[发明专利]一种冻土水汽迁移监测装置

说明书

本发明公开了一种冻土水汽迁移监测装置，包括试样本体、温湿调控机构和监测机构；试样本体包括土样、用于放置土样的内筒、套设在内筒外侧的外筒和包裹在外筒外围的保温棉；温湿调控机构包括上控温盘、下控温盘和补水单元，上控温盘放置在内筒中且上控温盘覆盖在土样上方，下控温盘放置在外筒中，且下控温盘与土样底部之间留有隔离层，补水单元包括导水管并通过导水管连接至隔离层；监测机构包括温度传感器、水分传感器、位移计和压力计，温度传感器和水分传感器贯穿内筒和外筒的侧壁向土样内部延伸，位移计和压力计安装在土样上方。本发明的装置能实现对一维温度梯度下冻土水(汽)迁移规律的研究，深入揭示非饱和粗粒土的微冻胀机理。

技术领域

本发明属于土工低温试验领域，具体涉及一种冻土水汽迁移监测装置。

背景技术

截止至2016年底我国高速铁路营业里程达22980公里，客运量占铁路比重的43.4％，然而在北方季冻区有近75％的线路。在寒区高速铁路建设和运营过程中，土壤冻胀会严重影响寒区工程的稳定性，甚至可能造成开裂、滑坡、渗水等工程病害。路基稳定性的研究一直以来都是工程实践和冻土学理论紧密联系的重点科学问题。

在粗粒土较发达的孔隙结构中，由于毛细力引起的液态水迁移较为有限，例如，Miller(1978)的刚性冰模型以及Konrad和Morgenstern(1981)的分凝势理论，但在之前的研究成果中则作为侧重考虑的对象，却忽略了水汽迁移对含水量变化的贡献。粗粒土具有不同于细粒土的结构特征，高速铁路运营平顺性对路基变形的严格要求和浅层粗粒土填料微冻胀区别于传统冻胀的特殊性，是近年来寒区工程的研究热点之一。如何提前预报工程病害，并给出相应的防治措施，离不开对粗粒土微冻胀过程中水汽迁移成冰的正确认识。

目前，针对冻土水汽迁移的研究还没有一套成熟的装置。对于简单的测试最终含水量和变形结果，组装或改进传统冻胀设备，只能勉强满足。但会导致不同的研究结果无法横向比较，对冻胀过程也无法反演分析，严重制约了对微冻胀的认识和寒区工程的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冻土水汽迁移监测装置，该装置能实现对一维温度梯度下冻土水(汽)迁移规律的研究，深入揭示非饱和粗粒土的微冻胀机理，并且多功能、高精度、广适用。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种冻土水汽迁移监测装置，所述冻土水汽迁移监测装置包括试样本体、温湿调控机构和监测机构；

所述试样本体包括土样、用于放置土样的内筒、套设在内筒外侧的外筒和包裹在外筒外围的保温棉；

所述温湿调控机构包括上控温盘、下控温盘和补水单元，所述上控温盘放置在所述内筒中且上控温盘覆盖在土样上方，所述下控温盘放置在所述外筒中，且下控温盘与土样底部之间留有隔离层，所述补水单元包括导水管并通过导水管连接至所述隔离层；

所述监测机构包括温度传感器、水分传感器、位移计和压力计，所述温度传感器和水分传感器贯穿内筒和外筒的侧壁向土样内部延伸，所述位移计和压力计安装在土样上方。

作为优选，所述内筒和外筒的侧壁上设有成对布置的安装孔，各对安装孔包括开设在内筒侧壁上的若干独立孔，以及包括开设在外筒侧壁上的条形孔，所述条形孔与若干独立孔的排布路径相适应，所述温度传感器或水分传感器在使用状态下贯穿独立孔和条形孔后向土样内部延伸。

作为优选，所述内筒和外筒均为两端开口、内部中空的圆柱体，各对安装孔中的若干独立孔沿圆柱体的高度方向排布，所述条形孔沿圆柱体的高度方向延伸，所述条形孔的延伸总长度大于若干独立孔的排布总长度。

作为优选，所述外筒的内径比所述内筒的外径大2～3mm。