分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種溫度作用下土中水分運移試驗裝置，尤其是涉及一種可控溫度梯度的非飽和土土柱試驗裝置。
【背景技術】
[0002]對于溫度作用下非飽和土中水氣運移試驗而言，一般情況下都是在土柱模型的表層或底部施加溫度邊界，溫度在土柱中傳導形成溫度梯度，通過沿深度布置溫度或含水率傳感器監(jiān)測土柱中溫度傳導和水分運移過程。由于土體導熱性較低，溫度在土柱中傳導過程緩慢，試驗周期較長；試驗初期溫度梯度在較小的深度范圍內形成，受傳感器尺寸限制，難以布置足夠數(shù)量的傳感器進行監(jiān)測，因此研究溫度作用初期土體中的水分運移規(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，難以模擬復雜溫度梯度作用下土體中的水分運移規(guī)律。因此找到一種能夠有效縮短試驗周期，擴大試驗初期溫度梯度分布范圍，以便于傳感器埋設，同時能夠模擬多種溫度梯度的非飽和土土柱試驗裝置非常有必要。
[0003]目前，國內外的專家學者在溫度作用下非飽和土中水分運移方面做過很多試驗研究，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形成溫度梯度耗時較長，且形成的溫度梯度模型較單一；或者通過縮小土柱高度，采用烘干法取樣測含水率變化，但是這樣方法對土體擾動明顯，且無法實現(xiàn)實時監(jiān)測。因此需要發(fā)明找出一種縮短試驗周期，便于模擬多種溫度梯度的試驗裝置。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種可控溫度梯度的非飽和土土柱試驗裝置，通過環(huán)向分段控制土樣溫度，縮短了土柱沿深度產生溫度梯度的時間，擴大了溫度梯度沿深度的分布范圍，便于埋設傳感器監(jiān)測，同時可以施加多種溫度梯度。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗裝置，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)；相鄰兩個環(huán)向控溫土樣環(huán)之間設置隔熱墊圈，并通過連接螺栓固定連接，最底端環(huán)向控溫土樣環(huán)通過連接螺栓與底座固定。
[0006]所述環(huán)向控溫土樣環(huán)由兩個共軸的空心圓筒構成，內外兩筒之間通過上下兩個環(huán)形蓋拼接成一個整體結構，兩個空心圓筒與上下兩個環(huán)形蓋圍成的空腔為控溫環(huán)，內筒所圍成的空心環(huán)為土樣環(huán)，若干疊加的土樣環(huán)內分層填筑土樣，每個控溫環(huán)的外筒壁上開有兩個對稱的導流孔。
[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、出水導流管、回水導流管和循環(huán)導流管組成；每個環(huán)向控溫土樣環(huán)配有一套溫度控制系統(tǒng)，出水導流管上設有循環(huán)栗，出水導流管一端通過一導流孔連通控溫環(huán)，另一端伸入保溫水箱；回水導流管的一端通過另一導流孔連通控溫環(huán)，另一端伸入保溫水箱；控溫環(huán)、出水導流管、保溫水箱、回水導流管形成循環(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)水再經回水導流管回流至保溫水箱；恒溫冷/暖水機通過循環(huán)導流管與保溫水箱相連，控制循環(huán)水溫度。
[0008]進一步地，所述導流孔位于控溫環(huán)的1/2高度處。
[0009]本發(fā)明具有的有益效果是:本發(fā)明通過相互獨立的控溫環(huán)分段控制土柱溫度，縮短了土柱沿深度產生溫度梯度的時間周期，擴大了溫度梯度沿深度的分布范圍，便于埋設傳感器監(jiān)測，通過調節(jié)溫度控制系統(tǒng)輸出溫度，可以施加多種類型的溫度梯度，實現(xiàn)研究不同溫度梯度作用下水分運移過程的目的。
【附圖說明】
[0010]圖1是分段式環(huán)向控溫土柱試驗裝置示意圖；
[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，14出水導流管，15、回水導流管，16循環(huán)導流管。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[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 ;相鄰兩個環(huán)向控溫土樣環(huán)5之間設置隔熱墊圈4，并通過連接螺栓3固定連接，最底端環(huán)向控溫土樣環(huán)5通過連接螺栓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由兩個共軸的空心圓筒構成，內外兩筒之間通過上下兩個環(huán)形蓋拼接成一個整體結構，兩個空心圓筒與上下兩個環(huán)形蓋圍成的空腔為控溫環(huán)2，內筒所圍成的空心環(huán)為土樣環(huán)1，若干疊加的土樣環(huán)I內分層填筑土樣7，每個控溫環(huán)2的外筒壁上開有兩個對稱的導流孔8 ;導流孔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13、出水導流管14、回水導流管15和循環(huán)導流管16組成；每個環(huán)向控溫土樣環(huán)5配有一套溫度控制系統(tǒng)9，實現(xiàn)土體溫度分段控制，出水導流管14上設有循環(huán)栗10，出水導流管14 一端通過一導流孔8連通控溫環(huán)2，另一端伸入保溫水箱11 ;回水導流管15的一端通過另一導流孔8連通控溫環(huán)2，另一端伸入保溫水箱11 ;控溫環(huán)2、出水導流管14、保溫水箱11、回水導流管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再經回水導流管15回流至保溫水箱11 ;恒溫冷/暖水機13通過循環(huán)導流管16與保溫水箱11相連，控制循環(huán)水12溫度。
[0019]本發(fā)明的工作過程如下:
[0020]開展溫度作用下非飽和土土柱中水分運移試驗時實施本發(fā)明，試驗時，先將一個環(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內壓實，并將溫度和含水率傳感器置于土樣中部，如圖1所示通過連接螺栓3依次連接各個環(huán)向控溫土樣環(huán)5，重復上述土樣壓實及傳感器埋設步驟，電纜由相鄰兩個土樣環(huán)I之間引出。土柱模型完成后，每個環(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單獨控制溫度。在溫度控制系統(tǒng)9中，恒溫冷/暖水機13使保溫水箱11中的循環(huán)水12保持設定的溫度，循環(huán)栗10使恒溫水在控溫環(huán)2內循環(huán)流動，溫度沿徑向傳導路徑較短，能夠較快地使土樣環(huán)I中土體達到設定的溫度。通過改變溫度控制系統(tǒng)11的輸出溫度使土柱試驗裝置內土體沿深度產生不同的溫度梯度，根據溫度及含水率監(jiān)測結果分析溫度作用下土柱中的水分運移規(guī)律。
【主權項】
1.一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗裝置，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);相鄰兩個環(huán)向控溫土樣環(huán)(5)之間設置隔熱墊圈(4)，并通過連接螺栓(3)固定連接，最底端環(huán)向控溫土樣環(huán)(5)通過連接螺栓(3)與底座(6)固定； 所述環(huán)向控溫土樣環(huán)(5)由兩個共軸的空心圓筒構成，內外兩筒之間通過上下兩個環(huán)形蓋拼接成一個整體結構，兩個空心圓筒與上下兩個環(huán)形蓋圍成的空腔為控溫環(huán)(2)，內筒所圍成的空心環(huán)為土樣環(huán)(I)，若干疊加的土樣環(huán)(I)內分層填筑土樣(7)，每個控溫環(huán)(2)的外筒壁上開有兩個對稱的導流孔(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(13)、出水導流管(14)、回水導流管(15)和循環(huán)導流管(16)組成；每個環(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)單獨控制溫度，出水導流管(14)上設有循環(huán)栗(10)，出水導流管(14) 一端通過一導流孔⑶連通控溫環(huán)(2)，另一端伸入保溫水箱(11);回水導流管(15)的一端通過另一導流孔⑶連通控溫環(huán)(2)，另一端伸入保溫水箱(11);恒溫冷/暖水機(13)通過循環(huán)導流管(16)與保溫水箱(11)相連，控制循環(huán)水(12)溫度。2.根據權利要求1所述一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗裝置，其特征在于，所述導流孔(8)位于控溫環(huán)(2)的1/2高度處。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分段式環(huán)向控溫非飽和土土柱試驗裝置。將一個環(huán)向控溫土樣環(huán)與底座固定，土樣在土樣環(huán)內分層填筑，多個環(huán)向控溫土樣環(huán)通過螺栓連接形成模型筒，每個控溫環(huán)側面有兩個導流孔與導流管相接，通過導流管將控溫環(huán)與溫度控制系統(tǒng)相連；溫度控制系統(tǒng)通過恒溫冷/暖水機保持水箱內溫度恒定，通過循環(huán)泵實現(xiàn)控溫環(huán)內恒溫水循環(huán)流動。本發(fā)明通過相互獨立的控溫環(huán)分段控制土柱溫度，縮短了土柱沿深度產生溫度梯度的時間周期，擴大了溫度梯度沿深度的分布范圍，便于埋設傳感器監(jiān)測，通過調節(jié)溫度控制系統(tǒng)輸出溫度，可以模擬多種溫度梯度類型，實現(xiàn)研究不同溫度梯度作用下水分運移過程的目的。
【IPC分類】G01N33/24
【公開號】CN105044310
【申請?zhí)枴緾N201510489876
【發(fā)明人】凌道盛, 張如如, 趙云, 黃博, 周燕國
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月11日