[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

本發明公開了一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置及方法，包括蒸發裝置、防變形約束裝置、加熱裝置、水分蒸發器和土壤溫度水分測試系統，將制備土樣置于加熱裝置上進行土壤水分蒸發測試；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。本發明能夠避免水分向模型槽內部擴散引起的含水量誤差等問題，能夠實現高溫蒸發并對蒸發過程中溫度及含水量進行實時測量，在盡量不擾動土體初始結構狀態的同時量化不同高溫對土壤蒸發的影響。

技術領域

本發明屬于巖土模型試驗設備技術領域，公開了一種高溫作用下土壤蒸發水分場變化測試裝置及方法。

背景技術

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。施加溫度作用是降低土體含水量的有效手段，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。在以往確定蒸發強度時，主要考慮自然環境溫度作用。本裝置可用于探明黃土蒸發過程中水分場的變化情況，可對不同較高溫度下土壤蒸發水分場變化進行測試，為后期研究黃土地區的水分遷移問題確定方法。

目前蒸發多模擬的是非飽和黃土地表淺層蒸發以及自然狀態下的蒸發，但目前對不同溫度土體深層蒸發的研究較少，但實際工程中地熱井、地源熱泵、以及可燃冰開采以及高溫基坑加固等都涉及到深層土壤中水分蒸發的問題以及高溫作用下水分遷移問題，開展高溫作用下土壤蒸發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。

目前測試蒸發時水分場變化過程的方法是在蒸發過程中的各個測試時間節點，打開設計的蒸發模型裝置，在土體上相應位置上挖孔掏土采用烘干機烘干法進行含水量的測試，再將掏空部分補齊，關閉蒸發裝置繼續進行實驗。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，對不同溫度下研究蒸發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蒸發水分場變化測試裝置及方法，該方法在盡量不擾動土體的初始結構狀態的同時進行蒸發式過程中水分場變化過程的測量。最終揭示施加不同較高溫度作用下土壤蒸發水分場的變化規律。裝置拆卸較為方便，不易產生變形，且使用材料環保經濟。

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蒸發水分場變化測試裝置，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。

進一步,所述蒸發裝置包括絕緣隔熱U型槽、保溫隔熱材料和U型槽蓋板，絕緣隔熱U型槽前側面插入預留槽孔的U型槽蓋板，土樣放置在絕緣隔熱U型槽內，保溫隔熱材料包裹絕緣隔熱U型槽和U型槽蓋板。

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

進一步,所述防變形約束裝置包括螺桿和上下水平連接在螺桿上的圍框，圍框套在保溫隔熱材料外周上。