[發(fā)明專利]可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)及滲流效應(yīng)的裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710562902.8
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107290262A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳亞平;王進昌;段志東;孫永寧;孫安元;王海新;梁浩;趙海濤;車寶
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州交通大學(xué)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N25/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11249
• 代理人: 陸菊華

1.可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，該裝置包括集成溫控系統(tǒng)、水量控制系統(tǒng)、工程塑料水箱、雙通道復(fù)合碳化硅管道組件、凍土區(qū)土層模擬系統(tǒng)和溫度傳感系統(tǒng)；

所述集成溫控系統(tǒng)，用以控制水路管道內(nèi)水流的溫度；

所述水量控制系統(tǒng)，用以控制工程塑料水箱內(nèi)的水流入雙通道復(fù)合碳化硅管道內(nèi)的量和速度；

所述工程塑料水箱，用以存放試驗用的水；

所述雙通道復(fù)合碳化硅管道組件，是水流的通道，其一部分埋入凍土層，埋入凍土層的雙通道復(fù)合碳化硅管道上開有能將水滲透入土層的小孔；

所述凍土層模擬系統(tǒng)，是試驗用凍土層及其應(yīng)變測量、溫度測量裝置；

所述溫度傳感系統(tǒng)，是用以測量地下水溫度、土層溫度的試驗裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，所述集成溫控系統(tǒng)與水量控制系統(tǒng)的配合，對循環(huán)水流進行精準(zhǔn)控制，可實現(xiàn)恒溫、定速的水流輸出。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，所述水量控制系統(tǒng)包括水量傳感器、PID智能調(diào)節(jié)儀和電動比例調(diào)節(jié)閥，可以精準(zhǔn)地控制水流流速。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，所述集成溫控系統(tǒng)包括加熱控流系統(tǒng)、工程塑料水箱、水泵、管道連接件、球型轉(zhuǎn)換閥門、雙通道復(fù)合碳化硅管道、通水管、連接線、溫度儀和溫度傳感器。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，所述加熱控流系統(tǒng)采用微波加熱方式，具有加熱均勻、加熱效率高的特點，可實現(xiàn)溫度升降的快速、準(zhǔn)確控制。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，所述雙通道復(fù)合碳化管道數(shù)目可以為多個，可實現(xiàn)同時進行多個凍土區(qū)地層模擬部位的試驗，通過組合管道可適應(yīng)各種大小的凍土區(qū)地層模擬裝置；管道之間可以組合連接，可使該設(shè)備滿足各種大小的凍土區(qū)地層模擬裝置。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，所述雙通道復(fù)合碳化硅管道為內(nèi)外兩層管壁構(gòu)成，雙通道復(fù)合碳化硅管道內(nèi)壁布置熱敏電阻，是為了在進行熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)共同作用的試驗的過程中，可觀察管內(nèi)水的溫度是否符合要求；

雙通道復(fù)合碳化硅管道外壁布置熱敏電阻，是為了在進行熱效應(yīng)試驗的過程中，可觀察管外壁的溫度是否符合要求。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，所述雙通道復(fù)合碳化硅管道壁均勻螺旋分布滲水孔，再用精密特級濾網(wǎng)包裹滲水孔，滲水孔采用螺旋式環(huán)繞均勻分布，使其可以更好的模擬水流流入土體的實際狀況。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)裝置，其特征在于，所述雙通道復(fù)合碳化硅管道口采用三個小球連接的球閥式閥門，通過調(diào)節(jié)球形閥門來轉(zhuǎn)換水流路徑，實現(xiàn)內(nèi)管道注水可模擬凍土區(qū)地下水的熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)的耦合作用，可簡單有效的控制水流輸入雙通道復(fù)合管道的位置，方便熱效應(yīng)試驗與熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)耦合作用試驗地相互轉(zhuǎn)換。

10.可模擬凍土區(qū)地下水熱效應(yīng)與滲流效應(yīng)方法，其特征在于，具體包括：

步驟1：根據(jù)試驗要求組裝雙通道復(fù)合碳化硅管道，將其埋入凍土區(qū)土層模擬系統(tǒng)中的預(yù)定位置；

步驟2：使用連接器連接集成溫控系統(tǒng)、水量控制系統(tǒng)、工程塑料水箱、雙通道復(fù)合碳化硅管道組件、凍土區(qū)土層模擬系統(tǒng)、溫度傳感系統(tǒng)；

步驟3：根據(jù)試驗種類選擇不同的球型閥門開關(guān)；

步驟4：打開水流控制系統(tǒng)開關(guān)，設(shè)定溫度和流速；

步驟5：打開溫度儀開關(guān)，使其可以觀察到土內(nèi)管壁內(nèi)外的溫度變化；

步驟6：打開水泵開關(guān)，使水從水箱中輸入到加熱系統(tǒng)中，使水流輸入到雙通道復(fù)合管道中；

步驟7：進行模擬試驗，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。