[發明專利]一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202011487489.1
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112666039A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 王鐵行;朱曉玄;郭靜靜;趙再昆;葛輝
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04;G01N17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，其特征在于，包括土柱模型系統、溫度梯度控制系統、水-熱量測系統和數據管理系統；

所述溫度梯度控制系統包括環境恒溫箱(5)和熱端溫控單元(6)；環境恒溫箱(5)內置土柱模型系統，土柱模型系統中放置有試驗土柱(2)；所述熱端溫控單元(6)包括與試驗土柱(2)相連的加熱板(6-1)和溫控器(6-2)；

所述水-熱量測系統包括插入試驗土柱(2)的傳感器和試驗土柱(2)下的高精度電子天平(9)；

熱端溫控單元(6)和水-熱量測系統分別連接數據管理系統，通過數據管理系統控制環境恒溫箱(5)和溫控器(6-2)的溫度，實現溫度梯度作用下土柱蒸發試驗。

2.根據權利要求1所述的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，其特征在于，所述土柱模型系統包括模型保溫層(1)、試驗土柱(2)和模型支架(3)；模型支架(3)將模型保溫層(1)固定，試驗土柱(2)內置于模型保溫層(1)中，模型保溫層(1)上設置有插入試驗土柱(2)中傳感器的傳感器探頭通孔(4)。

3.根據權利要求2所述的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，其特征在于，所述模型保溫層(1)包括依次由內至外分布的隔熱內襯(1-1)、固定外襯(1-2)和保溫層(1-3)，若干傳感器沿傳感器探頭通孔(4)水平上下分布。

4.根據權利要求1所述的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，其特征在于，若干傳感器探頭通孔(4)設置在所述模型保溫層(1)的不同高度處，且沿模型保溫層(1)腔壁螺旋式錯開布置。

5.根據權利要求1所述的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，其特征在于，所述模型支架(3)包括上夾板(3-1)和下夾板(3-3)，上夾板(3-1)為鏤空板，通過固定螺栓(3-2)與下夾板(3-1)相互夾緊，下夾板(3-3)與下端與隔熱內襯(1-1)緊密貼合。

6.根據權利要求5所述的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，其特征在于，所述下夾板(3-3)頂部與隔熱內襯(1-1)底部設有相互對應的第一環形凹槽(11)，第一環形凹槽(11)中嵌有第一密封圈(12)。

7.根據權利要求5所述的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，其特征在于，所述加熱板(6-1)嵌入模型保溫層(1)內腔，并與試驗土柱(2)緊密貼合，所述溫控器(6-2)連接設在加熱板(6-1)下方的熱電偶(6-3)；加熱板(6-1)下方與下夾板(3-3)之間設有隔熱板(15)和隔熱棉(16)。

8.根據權利要求5所述的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，其特征在于，所述加熱板(6-1)內側與隔熱內襯(1-1)有相互對應的第二環形凹槽(13)，第二環形凹槽(13)中嵌有第二密封圈(14)。

9.一種基于權利要求1-8任一項所述裝置的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗方法，其特征在于，包括：

將濕土按照目標干密度分層擊實到模型腔中，形成試驗土柱并密封靜置；

向試驗土柱施加溫度梯度，繪制蒸發量隨時間變化的曲線；

將試驗土柱分成若干試樣，烘干法測定最終試驗土柱含水量沿土柱高度方向的分布，繪制最終試驗土柱含水量分布曲線，得到試驗土柱的蒸發量。

10.根據權利要求9所述的一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗方法，其特征在于，所述試驗土柱的溫度梯度通過下式計算：

式中▽為溫度梯度；T₁為加熱板溫度；T₂為環境恒溫箱溫度；L為試驗土柱的長度；

所述試驗土柱的蒸發量m₂通過下式計算：

式中，ρ_d為試驗土柱干密度；S為試驗土柱橫截面積；ω₀為試驗土柱初始含水量；ω(x)為試驗土柱位置為x時的最終含水量。