分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度作用下土中水分運(yùn)移試驗(yàn)裝置，尤其是涉及一種可控溫度梯度的非飽和土土柱試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于溫度作用下非飽和土中水氣運(yùn)移試驗(yàn)而言，一般情況下都是在土柱模型的表層或底部施加溫度邊界，溫度在土柱中傳導(dǎo)形成溫度梯度，通過(guò)沿深度布置溫度或含水率傳感器監(jiān)測(cè)土柱中溫度傳導(dǎo)和水分運(yùn)移過(guò)程。由于土體導(dǎo)熱性較低，溫度在土柱中傳導(dǎo)過(guò)程緩慢，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)；試驗(yàn)初期溫度梯度在較小的深度范圍內(nèi)形成，受傳感器尺寸限制，難以布置足夠數(shù)量的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此研究溫度作用初期土體中的水分運(yùn)移規(guī)律較困難；上下邊界施加溫度的方式在土柱中形成的溫度梯度模式較單一，難以模擬復(fù)雜溫度梯度作用下土體中的水分運(yùn)移規(guī)律。因此找到一種能夠有效縮短試驗(yàn)周期，擴(kuò)大試驗(yàn)初期溫度梯度分布范圍，以便于傳感器埋設(shè)，同時(shí)能夠模擬多種溫度梯度的非飽和土土柱試驗(yàn)裝置非常有必要。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者在溫度作用下非飽和土中水分運(yùn)移方面做過(guò)很多試驗(yàn)研究，采用的方法一般是在土柱頂面或底面施加溫度邊界，但是土體在整體深度范圍內(nèi)形成溫度梯度耗時(shí)較長(zhǎng)，且形成的溫度梯度模型較單一；或者通過(guò)縮小土柱高度，采用烘干法取樣測(cè)含水率變化，但是這樣方法對(duì)土體擾動(dòng)明顯，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此需要發(fā)明找出一種縮短試驗(yàn)周期，便于模擬多種溫度梯度的試驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可控溫度梯度的非飽和土土柱試驗(yàn)裝置，通過(guò)環(huán)向分段控制土樣溫度，縮短了土柱沿深度產(chǎn)生溫度梯度的時(shí)間，擴(kuò)大了溫度梯度沿深度的分布范圍，便于埋設(shè)傳感器監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以施加多種溫度梯度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗(yàn)裝置，包括若干從上至下依次疊加的環(huán)向控溫土樣環(huán)、底座和若干溫度控制系統(tǒng)；相鄰兩個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)之間設(shè)置隔熱墊圈，并通過(guò)連接螺栓固定連接，最底端環(huán)向控溫土樣環(huán)通過(guò)連接螺栓與底座固定。
[0006]所述環(huán)向控溫土樣環(huán)由兩個(gè)共軸的空心圓筒構(gòu)成，內(nèi)外兩筒之間通過(guò)上下兩個(gè)環(huán)形蓋拼接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，兩個(gè)空心圓筒與上下兩個(gè)環(huán)形蓋圍成的空腔為控溫環(huán)，內(nèi)筒所圍成的空心環(huán)為土樣環(huán)，若干疊加的土樣環(huán)內(nèi)分層填筑土樣，每個(gè)控溫環(huán)的外筒壁上開(kāi)有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的導(dǎo)流孔。
[0007]所述溫度控制系統(tǒng)由保溫水箱、循環(huán)栗、恒溫冷/暖水機(jī)、出水導(dǎo)流管、回水導(dǎo)流管和循環(huán)導(dǎo)流管組成；每個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)配有一套溫度控制系統(tǒng)，出水導(dǎo)流管上設(shè)有循環(huán)栗，出水導(dǎo)流管一端通過(guò)一導(dǎo)流孔連通控溫環(huán)，另一端伸入保溫水箱；回水導(dǎo)流管的一端通過(guò)另一導(dǎo)流孔連通控溫環(huán)，另一端伸入保溫水箱；控溫環(huán)、出水導(dǎo)流管、保溫水箱、回水導(dǎo)流管形成循環(huán)回路，循環(huán)栗將循環(huán)水輸送到控溫環(huán)，控溫環(huán)中的循環(huán)水再經(jīng)回水導(dǎo)流管回流至保溫水箱；恒溫冷/暖水機(jī)通過(guò)循環(huán)導(dǎo)流管與保溫水箱相連，控制循環(huán)水溫度。
[0008]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)流孔位于控溫環(huán)的1/2高度處。
[0009]本發(fā)明具有的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)相互獨(dú)立的控溫環(huán)分段控制土柱溫度，縮短了土柱沿深度產(chǎn)生溫度梯度的時(shí)間周期，擴(kuò)大了溫度梯度沿深度的分布范圍，便于埋設(shè)傳感器監(jiān)測(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度控制系統(tǒng)輸出溫度，可以施加多種類(lèi)型的溫度梯度，實(shí)現(xiàn)研究不同溫度梯度作用下水分運(yùn)移過(guò)程的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是分段式環(huán)向控溫土柱試驗(yàn)裝置示意圖；
[0011]圖2是環(huán)向控溫土樣環(huán)正視圖；
[0012]圖3是環(huán)向控溫土樣環(huán)俯視圖；
[0013]圖4是溫度控制系統(tǒng)示意圖；
[0014]圖中:1、土樣環(huán)，2、控溫環(huán)，3、連接螺栓，4、隔熱墊圈，5、環(huán)向控溫土樣環(huán)，6、底座，7、土樣，8、導(dǎo)流孔，9、溫度控制系統(tǒng)，10、循環(huán)栗，11、保溫水箱，12、循環(huán)水，13、恒溫冷/暖水機(jī)，14出水導(dǎo)流管，15、回水導(dǎo)流管，16循環(huán)導(dǎo)流管。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗(yàn)裝置，包括若干從上至下依次疊加的環(huán)向控溫土樣環(huán)5、底座6和若干溫度控制系統(tǒng)9 ;相鄰兩個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)5之間設(shè)置隔熱墊圈4，并通過(guò)連接螺栓3固定連接，最底端環(huán)向控溫土樣環(huán)5通過(guò)連接螺栓3與底座6固定。
[0017]如圖2、3所示，所述環(huán)向控溫土樣環(huán)5由兩個(gè)共軸的空心圓筒構(gòu)成，內(nèi)外兩筒之間通過(guò)上下兩個(gè)環(huán)形蓋拼接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，兩個(gè)空心圓筒與上下兩個(gè)環(huán)形蓋圍成的空腔為控溫環(huán)2，內(nèi)筒所圍成的空心環(huán)為土樣環(huán)1，若干疊加的土樣環(huán)I內(nèi)分層填筑土樣7，每個(gè)控溫環(huán)2的外筒壁上開(kāi)有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的導(dǎo)流孔8 ;導(dǎo)流孔8可位于控溫環(huán)2的1/2高度處。
[0018]如圖4所示，所述溫度控制系統(tǒng)9由保溫水箱11、循環(huán)栗10、恒溫冷/暖水機(jī)13、出水導(dǎo)流管14、回水導(dǎo)流管15和循環(huán)導(dǎo)流管16組成；每個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)5配有一套溫度控制系統(tǒng)9，實(shí)現(xiàn)土體溫度分段控制，出水導(dǎo)流管14上設(shè)有循環(huán)栗10，出水導(dǎo)流管14 一端通過(guò)一導(dǎo)流孔8連通控溫環(huán)2，另一端伸入保溫水箱11 ;回水導(dǎo)流管15的一端通過(guò)另一導(dǎo)流孔8連通控溫環(huán)2，另一端伸入保溫水箱11 ;控溫環(huán)2、出水導(dǎo)流管14、保溫水箱11、回水導(dǎo)流管15形成循環(huán)回路，循環(huán)栗10將循環(huán)水12輸送到控溫環(huán)2，控溫環(huán)2中的循環(huán)水12再經(jīng)回水導(dǎo)流管15回流至保溫水箱11 ;恒溫冷/暖水機(jī)13通過(guò)循環(huán)導(dǎo)流管16與保溫水箱11相連，控制循環(huán)水12溫度。
[0019]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
[0020]開(kāi)展溫度作用下非飽和土土柱中水分運(yùn)移試驗(yàn)時(shí)實(shí)施本發(fā)明，試驗(yàn)時(shí)，先將一個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)5與底座6固定，將土樣7置于土樣環(huán)I內(nèi)壓實(shí)，并將溫度和含水率傳感器置于土樣中部，如圖1所示通過(guò)連接螺栓3依次連接各個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)5，重復(fù)上述土樣壓實(shí)及傳感器埋設(shè)步驟，電纜由相鄰兩個(gè)土樣環(huán)I之間引出。土柱模型完成后，每個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)5配有一套溫度控制系統(tǒng)9，每套溫度控制系統(tǒng)9單獨(dú)控制溫度。在溫度控制系統(tǒng)9中，恒溫冷/暖水機(jī)13使保溫水箱11中的循環(huán)水12保持設(shè)定的溫度，循環(huán)栗10使恒溫水在控溫環(huán)2內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，溫度沿徑向傳導(dǎo)路徑較短，能夠較快地使土樣環(huán)I中土體達(dá)到設(shè)定的溫度。通過(guò)改變溫度控制系統(tǒng)11的輸出溫度使土柱試驗(yàn)裝置內(nèi)土體沿深度產(chǎn)生不同的溫度梯度，根據(jù)溫度及含水率監(jiān)測(cè)結(jié)果分析溫度作用下土柱中的水分運(yùn)移規(guī)律。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括若干從上至下依次疊加的環(huán)向控溫土樣環(huán)(5)、底座(6)和若干溫度控制系統(tǒng)(9);相鄰兩個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)(5)之間設(shè)置隔熱墊圈(4)，并通過(guò)連接螺栓(3)固定連接，最底端環(huán)向控溫土樣環(huán)(5)通過(guò)連接螺栓(3)與底座(6)固定； 所述環(huán)向控溫土樣環(huán)(5)由兩個(gè)共軸的空心圓筒構(gòu)成，內(nèi)外兩筒之間通過(guò)上下兩個(gè)環(huán)形蓋拼接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，兩個(gè)空心圓筒與上下兩個(gè)環(huán)形蓋圍成的空腔為控溫環(huán)(2)，內(nèi)筒所圍成的空心環(huán)為土樣環(huán)(I)，若干疊加的土樣環(huán)(I)內(nèi)分層填筑土樣(7)，每個(gè)控溫環(huán)(2)的外筒壁上開(kāi)有兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的導(dǎo)流孔(8); 所述溫度控制系統(tǒng)(9)由保溫水箱(11)、循環(huán)栗(10)、恒溫冷/暖水機(jī)(13)、出水導(dǎo)流管(14)、回水導(dǎo)流管(15)和循環(huán)導(dǎo)流管(16)組成；每個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)(5)配有一套溫度控制系統(tǒng)(9)，每套溫度控制系統(tǒng)(9)單獨(dú)控制溫度，出水導(dǎo)流管(14)上設(shè)有循環(huán)栗(10)，出水導(dǎo)流管(14) 一端通過(guò)一導(dǎo)流孔⑶連通控溫環(huán)(2)，另一端伸入保溫水箱(11);回水導(dǎo)流管(15)的一端通過(guò)另一導(dǎo)流孔⑶連通控溫環(huán)(2)，另一端伸入保溫水箱(11);恒溫冷/暖水機(jī)(13)通過(guò)循環(huán)導(dǎo)流管(16)與保溫水箱(11)相連，控制循環(huán)水(12)溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流孔(8)位于控溫環(huán)(2)的1/2高度處。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗(yàn)裝置。將一個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)與底座固定，土樣在土樣環(huán)內(nèi)分層填筑，多個(gè)環(huán)向控溫土樣環(huán)通過(guò)螺栓連接形成模型筒，每個(gè)控溫環(huán)側(cè)面有兩個(gè)導(dǎo)流孔與導(dǎo)流管相接，通過(guò)導(dǎo)流管將控溫環(huán)與溫度控制系統(tǒng)相連；溫度控制系統(tǒng)通過(guò)恒溫冷/暖水機(jī)保持水箱內(nèi)溫度恒定，通過(guò)循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)控溫環(huán)內(nèi)恒溫水循環(huán)流動(dòng)。本發(fā)明通過(guò)相互獨(dú)立的控溫環(huán)分段控制土柱溫度，縮短了土柱沿深度產(chǎn)生溫度梯度的時(shí)間周期，擴(kuò)大了溫度梯度沿深度的分布范圍，便于埋設(shè)傳感器監(jiān)測(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度控制系統(tǒng)輸出溫度，可以模擬多種溫度梯度類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)研究不同溫度梯度作用下水分運(yùn)移過(guò)程的目的。
【IPC分類(lèi)】G01N33/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105044310
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510489876
【發(fā)明人】凌道盛, 張如如, 趙云, 黃博, 周燕國(guó)
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年8月11日