[發(fā)明專利]一種土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910458366.6
• 申請(qǐng)日: 2019-05-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110095501A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林蕓;王鐵行;羅揚(yáng);金鑫;張亮;王華杰;甘浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/20
• 分類號(hào): G01N25/20;G01N25/58
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開(kāi)了一種土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)裝置及方法，包括第一恒溫水箱、第一水泵、第一金屬加熱箱、第二恒溫水箱、第二水泵、第二金屬加熱箱、絕熱模型槽、攝像頭、防變形夾緊裝置、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集儀，該裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，并能夠避免電阻絲加熱時(shí)帶來(lái)的加熱溫度不均、溫度不易控制的問(wèn)題，同時(shí)避免土樣單邊加熱帶來(lái)的問(wèn)題，拆卸較為方便，模型槽不易變形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

溫度的變化可引起土壤中的水分遷移，并進(jìn)一步改變土的性狀。在地源熱泵能量樁埋設(shè)、油氣田開(kāi)采、核廢料深埋以及受到氣候變化影響的路基工程、水利工程及市政工程等實(shí)際工程中都涉及土壤水、熱耦合運(yùn)移問(wèn)題。因此，開(kāi)展土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)，研究土壤水熱耦合運(yùn)移規(guī)律，對(duì)于保證工程穩(wěn)定性具有重要意義。

在目前的相關(guān)試驗(yàn)中，試驗(yàn)裝置多采用凍融循環(huán)機(jī)或自主搭建的試驗(yàn)裝置，其中還存在較多問(wèn)題，主要問(wèn)題如下：1)凍融循環(huán)機(jī)可設(shè)置的正溫溫度低，不能支持做高溫段的土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)。2)使用凍融循環(huán)機(jī)做土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)，測(cè)量含水量方法有兩種：方法一是試驗(yàn)過(guò)程中打開(kāi)試樣箱，在土體邊部切邊取土，用烘干法測(cè)含水量，再關(guān)閉試驗(yàn)箱繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)；該方法對(duì)土體有一定的擾動(dòng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)測(cè)量；方法二測(cè)量含水量時(shí)需同時(shí)制多組樣，在相同的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，每隔一段時(shí)間取出一個(gè)試樣用烘干法測(cè)含水量，最后把多組樣的測(cè)量結(jié)果整合作為一組試樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，該方法制樣工作量大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)測(cè)量。3)現(xiàn)有試驗(yàn)裝置采用電阻絲加熱法制作熱源裝置時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)加熱不均勻和溫度不易控制的問(wèn)題。4)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置只有單邊溫度控制裝置時(shí)，不能做考慮相同溫度梯度不同溫度水平條件下的土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)。5)現(xiàn)有試驗(yàn)裝置各部分構(gòu)成連接性太強(qiáng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束卸載試樣和養(yǎng)護(hù)修理器材時(shí)不方便拆卸和安裝。6)研究土壤水熱耦合運(yùn)移規(guī)律，設(shè)置多組不同條件下的相關(guān)試驗(yàn)，多次裝填擊實(shí)土樣容易造成土體模型槽變形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)裝置及方法，該裝置及方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，并能夠避免電阻絲加熱時(shí)帶來(lái)的加熱溫度不均、溫度不易控制的問(wèn)題，同時(shí)避免土樣單邊加熱帶來(lái)的問(wèn)題，拆卸較為方便，模型槽不易變形。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的土壤水熱耦合運(yùn)移試驗(yàn)裝置包括第一恒溫水箱、第一水泵、第一金屬加熱箱、第二恒溫水箱、第二水泵、第二金屬加熱箱、絕熱模型槽、攝像頭、防變形夾緊裝置、計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)采集儀；

第一恒溫水箱通過(guò)第一水泵與第一金屬加熱箱相連通，第二恒溫水箱通過(guò)第二水泵與第二金屬加熱箱相連通，絕熱模型槽位于第一金屬加熱箱與第二金屬加熱箱之間，待試驗(yàn)土體位于絕熱模型槽內(nèi)，防變形夾緊裝置夾持于絕熱模型槽上，絕熱模型槽的頂部開(kāi)口處設(shè)置有蓋板，且待試驗(yàn)土體內(nèi)沿軸向埋設(shè)有若干水分傳感器及第一溫度傳感器，待試驗(yàn)土體一端的端面與第一金屬加熱箱的側(cè)面相貼緊，待試驗(yàn)土體另一端的端面與第二金屬加熱箱的側(cè)面相貼緊，攝像頭正對(duì)絕熱模型槽，攝像頭與計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀與各水分傳感器及各第一溫度傳感器相連接。

絕熱模型槽的內(nèi)壁上粘貼有塑料薄膜。

螺紋鋼穿過(guò)第一金屬加熱箱經(jīng)絕熱模型槽的外側(cè)后再穿過(guò)第二金屬加熱箱將第一金屬加熱箱及第二金屬加熱箱拉緊貼緊于待試驗(yàn)土體的兩端面上。

螺紋鋼的端部與第一金屬加熱箱及第二金屬加熱箱之間均通過(guò)第一螺母及]形鉆孔鋼片相連接。

第一水泵與第一恒溫水箱及第一金屬加熱箱之間以及第二水泵與第一恒溫水箱及第二金屬加熱箱之間均通過(guò)水管相連通，其中，第一恒溫水箱與其相連通的水管之間、第二恒溫水箱與其相連通的水管之間、第一金屬加熱箱與其相連通的水管之間以及第二金屬加熱箱與其相連通的水管之間均通過(guò)變徑接頭、防水膠布及卡扣相連通。