数据采集与控制工作站61使恒流恒压泵11按恒压模式运行，恒流恒压泵11可自动维持出口压力在设定值范围内；所述的渗流流量(ml/min)，可通过数据采集与控制工作站61使恒流恒压泵11按恒流模式运行，恒流恒压泵11可自动维持出口流量在设定值范围内。其中，渗透压力和渗流流量只能设置其一，不能同时设置。
所述的渗流时间(h)，为当前设定压力下的单次渗流实验的最长渗流时间。
所述的图像采集频次(秒/次)，最快可设置为1秒/次，即实验启动后，以设定的时长，定时自动拍摄透明直管31的图像，通过数据采集与控制工作站61分析获得该液位的坐标(x,y)，按式(4)自动计算渗流流体的体积vt；
所述的排放体积临界值vc，以单位μl计算，用于控制渗流实验的终止；在一次渗流实验中，当vt≥vc时，通过数据采集与控制工作站61自动关闭进液电磁阀41、旁路电磁阀42和出液电磁阀43，打开排液电磁阀44，待排液至初始液位后自动关闭排液电磁阀44。
所述的重复次数，指在当前设定的渗透压力下，一个土柱的渗流实验从启动渗流到停止渗流的次数；渗流停止，通过如上所述的渗流时间和排放体积临界值两个参数进行判断，当其中之一达到设定值，即停止渗流。
在本实施例中，步骤s3中进行的渗流实验具体包括以下步骤：
步骤s31：调用运行序号1的实验参数进行渗流实验；具体的，启动渗流实验，数据采集与控制工作站61首先按表1的第一行实验参数值设置实验参数，进行数据采集。
在本实施例中，实验启动后，自动关闭旁路电磁阀42和排液电磁阀44，自动打开进液电磁阀41和出液电磁阀43，数据采集与控制工作站61控制恒流恒压泵11以恒压模式运行，待恒流恒压泵11的出口压力稳定，并且压力传感器65显示值与设定值一致后，自动打开出液电磁阀43，排放透明直管31中的水，当水位降低到零点，光纤传感器66触动出液电磁阀43使之关闭，开始当前渗透压力(本实施例为0.05mpa)下的第一次渗流实验数据采集。数据采集与控制工作站61按照设置的图像采集频次，采集实验过程的温度t、时间t、渗流体积vt和渗流压力p数据。当渗流时间达到设定值(本实施例设置为24h)或渗流体积超过设定值(本实施例设置为3000μl)时，当前渗透压力下的第一次实验结束，停止第一次数据采集。
关闭进液电磁阀41，打开出液电磁阀43，排放透明直管31中的水，当透明直管31的水位降低到零点，光纤传感器66触动出液电磁阀43使之关闭，同时打开进液电磁阀41，进行第二次渗流实验。当渗流时间达到设定值(本实施例设置为24h)或渗流体积超过设定值(本实施例设置为3000μl)时，当前渗透压力下的第二次实验结束，停止第二次数据采集。
重复上述步骤，自动完成当前渗透压力下的设定次数的数据采集。
之后，依次调用其他运行序号的实验参数进行渗流实验；具体的，数据采集与控制工作站61再按表1依次调用运行序号2、运行序号3……直至运行序号不为0的实验参数值，重复步骤s31完成渗流实验。
在实验过程中，通过数据采集与控制工作站61可实时显示温度t、渗流体积vt和渗流压力p随时间t的变化曲线。
在实验过程中，通过数据采集与控制工作站61还可实时显示表观渗透系数kt,t随时间t的变化曲线，按式(5a)计算kt,t。
其中，kt,t为实验温度t下至t时刻的表观渗透系数，cm/s；t为测定时间，s；vt为时间t内的渗流量，cm3；a为试样有效渗透面积，cm2；h为试样厚度，cm；p为渗流压力，以水柱高度计，cm(按1kpa相当于10cm水柱折算)。
最后，结束实验。具体的，运行序号为0，为实验结束标志。数据采集与控制工作站61控制恒流恒压泵11逐渐减压至压力传感器65的显示值低于0.01mpa，停止恒流恒压泵11，自动关闭进液电磁阀41、旁路电磁阀42、出液电磁阀43和排液电磁阀44。
进一步地，在本发明中，所述的流体注入机构1还可以设置为恒流模式注入渗流流体，用于研究在不同流速下，压实土层渗流过程中的渗透压力p随时间t的变化规律。
本发明实施例中的全部或部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。
本发明的多通道压实土层渗流实验方法，采用图像摄录与分析技术，实现了渗流体积的自动实时计量；采用程序化渗流流程设计，渗流压力(或渗流流量)自动调节，在相同温度下，实现了多通道压实粘土层独立渗流实验数据包括温度、渗透压力、渗流体积的实时采集。
针对图2所示的多通道压实土层渗流实验装置的实验方法，与图1的多通道压实土层渗流实验装置的实验方法基本相同，具体包括以下步骤：
步骤200：样品准备。按照图1的实验方法，在六个样品模块20中分别安装好粘土测试仓2。
步骤210：恒温控制。通过调节恒温控制箱5设定测试温度，待恒温控制箱5温度平衡一定时间后测试。
步骤220：渗流流体的体积计量初始化。按照图1的实验方法，在六个样品通道分别完成图像的识别区域、图像的二值化阈值、初始零点、单位像素体积系数的设置。
步骤230：设置样品参数和实验参数。按照图1的实验方法，在六个样品模块20中分别设置并存储样品参数和实验参数。
在本实施例中，两两相邻的样品模块20分别共用一组流体注入机构1。对相同的流体注入机构1，压力参数设置是互相锁定的，即当其中一个样品模块20的各个运行序号的压力值已设定，则另一样品模块20的各个运行序号的压力值也随之设定。
步骤240：多通道运行。按照图1的实验方法，分别启动六个样品通道进行实验。
在本实施例中，每两个样品模块20共用一组流体注入机构1，包括恒流恒压泵11和活塞容器12。对相同的流体注入机构1，压力参数设置是互相锁定的，当两个通道的相同渗透压力的数据采集都结束后，解除压力锁定，可进行下一级压力试验。
恒流恒压泵11的状态分为锁定和空闲两个状态，当与之相连的两个样品模块20都结束当前压力下的渗流实验时，恒流恒压泵11的状态为空闲，否则为锁定。恒流恒压泵11的状态为锁定时，恒流恒压泵11的泵压维持当前设定值；恒流恒压泵11的状态为空闲时，可接收新的实验压力值信号，并自动调压稳定至设定值。
步骤250：停止实验。每组实验结束(包含至多两个样品模块20)，按照图1的实验方法，停止恒流恒压泵11，自动关闭进液电磁阀41、旁路电磁阀42、出液电磁阀43和排液电磁阀44。
应该说明的是，本实施例采用两个样品模块20共用一个流体注入机构1。若每个样品模块20都有与之独立的流体注入机构，则可实现各个样品模块20的完全独立，即相同温度下，可同时进行不同样品、不同流体和不同压力的渗流实验。
本发明采用图像摄录与分析技术，实现了渗流体积的自动实时计量；采用程序化渗流流程设计，渗流压力(或渗流流量)自动调节，在相同温度下，实现了多通道压实粘土层独立渗流实验数据包括温度、渗透压力、渗流体积的实时采集。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。
1.一种多通道压实土层渗流实验装置，其特征在于，包括：
至少一个流体注入机构，所述流体注入机构具有盛放渗流流体的活塞容器及与所述活塞容器相连的恒流恒压泵；
至少一个样品模块，所述样品模块具有：
粘土测试仓，具有用于装载土壤样品的筒体，所述筒体的两端分别密封连接有上盖和下盖，所述上盖具有进液口，所述下盖具有出液口，所述进液口通过进液管路与所述活塞容器相连，所述出液口连接有出液管路；
流体收集机构，具有透明直管，所述透明直管的上端连接有防溢盖，所述防溢盖上连接有防溢管路，所述防溢管路与所述透明直管的内腔相连通，所述透明直管的下端具有收集口，所述收集口通过收集管路与所述出液管路相连；
排放机构，具有废液收集瓶和与所述废液收集瓶相接的排液管路，所述排液管路与所述收集口相连，所述防溢管路与所述废液收集瓶相连；
至少一个图像采集器，所述图像采集器与所述样品模块的透明直管水平相对。
2.如权利要求1所述的多通道压实土层渗流实验装置，其特征在于，所述粘土测试仓具有渗流旁路，所述渗流旁路的两端分别与所述上盖的进液口和所述下盖的出液口相连。
3.如权利要求1或2所述的多通道压实土层渗流实验装置，其特征在于，所述筒体内从下至上依次放置有底层金属纱网、所述土壤样品、顶层金属纱网和金属透水板。
4.如权利要求1所述的多通道压实土层渗流实验装置，其特征在于，还包括恒温控制箱，所述至少一个样品模块和所述至少一个图像采集器均位于所述恒温控制箱内。
5.如权利要求1所述的多通道压实土层渗流实验装置，其特征在于，还包括数据采集与控制机构，其具有所述至少一个图像采集器、至少一个温度传感器、至少一个压力传感器、至少一个光纤传感器和数据采集与控制工作站，所述至少一个图像采集器、所述至少一个温度传感器、所述至少一个压力传感器和所述至少一个光纤传感器分别与所述数据采集与控制工作站电连接；
其中，所述压力传感器设置在所述进液管路上；所述光纤传感器设置在所述透明直管的下端。
6.如权利要求5所述的多通道压实土层渗流实验装置，其特征在于，所述进液管路上设有进液电磁阀，所述出液管路上设有出液电磁阀，所述排液管路上设有排液电磁阀，所述进液电磁阀、所述出液电磁阀和所述排液电磁阀分别与所述数据采集与控制工作站电连接。
7.如权利要求5所述的多通道压实土层渗流实验装置，其特征在于，所述数据采集与控制工作站包括：
图像采集单元，获取第一图像和第二图像；其中，所述第一图像为所述透明直管内初始液位的图像，所述第二图像为所述透明直管内当前液位的图像；
图像处理单元，对所述第一图像和所述第二图像进行处理，分别获取所述第一图像中对应所述透明直管内的初始液位的第一弯月面图案，以及所述第二图像中对应所述透明直管内的当前液位的第二弯月面图案；
数据生成单元，利用所述第一弯月面图案和所述第二弯月面图案获得渗流流体的体积。
8.如权利要求1所述的多通道压实土层渗流实验装置，其特征在于，所述粘土测试仓具有能沿水平轴旋转的翻转支架，所述筒体固定连接在所述翻转支架上。
9.一种多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的多通道压实土层渗流实验装置，所述方法包括如下步骤：
步骤s1：制备土壤样品；选取过筛后的风干土壤样品，在所述风干土壤样品上喷洒去离子水以配制成具有一定含水率的土壤样品，混匀后继续过筛，并于室温密封均化一定时间后，形成所述土壤样品；
步骤s2：装样；将所述土壤样品装入至少一个样品模块的粘土测试仓的筒体内并进行分层压实，在所述筒体中加入去离子水后，密封所述筒体；
步骤s3：进行渗流实验；打开至少一个流体注入机构的恒流恒压泵，通过至少一个流体注入机构的活塞容器向所述至少一个样品模块的各所述筒体内注入渗流流体，自各所述筒体的出液口排出的渗流流体进入至少一个样品模块的流体收集机构的透明直管中，并通过至少一个图像采集器采集各所述透明直管内的流体的液位图像。
10.如权利要求9所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，在所述步骤s2和所述步骤s3之间还包括步骤s21：压实土层排气；倒置所述筒体，在所述筒体的进液口和所述筒体的出液口之间连接渗流旁路，自所述筒体的进液口向所述筒体内注入脱气的去离子水，直至自所述筒体的出液口有流体排出时为止。
11.如权利要求9所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，在所述步骤s3中，设定进行渗流实验的实验温度，待所述实验温度平衡一定时间后进行渗流实验。
12.如权利要求9所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，在所述步骤s3之后包括步骤s4：测量所述透明直管内的渗流流体的体积；包括以下步骤：
获取第一图像和第二图像；其中，所述第一图像为透明直管内初始液位的图像，所述第二图像为所述透明直管内当前液位的图像；
对所述第一图像和所述第二图像进行处理，分别获取所述第一图像中对应所述透明直管内的初始液位的第一弯月面图案，以及所述第二图像中对应所述透明直管内的当前液位的第二弯月面图案；
利用所述第一弯月面图案和所述第二弯月面图案获得渗流流体的体积。
13.如权利要求12所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，在所述第一图像和所述第二图像中分别设置第一识别区域和第二识别区域，对所述第一识别区域和所述第二识别区域进行处理，以分别获得所述第一弯月面图案和所述第二弯月面图案。
14.如权利要求13所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，对所述第一识别区域和所述第二识别区域进行处理包括：获取所述第一识别区域中的每个像素点的灰度值和所述第二识别区域中的每个像素点的灰度值，将所述每个像素点的灰度值与二值化阈值进行比较，根据比较结果获取所述第一弯月面图案的黑白二值图片以及所述第二弯月面图案的黑白二值图片。
15.如权利要求14所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，在所述像素点的灰度值大于或等于二值化阈值的情况下，将所述像素点的颜色设置为白色；在所述像素点的灰度值小于所述二值化阈值的情况下，将所述像素点的颜色设置为黑色。
16.如权利要求12所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，根据所述第一弯月面图案在所述第一图像中的像素点坐标、所述第二弯月面图案在所述第二图像中的像素点坐标、以及单位像素体积系数，获取所述渗流流体的体积。
17.如权利要求16所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，确定所述单位像素体积系数包括：
获取所述第一图像中对应所述透明直管内的初始液位高度的像素点坐标；
获取第三图像中对应所述透明直管内的第三液位高度的像素点坐标；其中，所述第三图像为所述透明直管内注入一定体积的液体后的图像；
根据所述初始液位高度的像素点坐标、所述第三液位高度的像素点坐标、以及向所述透明直管内注入的液体体积，获取所述单位像素体积系数。
18.如权利要求17所述的多通道压实土层渗流实验方法，其特征在于，确定所述单位像素体积系数包括：获取所述第二图像中对应所述透明直管内的任一两点的液位高度的像素点坐标，根据所述透明直管上的刻度标记，确定所述第二图像中的任一两点的液位高度间的液体体积，根据所述液体体积以及所述任一两点的液位高度的像素点坐标，获取所述单位像素体积系数。
技术总结