[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

本發明公開了一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置及方法，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和熱端溫控單元；環境恒溫箱內置土柱模型系統，土柱模型系統中放置有試驗土柱；熱端溫控單元和水?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和溫控器的溫度，實現溫度梯度作用下土柱蒸發試驗。本發明可通過監測土柱內溫度和水分的時空分布，為揭示溫度梯度作用下土柱內水?熱遷移及土柱冷端蒸發規律提供依據。

技術領域

本發明屬于巖土工程試驗技術領域，涉及一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置及方法。

背景技術

熱-水-汽耦合研究是目前巖土工程的熱點研究領域。溫度梯度作用下，水-汽遷移可能導致路基水分場變化從而導致路基病害，高放核廢料處置過程中采用非飽和膨脹土作為回填料，核廢料釋放的溫度對非飽和膨脹土的水分場產生影響，從而影響其力學行為，在實際工程中，路基鋪設、高放核廢料處置、地熱資源利用、地埋熱水管道鋪設和垃圾填埋場覆蓋等都涉及溫度梯度作用下水-汽遷移。對溫度梯度作用下的水-汽遷移開展實驗研究，有利于充分認識巖土體熱-水-汽耦合行為對工程產生的利害影響。

目前已有的試驗儀器大多涉及溫度梯度作用下土體的液態水遷移，針對熱-水-汽耦合遷移及表面蒸發的較少，且大多采用水浴加熱方法施加溫度梯度，所施加的溫度范圍較小。此外，目前已有試驗儀器的保溫隔熱和隔水設施尚有不足。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置及方法，可以用來研究溫度梯度作用下土體水-汽遷移以及表面蒸發規律，能施加高溫，保溫隔熱和隔水措施嚴格，且能實現試驗過程高度自動化。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種溫度梯度作用下土柱蒸發試驗裝置，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和熱端溫控單元；環境恒溫箱內置土柱模型系統，土柱模型系統中放置有試驗土柱；所述熱端溫控單元包括與試驗土柱相連的加熱板和溫控器；所述水-熱量測系統包括插入試驗土柱的傳感器和試驗土柱下的高精度電子天平；熱端溫控單元和水-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和溫控器的溫度，實現溫度梯度作用下土柱蒸發試驗。

對于上述技術方案，本發明還有進一步優選的方案：

優選的，所述土柱模型系統包括模型腔、試驗土柱和模型支架；模型支架將模型保溫層固定，試驗土柱內置于模型保溫層中，模型保溫層上設置有傳感器探頭通孔。

優選的，所述傳感器包括水分傳感器和溫度傳感器；水分傳感器和所述溫度傳感器通過傳感器探頭通孔插入試驗土柱中。

優選的，所述模型保溫層包括依次由內至外分布的隔熱內襯、固定外襯和保溫層，若干傳感器沿傳感器探頭通孔水平上下分布。

優選的，若干傳感器探頭通孔設置在所述模型保溫層的不同高度處，且沿模型保溫層腔壁螺旋式錯開布置。

優選的，所述模型支架包括上夾板和下夾板，上夾板為鏤空板，通過固定螺栓與下夾板相互夾緊，下夾板與下端與隔熱內襯緊密貼合。

優選的，所述下夾板頂部與隔熱內襯底部設有相互對應的第一環形凹槽，第一環形凹槽中嵌有第一密封圈。

優選的，所述加熱板嵌入模型保溫層內腔，并與試驗土柱緊密貼合，所述溫控器連接設在加熱板下方的熱電偶；加熱板下方與下夾板之間設有隔熱板和隔熱棉。

優選的，所述加熱板內側與隔熱內襯有相互對應的第二環形凹槽，第二環形凹槽中嵌有第二密封圈。

本發明相應地給出了溫度梯度作用下土柱蒸發試驗方法，包括：