[发明专利]土体温度梯度水分移动试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土工程测量装置，特别是一种温度梯度水分移动试验装置，属于岩土工程测量仪器制造技术领域。

背景技术

温度对非饱和土的水力、力学性质的影响是不可忽略的。温度的变化引起非饱和土含水率变化，以及应力场、位移场的分布变化。高放射性核废料深层地质处置工程中，作为缓冲/回填材料的非饱和膨润土受到来自于核废料持续衰变产生的温度荷载作用；地下电缆埋设过程中，电缆附近的土体由于电缆的长时间通电发热温度逐渐升高。温度的变化引起热源附近的非饱和土中的吸力、含水量等发生变化，进而引起非饱和土热-水-力特性的改变。因此，设计开发一种可以模拟温度梯度作用下土体中水分移动的试验装置是十分有必要的。

该试验仪器的温度边界控制是关键的部分。目前，温度控制系统有“电阻丝加热”和“水浴加热”等方法，前者对土体加热不均，且温度不易控制。用“水浴”法加热时，加热水槽中的水分易蒸发，需经常向水槽中注水保持水位不变。确定某一温度下含水量的方法，目前较多采用的是钻孔取样然后烘干称重法，这种方法不能得到实时条件下土体的含水量。另外一种为切片取土烘干法，这种方法对土样也有一定程度的扰动，切片后土样与试样箱内壁贴合问题以及试样箱的密封性问题都会影响试样箱内水分的传导，影响含水量量测结果。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种土体温度梯度水分移动试验装置，可以量测实时条件下土体的温度和含水量，得到土体不同位置处温度及含水量的变化规律，模拟温度梯度作用下土体中水分传输的过程。该仪器设计简便、轻巧，操作方便，一体性好，测试精度高。

为达到上述发明目的，解决现有技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种温度梯度水分移动试验装置，包括试样室、温度梯度控制装置和温度、含水量采集装置。试样室由有机玻璃套筒和上下盖板组成。套筒为双层中空夹层结构，分为内套筒和外套筒，内外套筒之间放置隔热保温布，内套筒和外套筒侧面设有一竖排5个小圆孔放置传感器，上下盖板与套筒通过螺栓紧固件组成一体。温度梯度控制装置分为下端高温控制装置和上端低温控制装置，温控装置包括恒温水浴箱、放置于试样室内部的加热室、置于试样两端的传热板以及全密闭循环管道。恒温水浴箱采用温度控制器设定预期目标温度。温度、含水量采集装置采用土体水分温度测试装置，能够检测土体的含水量和温度，水分测量采用频域反射原理（TDR），温度测量采用接触式硅半导体传感方式，包括传感器探头和数据采集装置。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的实质性特点和优点：

这种温度梯度水分移动试验装置，试样底端设有高温温控装置，在试样顶部还加设了低温温控装置，使试样顶部的温度更加精确，不随空气温度的变化而变化，这样能更精准的控制试样两端的温度梯度。第二，现有的恒温控制系统通常采用水浴箱加热，这种加热方式，水分蒸发快，需在水浴箱上方加防水布遮盖。并需要经常向水浴箱中加水，保持试样室浸水深度不变。本发明中的温控装置恒温水浴箱不直接接触试样室，通过全密闭循环管道将恒定温度的水传输至加热室，不会有水分蒸发问题。第三，试样室的套筒为双层中空夹层结构，内外套筒之间放置隔热布，更好的保证试样室内的温度，避免了隔热保温布置于试样室内部直接接触试样，产生贴合不紧密的问题。第四，采用土体水分温度测试装置不仅可以实时量测土体的温度，还可以实时量测土体的含水量，快速准确，避免了钻孔取样及切片取样测含水量的方法对试样的扰动及滞后性问题。

这种温度梯度水分移动试验装置，构造简单，设计轻巧，操作方便，一体化性能好，测试精度高。

附图说明

图1是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的结构示意图。

图2是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的内套筒立体图。

图3是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的内套筒沿1-1截面剖视图。

图4是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的内套筒沿2-2截面剖视图。

图5是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的上盖板俯视图。

图6是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的上盖板仰视图。

图7是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的上盖板剖视图。

图8是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的下盖板剖视图。

图9是本发明土体温度梯度水分移动试验装置的加热板剖视图。

具体实施方式

本发明的优选的实施例结合附图详述如下： 

实施例一：