[實用新型]溫度場控制下的寒區地下水運移模擬裝置

有效

• 申請號: 201720570513.5
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN207280990U
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 薛碩;馮雨晴;梁四海
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于一種試驗模擬裝置，是一種溫度場控制下的寒區地下水運移模擬裝置，可有效模擬寒區土壤在溫度及有降水條件下地下水的運移情況，同時可以監測不同溫度背景下或不同降水強度下，寒區土體凍融過程中的土壤水分、土壤溫度和導熱系數等要素的變化。

背景技術

近年來全球氣候變化較為明顯，尤其是溫度與降水的變化，這對于寒區凍土造成巨大影響；寒區凍土與土壤水及地下水運移有著密切關系，凍土變化會引起凍結層上水及凍結層下水運移的變化。寒區陸面產生反復的凍結和融化，改變了土體的內部結構，這對于寒區土物理力學性質造成很大的影響，在寒區進行工程建設時需要考慮它們的影響。目前，國內模擬寒區凍融試驗的裝置多為各高校和科研單位根據需求而研制的。西安科技大學、中國寒區旱區環境與工程研究所等研發的凍融循環模擬裝置，考慮因素比較單一，未能全面研究溫度變化及降水變化對寒區地下水運移的影響。

實用新型內容

本實用新型的目的是研究在溫度變化下以及降水變化下的寒區凍土內地下水運移情況。

本實用新型所采用的技術方案是，一種溫度場控制下的寒區地下水運移模擬裝置，是由承載保溫箱、制冷設備A、加熱設備、排水口、制冷設備B、 5TM傳感器、制冷壓縮機A、電源插頭、筆記本電腦、EM50監測器、導線孔、電源插頭、制冷壓縮機B、溫度控制器、溫控器感應探頭、花灑噴頭組成。其特征在于本模擬裝置包括土樣承載系統、溫度控制系統、降水模擬系統、數據監測系統四部分；土樣承載系統作為模擬裝置的土樣載體，將土壤裝于其中，可以起到一個保溫作用；溫度控制系統置于土樣承載系統的內部，可以調節模擬裝置箱體內部的溫度，用來模擬寒區天然氣溫變化；降水模擬系統置于承載保溫箱外，采用花灑噴頭；其中土樣承載系統包括承載保溫箱，箱體內壁襯有保溫材料，保持箱內溫度恒定，承載箱底部設有供多余水排放的排水口，箱壁設有導線孔；溫度控制系統包括制冷設備A與加熱設備，二者置于表層土內，并與溫度控制器相連，分別接有電源插頭，可控制箱體內表層土樣的溫度，溫控器感應探頭置于表層土內，監測表層土樣溫度；箱體底部的制冷設備B與制冷壓縮機A相連，打開后可以模擬寒區多年凍土的存在；數據監測系統包括5TM 傳感器和EM50監測器，將5TM傳感器置于箱體土樣內，通過導線連接EM50 監測器，EM50監測器又與筆記本電腦相連。

還包括為保溫設計的承載保溫箱箱蓋，可以保持箱體內的溫度恒定。

承載保溫箱箱蓋可以取下。

本實用新型的優點：本裝置通過將制冷設備與加熱設備相結合，對土樣進行循環加熱制冷，能夠模擬多次凍融循環。溫度控制器能實時準確地監控土樣溫度，提高了裝置的精確度。

本實用新型增添了降水模擬系統，并且箱底有多年凍土模擬裝置，更貼切的模擬了寒區的實際自然條件。

本實用新型將監測器與筆記本電腦相連，實時監測土樣內部各土層水分、溫度、導熱系數，更好的監測寒區地下水運移與溫度降水變化的關系。

附圖說明

圖1是本實用新型溫度場控制下的寒區地下水運移模擬裝置示意圖： 1-承載保溫箱，2-制冷設備A，3-加熱設備，4-排水口，5-制冷設備B，6-5TM 傳感器，7-制冷壓縮機A，8-電源插頭，9-筆記本電腦，10-EM50監測器，11- 導線孔，12-電源插頭，13-制冷壓縮機B，14-溫度控制器，15-溫控器感應探頭， 16-花灑噴頭。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型溫度場控制下的寒區地下水運移模擬裝置示意圖：1-承載保溫箱，2-制冷設備A，3-加熱設備，4-排水口，5-制冷設備B， 6-5TM傳感器，7-制冷壓縮機A，8-電源插頭，9-筆記本電腦，10-EM50監測器， 11-導線孔，12-電源插頭，13-制冷壓縮機B，14-溫度控制器，15-溫控器感應探頭，16-花灑噴頭。

本實用新型溫度場控制下的寒區地下水運移模擬裝置的工作原理：

通過調節溫控系統以及降水系統，模擬全球氣候變化對凍土變化的影響，監控系統來觀測凍土變化影響下地下水運移的情況。

本實用新型溫度場控制下的寒區地下水運移模擬裝置的操作步驟是：

將承載保溫箱1內裝滿試驗區取回的土樣，根據取樣的埋藏深度分層放置于箱內，將5TM傳感器6放置于各層土樣之中，通過導線連接外部的EM50監測器10，EM50監測器10又與筆記本電腦9相連。底部土樣中埋藏有制冷設備B 5，通過連接制冷壓縮機A 7，使箱體底部得到制冷效果，模擬寒區多年凍土的環境。箱體表層土樣埋有制冷設備A 2與加熱設備3，通過導線與外部溫度控制器14 相連，溫控器感應探頭15置于表層土中，實時監測表層土的溫度。實驗時，通過溫度控制系統來調節表層土的溫度，使其升溫或者降溫，達到凍融循環的效果。箱體內壁襯有泡沫等具有保溫功能的材料，能夠保證箱體內部溫度穩定，當表層土體達到預定溫度，溫度控制器14自動斷開，這時利用筆記本電腦9記錄固定時段的各種數據的波動，例如土壤水分、土壤溫度和導熱系數等要素，來監測地下水運移的情況。當實驗需要模擬自然條件下的降水時，通過控制花灑16出水量的多少及強度，來精確模擬自然界降水。箱體底部設有排水管4，能夠將箱體多余水分排出。