分段式環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，難以布置足夠數量的傳感器進行監測，因此研究溫度作用初期土體中的水分運移規律較困難；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，且無法實現實時監測。因此需要發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。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對現有技術的不足，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，便于埋設傳感器監測，同時可以施加多種溫度梯度。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種分段式環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向控溫土樣環、底座和若干溫度控制系統；相鄰兩個環向控溫土樣環之間設置隔熱墊圈，并通過連接螺栓固定連接，最底端環向控溫土樣環通過連接螺栓與底座固定。
[0006]所述環向控溫土樣環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形蓋拼接成一個整體結構，兩個空心圓筒與上下兩個環形蓋圍成的空腔為控溫環，內筒所圍成的空心環為土樣環，若干疊加的土樣環內分層填筑土樣，每個控溫環的外筒壁上開有兩個對稱的導流孔。
[0007]所述溫度控制系統由保溫水箱、循環栗、恒溫冷/暖水機、出水導流管、回水導流管和循環導流管組成；每個環向控溫土樣環配有一套溫度控制系統，出水導流管上設有循環栗，出水導流管一端通過一導流孔連通控溫環，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，另一端伸入保溫水箱；控溫環、出水導流管、保溫水箱、回水導流管形成循環回路，循環栗將循環水輸送到控溫環，控溫環中的循環水再經回水導流管回流至保溫水箱；恒溫冷/暖水機通過循環導流管與保溫水箱相連，控制循環水溫度。
[0008]進一步地，所述導流孔位于控溫環的1/2高度處。
[0009]本發明具有的有益效果是:本發明通過相互獨立的控溫環分段控制土柱溫度，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，便于埋設傳感器監測，通過調節溫度控制系統輸出溫度，可以施加多種類型的溫度梯度，實現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是分段式環向控溫土柱試驗裝置示意圖；
[0011]圖2是環向控溫土樣環正視圖；
[0012]圖3是環向控溫土樣環俯視圖；
[0013]圖4是溫度控制系統示意圖；
[0014]圖中:1、土樣環，2、控溫環，3、連接螺栓，4、隔熱墊圈，5、環向控溫土樣環，6、底座，7、土樣，8、導流孔，9、溫度控制系統，10、循環栗，11、保溫水箱，12、循環水，13、恒溫冷/暖水機，14出水導流管，15、回水導流管，16循環導流管。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0016]如圖1所示，本發明一種分段式環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向控溫土樣環5、底座6和若干溫度控制系統9 ;相鄰兩個環向控溫土樣環5之間設置隔熱墊圈4，并通過連接螺栓3固定連接，最底端環向控溫土樣環5通過連接螺栓3與底座6固定。
[0017]如圖2、3所示，所述環向控溫土樣環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形蓋拼接成一個整體結構，兩個空心圓筒與上下兩個環形蓋圍成的空腔為控溫環2，內筒所圍成的空心環為土樣環1，若干疊加的土樣環I內分層填筑土樣7，每個控溫環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2的1/2高度處。
[0018]如圖4所示，所述溫度控制系統9由保溫水箱11、循環栗10、恒溫冷/暖水機13、出水導流管14、回水導流管15和循環導流管16組成；每個環向控溫土樣環5配有一套溫度控制系統9，實現土體溫度分段控制，出水導流管14上設有循環栗10，出水導流管14 一端通過一導流孔8連通控溫環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2，另一端伸入保溫水箱11 ;控溫環2、出水導流管14、保溫水箱11、回水導流管15形成循環回路，循環栗10將循環水12輸送到控溫環2，控溫環2中的循環水12再經回水導流管15回流至保溫水箱11 ;恒溫冷/暖水機13通過循環導流管16與保溫水箱11相連，控制循環水12溫度。
[0019]本發明的工作過程如下:
[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明，試驗時，先將一個環向控溫土樣環5與底座6固定，將土樣7置于土樣環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依次連接各個環向控溫土樣環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I之間引出。土柱模型完成后，每個環向控溫土樣環5配有一套溫度控制系統9，每套溫度控制系統9單獨控制溫度。在溫度控制系統9中，恒溫冷/暖水機13使保溫水箱11中的循環水12保持設定的溫度，循環栗10使恒溫水在控溫環2內循環流動，溫度沿徑向傳導路徑較短，能夠較快地使土樣環I中土體達到設定的溫度。通過改變溫度控制系統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測結果分析溫度作用下土柱中的水分運移規律。
【主權項】
1.一種分段式環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向控溫土樣環(5)、底座(6)和若干溫度控制系統(9);相鄰兩個環向控溫土樣環(5)之間設置隔熱墊圈(4)，并通過連接螺栓(3)固定連接，最底端環向控溫土樣環(5)通過連接螺栓(3)與底座(6)固定； 所述環向控溫土樣環(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形蓋拼接成一個整體結構，兩個空心圓筒與上下兩個環形蓋圍成的空腔為控溫環(2)，內筒所圍成的空心環為土樣環(I)，若干疊加的土樣環(I)內分層填筑土樣(7)，每個控溫環(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(9)由保溫水箱(11)、循環栗(10)、恒溫冷/暖水機(13)、出水導流管(14)、回水導流管(15)和循環導流管(16)組成；每個環向控溫土樣環(5)配有一套溫度控制系統(9)，每套溫度控制系統(9)單獨控制溫度，出水導流管(14)上設有循環栗(10)，出水導流管(14) 一端通過一導流孔⑶連通控溫環(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(2)，另一端伸入保溫水箱(11);恒溫冷/暖水機(13)通過循環導流管(16)與保溫水箱(11)相連，控制循環水(12)溫度。2.根據權利要求1所述一種分段式環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(2)的1/2高度處。
【專利摘要】本發明公開了一種分段式環向控溫非飽和土土柱試驗裝置。將一個環向控溫土樣環與底座固定，土樣在土樣環內分層填筑，多個環向控溫土樣環通過螺栓連接形成模型筒，每個控溫環側面有兩個導流孔與導流管相接，通過導流管將控溫環與溫度控制系統相連；溫度控制系統通過恒溫冷/暖水機保持水箱內溫度恒定，通過循環泵實現控溫環內恒溫水循環流動。本發明通過相互獨立的控溫環分段控制土柱溫度，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，便于埋設傳感器監測，通過調節溫度控制系統輸出溫度，可以模擬多種溫度梯度類型，實現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
【申請號】CN201510489876
【發明人】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