[發(fā)明專利]室內凍土水分遷移規(guī)律模擬系統(tǒng)及特征參數(shù)測定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510545630.1
• 申請日: 2015-08-29
• 公開（公告）號: CN105158440A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設計）人: 毛正君;魏榮譽
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發(fā)明屬于巖土工程技術領域，具體涉及一種室內凍土水分遷移規(guī)律模擬系統(tǒng)及特征參數(shù)測定方法。

背景技術

根據(jù)土體處于凍結狀態(tài)的持續(xù)時間不同，凍土可分為季節(jié)凍土和多年凍土。凍土是廣泛分布在地球表層的一種低溫地質體，而且凍土區(qū)有豐富的土地、森林和礦藏資源，它的存在及其演變對人類的生存環(huán)境、生產活動和可持續(xù)發(fā)展具有重要影響。

目前凍土(包括已凍土和正凍土)中的水分遷移，已被視為土體凍結作用中的一個核心問題，分別被列入了土木工程、農業(yè)和地質等學科的科學原理之一，并作為土壤科學、環(huán)境科學、建筑學和地理學中的一個重要研究課題，受到世界上許多國家的重視。

土的凍結，引起水分向正凍區(qū)運動、并試圖以冰的形式充填這個區(qū)域。在低壓縮性土體中這些冰體通常排列成與等溫線相平行的透鏡狀。在高壓縮性土體中，通常呈交錯的冰脈在三維空間構成網(wǎng)狀。由于土體表面溫度的降低，未凍結之前的土體中的能量平衡被打破，除了引起水分的遷移之外，也引起土中溫度的重新分布，并產生土中鹽分的濃度梯度，同時鹽分也重新分布，從而導致空間全新的固液汽組合狀態(tài)。

由此可見，凍土水分遷移規(guī)律的研究至關重要。目前，人們開展了大量的有關于降雨入滲的課題研究，而對于降雪之后發(fā)生的凍土水分遷移規(guī)律的研究還處于初級階段。由于降雨入滲與降雪之后發(fā)生的凍土水分遷移規(guī)律存在較大差別，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：①入滲的溫度不同，降雪之后發(fā)生的凍土水分遷移發(fā)生在低溫環(huán)境下，而降雨入滲則在常溫進行；②入滲影響因素不同，降雪之后發(fā)生的凍土水分遷移主要因素是溫度，而降雨入滲則不是；③發(fā)生入滲的機理不同，降雪之后發(fā)生的凍土水分遷移的入滲機理更為復雜，研究難度更大，而降雨入滲相比較為簡單。現(xiàn)有技術中還沒有能夠方便地在室內進行凍土水分遷移規(guī)律模擬的系統(tǒng)，也不能很好地在室內進行凍土水分遷移規(guī)律特征參數(shù)的測定。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種結構緊湊、設計新穎合理、實現(xiàn)方便、使用操作方便、為進一步研究降雪條件下凍土水分遷移規(guī)律提供了可行的室內凍土水分遷移規(guī)律模擬系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種室內凍土水分遷移規(guī)律模擬系統(tǒng)，其特征在于：包括模擬系統(tǒng)箱體、凍土水分遷移規(guī)律特征參數(shù)測量系統(tǒng)和試驗數(shù)據(jù)采集及控制器，以及設置在模擬系統(tǒng)箱體內部的冷熱一體機、降雪模擬系統(tǒng)、地質模型系統(tǒng)和太陽輻射熱模擬系統(tǒng)；

所述降雪模擬系統(tǒng)包括嵌入安裝在模擬系統(tǒng)箱體頂部的降雪槽、設置在降雪槽內的固定支架和嵌入安裝在固定支架上的多個降雪點模擬機構，每個所述降雪點模擬機構均包括頂部和底部均敞口設置的儲冰筒以及設置在儲冰筒頂部的啟封蓋，所述儲冰筒的底部設置有十字支撐桿，所述十字支撐桿的中心安裝有降雪電機，所述降雪電機的輸出軸上固定連接有旋轉切冰刀，所述啟封蓋的內底面上連接有冰塊防轉桿，所述冰塊防轉桿上套裝有用于將冰塊壓緊在旋轉切冰刀上的壓力彈簧，所述冰塊防轉桿橫截面的形狀為矩形，所述冰塊上開有供冰塊防轉桿穿入且與冰塊防轉桿緊密配合的柱狀孔；所述降雪槽的底部安裝有用于振動降落旋轉切冰刀切落的雪花的振動篩；多個儲冰筒中的任意一個儲冰筒的頂部安裝有超聲波測距傳感器；

所述地質模型系統(tǒng)包括底座和通過多個千斤頂支撐安裝在底座上的地質模型槽，所述地質模型槽的底部設置有用于在地質模型槽內底部形成儲水空間的經(jīng)緯格柵板，所述經(jīng)緯格柵板上設置有多個出水孔洞，所述經(jīng)緯格柵板的頂部設置有陶土板，所述陶土板的四周邊沿均與地質模型槽內壁粘接，所述陶土板的頂部用于放置試驗土樣；

所述太陽輻射熱模擬系統(tǒng)包括用于模擬太陽光照的電熱管、用于帶動電熱管在模擬系統(tǒng)箱體內前后運動的電熱管前后運動機構和用于帶動電熱管在模擬系統(tǒng)箱體內左右運動的電熱管左右運動機構，所述電熱管設置在所述地質模型系統(tǒng)與所述降雪模擬系統(tǒng)之間，所述電熱管的旁側設置有用于對電熱管的加熱溫度進行實時檢測的電熱管溫度傳感器；