[實(shí)用新型]一種分層控溫土壤凍融循環(huán)試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220171683.3
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN202562912U
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王升忠;常征;許林書;周長蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 東北師范大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 大慶知文知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23115
• 代理人: 吳江東

技術(shù)領(lǐng)域

?本實(shí)用新型涉及監(jiān)測儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種分層控溫土壤凍融循環(huán)試驗裝置。

背景技術(shù)

1.土壤的凍融是一個非常復(fù)雜的過程，它伴隨物理、物理化學(xué)、力學(xué)的現(xiàn)象和子過程，最主要的包括水分、熱量的傳輸、水分相變和鹽分的積聚過程。據(jù)統(tǒng)計，全球陸地面積70%存在凍土，其中14%為永久凍土，56%為季節(jié)凍土；我國是世界上第三凍土大國，其中多年凍土分布面積為2.068×106km2，占我國國土面積21.5%，節(jié)性凍土分布面積很廣，為5.137×106km2，占我國國土面積的53.5%，兩者合計約占全國總面積的3/4左右。?????2.凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質(zhì)，凍融過程中伴隨著水分和鹽分的積聚，進(jìn)而造成季節(jié)性凍土產(chǎn)生凍脹和融沉現(xiàn)象，并對凍土區(qū)的修筑工程和道橋工程造成一定程度的破壞，凍脹問題嚴(yán)重困擾著嚴(yán)寒地區(qū)凍土地基上構(gòu)筑物的使用情況，文獻(xiàn)資料表明，凍脹破壞使凍土區(qū)公路壽命縮短50%，且大大增加了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。?????3.凍融條件下土壤物理特性的變化特征的研究是凍土工程、凍土農(nóng)業(yè)、陸地水循環(huán)等領(lǐng)域的重要內(nèi)容。其研究主要是通過室內(nèi)模擬和室外定點(diǎn)監(jiān)測兩種途徑得以實(shí)現(xiàn)，又由于室外監(jiān)測費(fèi)用較高，重復(fù)性差，因此國內(nèi)對凍土物理性質(zhì)的測定大多選用室內(nèi)模擬的方式進(jìn)行。?????4.現(xiàn)有國內(nèi)凍融試驗裝置具有如下特征，首先是裝置功能較單一，很多凍土試驗裝置只能測定一個或兩個指標(biāo)，如楊植棟發(fā)明的《一種人工凍土溫度場測量裝置》，主要用于人工凍土溫度場測試。劉寒冰教授發(fā)明的專利《凍融循環(huán)下路基材料力學(xué)參數(shù)測試試驗機(jī)》介紹的試驗裝置主要對動載荷下凍融過程中路基材料動力特征參數(shù)、凍脹量的進(jìn)行測定，并沒考慮水分補(bǔ)給等外部條件。中國礦業(yè)大學(xué)岳豐田教授發(fā)明的《一種土體凍脹測量儀》介紹的測試裝置能同時對土體溫度和凍脹量進(jìn)行監(jiān)測，并沒有對影響凍脹量的主要因子——水分遷移進(jìn)行監(jiān)測。其次是裝置大多不能很好的模擬土壤野外凍結(jié)過程，有的研究單位直接將土柱放入冰箱，土壤從四周向中心凍結(jié)，與實(shí)際野外自上而下的降溫過程不符。有的試驗裝置土柱過細(xì)，土柱直徑還不到10cm，管壁有外向內(nèi)影響土壤凍結(jié)過程，也與野外實(shí)際存在很大差異。第三是沒有補(bǔ)水裝置，季節(jié)性凍土區(qū)的凍融土壤很大一部分受到地下水的影響，在凍結(jié)過程中水分通過毛細(xì)作用在土體內(nèi)產(chǎn)生位移，從而增加了凍脹融沉的幅度，不考慮水分補(bǔ)給的封閉系統(tǒng)試驗并不能很好的反映凍融過程中水分在土體中補(bǔ)給和遷移過程。第四是環(huán)境控制系統(tǒng)容積偏小，只能用體積較小的擾動土進(jìn)行試驗，降低了試驗的模擬精度。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供新型的一種分層控溫土壤凍融循環(huán)試驗裝置，目的在于客服了現(xiàn)有凍融循環(huán)試驗裝置的缺點(diǎn)和不足，設(shè)計了既能對大塊原狀土壤進(jìn)行控溫、控濕、補(bǔ)水控制，又能實(shí)現(xiàn)多種物理參數(shù)、指標(biāo)同時測量的試驗裝置。進(jìn)而滿足凍土工程、凍土生態(tài)、凍土農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的試驗要求。?本實(shí)用新型采用分層控溫土壤凍融循環(huán)試驗裝置能完成如下試驗：?????開放（補(bǔ)水）、封閉條件下凍融循環(huán)試驗過程中土壤溫度場、濕度場分布及凍脹量的監(jiān)測；?????不同初始溫度、變溫幅度、變溫頻率條件下土壤溫度場、濕度場分布及凍脹量的監(jiān)測；?????原狀土、擾動土（直徑小于19cm，高度小于60cm）凍融循環(huán)過程中溫度場、濕度場分布及凍脹量的監(jiān)測；

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種分層控溫土壤凍融循環(huán)試驗裝置，包括土壤試樣筒、環(huán)境溫度控制系統(tǒng)、土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)、土壤溫度監(jiān)測系統(tǒng)、土壤變形監(jiān)測系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)：?????所述土壤試樣筒為兩個半圓柱圍合而成的圓筒，上部設(shè)有頂蓋，下部設(shè)有底座，底座設(shè)有小孔，土壤試樣筒內(nèi)裝有待測土壤；

所述環(huán)境溫度控制系統(tǒng)為分層控溫土壤凍融試驗箱，包括試驗機(jī)箱體、保溫材料、箱內(nèi)溫度控制器、壓縮機(jī)、冷凝器、制冷線圈、排風(fēng)扇、土樣升降架，所述試驗機(jī)箱體下部設(shè)有土樣升降架，右側(cè)設(shè)有控制面板及電源開關(guān)，所述試驗機(jī)箱體內(nèi)設(shè)有保溫材料，所述試驗機(jī)箱體內(nèi)用隔板分為上、中、下三個室，試驗機(jī)箱體底部和隔板中心位置均設(shè)有圓洞，所述圓洞直徑與所述土壤試樣筒直徑相對應(yīng)，所述試驗機(jī)箱體內(nèi)設(shè)有箱內(nèi)溫度控制器、制冷線圈，機(jī)體右側(cè)下端設(shè)有壓縮機(jī)、壓力表、溫度數(shù)據(jù)顯示表，上端設(shè)有排風(fēng)扇、所述排風(fēng)扇上設(shè)有儲液罐和冷凝器，所述壓縮機(jī)分別與壓力表、排風(fēng)扇、溫度數(shù)據(jù)顯示表連接，所述溫度數(shù)據(jù)顯示表分別與儲液罐、箱內(nèi)溫度控制器、制冷線圈連接；