[發明專利]一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置及方法

在審

• 申請號: 202110256509.2
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113049404A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 王鐵行;郭靜靜;劉源;朱曉玄
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 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

1.一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置，其特征在于,包括：

蒸發裝置，用于將制備土樣置于加熱裝置上進行土壤水分蒸發測試；

防變形約束裝置，用于固定蒸發裝置，對其進行約束；

加熱裝置，用于對蒸發裝置中的土樣進行加熱；

水分蒸發器，用于在自然環境下與蒸發裝置同步水分蒸發測試；

土壤溫度水分測試系統，獲取蒸發裝置的土樣隨時間、溫度變化的含水量數據，將得到的對應變化的蒸發量與水分蒸發器蒸發量擬合，得到高溫下不同初始含水量的土樣蒸發量隨時間變化量。

2.根據權利要求1所述的一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置，其特征在于,所述蒸發裝置包括絕緣隔熱U型槽(5)、保溫隔熱材料(4)和U型槽蓋板(6)，絕緣隔熱U型槽(5)前側面插入預留槽孔的U型槽蓋板(6)，土樣(3)放置在絕緣隔熱U型槽(5)內，保溫隔熱材料(4)包裹絕緣隔熱U型槽(5)和U型槽蓋板(6)。

3.根據權利要求2所述的一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置，其特征在于,U型槽蓋板(6)上設置有可插入溫度水分傳感器(14)的開口，溫度水分傳感器(14)與U型槽蓋板(6)之間的縫隙采用保溫隔熱材料填充密封。

4.根據權利要求1所述的一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置，其特征在于,所述防變形約束裝置包括螺桿(1)和上下水平連接在螺桿(1)上的圍框(2)，圍框(2)套在保溫隔熱材料(4)外周上。

5.根據權利要求1所述的一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置，其特征在于,所述加熱裝置包括加熱板(7)、溫度探頭(9)和溫控器(10)，溫控器(10)通過電源線(8)連接溫度探頭(9)和加熱板(7)，溫度探頭(9)連接在加熱板(7)上。

6.根據權利要求1所述的一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置，其特征在于,所述土壤溫度水分測試系統包括溫度水分傳感器(14)和上位機(13)，溫度水分傳感器(14)插入土樣中。

7.一種基于權利要求1-6任一項所述裝置的高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試方法，其特征在于，包括：

將設定含水率w的土料分多次裝入蒸發裝置內，層間壓實后表面拉毛，再次裝土料壓實，表面涂抹凡士林，并覆蓋一層防水薄膜，得到土樣；

將溫度水分傳感器探頭插入制備好的土樣中置于加熱板上，進行土樣水分蒸發試驗；同時將水分蒸發器放置在自然環境下同步測試；

上位機獲取溫度水分傳感器探頭采集的土樣隨時間、溫度變化的含水量數據，繪制相鄰時間的兩條含水量分布曲線，計算該時間段內的蒸發量；

將該蒸發量與水分蒸發器蒸發量擬合得到高溫下土壤的蒸發量。

8.根據權利要求7所述的高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試方法，其特征在于，相鄰時間段內的蒸發量計算公式：

式中，ρ_d為土樣干密度，f(t₀)為t₀時刻土樣含水量分布函數；f(t₁)為t₁時刻土樣含水量分布函數；x為土樣長度。

9.根據權利要求7所述的高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試方法，其特征在于，蒸發裝置蒸發量與水分蒸發器蒸發量計算公式：

E/E₀＝Ae^-t/B+C (2)

式中，E為單位面積土樣蒸發量；E₀為單位面積水分蒸發器蒸發量；t為時間；A、B、C與分別為關于土樣含水率w的系數，其中，A＝3.7w+0.39，B＝11w+0.17,C＝1.3w-0.09。

10.根據權利要求7所述的高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試方法，其特征在于，所述設定含水率的土料為溫度差值大于5℃，含水量差值大于4％的土料。