[發明專利]一種高溫作用下土壤氣態水遷移測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202110255159.8
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113049774A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 王鐵行;郭靜靜;朱曉玄;劉源
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 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

本發明公開了一種高溫作用下土壤氣態水遷移測試裝置及方法，包括一個氣態水遷移裝置，防變形約束裝置，一套恒溫加熱裝置，一套土壤溫度濕度水分測試系統。將加熱裝置放置在氣態水遷移裝置中土樣左右兩側進行氣態水遷移測試；得到不同時間土樣的含水量數據；進一步計算得到氣態水的遷移量。該裝置及方法能夠實現對土壤中氣態水的遷移規律進行研究，進一步可以計算出氣態水的遷移量。該模型裝置安裝拆卸較為方便，采用的均為保溫隔熱的可循環利用材料，受溫度、水分影響不易產生變形。

技術領域

本發明屬于巖土模型試驗設備技術領域，具體涉及一種高溫作用下土壤氣態水變化測試裝置及方法。

背景技術

黃土地區的工程建設場地，溫度受晝夜交替等因素的影響發生變化，會導致含水量變化。黃土的含水量增大到一定程度時會導致黃土的結構強度嚴重降低，從而引發一系列工程問題，如基坑邊坡失穩、凍脹、沉陷以及基坑支護結構破壞等。溫度對非飽和黃土水分遷移的影響規律，對于保證工程穩定性具有極其重要的意義。

黃土具有很強的水敏性，其強度指標和變形指標隨含水量的變化非常大。若采取措施較大幅度降低黃土含水量，則可在提高黃土地基承載力、減小黃土地基沉降量、提高黃土坑坡穩定性等方面取得顯著效果。施加溫度梯度是降低土體含水量的有效手段，現有研究主要考慮自然環境溫度作用。燒結法加固基坑的工程實踐已經揭示了高溫作用下顯著的水分遷移現象，但高溫作用下的土體水分遷移問題還缺乏研究文獻。開展不同溫度梯度作用下土壤水分場變化測試裝置及方法對后期進行實際工程的穩定研究具有重要意義。

目前研究水分場變化過程主要考慮液態水流動，而在高溫情況下，氣態水的擴散速率顯著增加，氣態水對水分遷移的影響不可忽略，而研究氣態水遷移的裝置及技術還比較缺乏。且目前測試土壤水分場變化過程的方法是在水分遷移過程中的各個測試時間節點，打開設計的水分遷移模型裝置，在土體上相應位置上挖孔掏土采用微波爐烘干法進行含水量的測試，再將掏空部分補齊，關閉水分遷移裝置繼續進行實驗。此方法存在的缺點是掏土和彌補掏孔的前后，對土體有一定的擾動，不能夠完全保證試驗土體的結構性沒有產生變化，且所彌補的土體的含水量無法準確確定，對不同溫度下研究土壤水分場的變化規律產生影響。且人工掏土測試含水率的方法試驗量大，很難在很短的時間內完成。

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高溫作用下土壤氣態水測試裝置及方法，該方法盡可能的模擬實際工程中土體不同位置處受到不同溫度的作用進行水分遷移的情況，并且在盡量不擾動土體的初始結構狀態的同時進行水分遷移過程中水分場變化過程的測量，得到不同溫度梯度作用下含水量的分布情況，進一步計算出氣態水的遷移量。

為達到上述目的，本發明通過下述技術方案來實現的。

本發明提供的一種高溫作用下土壤氣態水遷移測試裝置，包括：

氣態水遷移裝置，配置有兩個放置土樣的模具箱，和可插入溫度水分傳感器的蓋板，兩部分土樣通過加熱裝置加熱，進行土樣氣態水遷移測試；

加熱裝置，配置有置于氣態水遷移裝置兩端部的加熱板，用于對氣態水遷移裝置中的土樣進行加熱；

防變形約束裝置，用于固定氣態水遷移裝置與加熱裝置，對其進行約束；

土壤溫度水分測試系統，連接到氣態水遷移裝置，獲取氣態水遷移裝置的土樣隨時間、溫度變化的含水量數據，將得到的數據進行計算進一步得到氣態水的遷移量。

進一步,所述氣態水遷移裝置包括2個模具箱、蓋板和嵌入式隔板，2個模具箱為框型結構，并列對稱分布于蓋板下方，2個模具箱之間設一塊嵌入式隔板，土樣分別置于2個模具箱內。

進一步,在模具箱和蓋板內側涂覆有耐高溫防水材料，模具箱和蓋板外側包裹有保溫隔熱材料。

進一步，所述蓋板上設有可插入溫度水分傳感器的開口，溫度水分傳感器與蓋板之間的縫隙采用保溫隔熱材料填充密封。