[实用新型]温度场控制下的寒区地下水运移模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型属于一种试验模拟装置，是一种温度场控制下的寒区地下水运移模拟装置，可有效模拟寒区土壤在温度及有降水条件下地下水的运移情况，同时可以监测不同温度背景下或不同降水强度下，寒区土体冻融过程中的土壤水分、土壤温度和导热系数等要素的变化。

背景技术

近年来全球气候变化较为明显，尤其是温度与降水的变化，这对于寒区冻土造成巨大影响；寒区冻土与土壤水及地下水运移有着密切关系，冻土变化会引起冻结层上水及冻结层下水运移的变化。寒区陆面产生反复的冻结和融化，改变了土体的内部结构，这对于寒区土物理力学性质造成很大的影响，在寒区进行工程建设时需要考虑它们的影响。目前，国内模拟寒区冻融试验的装置多为各高校和科研单位根据需求而研制的。西安科技大学、中国寒区旱区环境与工程研究所等研发的冻融循环模拟装置，考虑因素比较单一，未能全面研究温度变化及降水变化对寒区地下水运移的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是研究在温度变化下以及降水变化下的寒区冻土内地下水运移情况。

本实用新型所采用的技术方案是，一种温度场控制下的寒区地下水运移模拟装置，是由承载保温箱、制冷设备A、加热设备、排水口、制冷设备B、 5TM传感器、制冷压缩机A、电源插头、笔记本电脑、EM50监测器、导线孔、电源插头、制冷压缩机B、温度控制器、温控器感应探头、花洒喷头组成。其特征在于本模拟装置包括土样承载系统、温度控制系统、降水模拟系统、数据监测系统四部分；土样承载系统作为模拟装置的土样载体，将土壤装于其中，可以起到一个保温作用；温度控制系统置于土样承载系统的内部，可以调节模拟装置箱体内部的温度，用来模拟寒区天然气温变化；降水模拟系统置于承载保温箱外，采用花洒喷头；其中土样承载系统包括承载保温箱，箱体内壁衬有保温材料，保持箱内温度恒定，承载箱底部设有供多余水排放的排水口，箱壁设有导线孔；温度控制系统包括制冷设备A与加热设备，二者置于表层土内，并与温度控制器相连，分别接有电源插头，可控制箱体内表层土样的温度，温控器感应探头置于表层土内，监测表层土样温度；箱体底部的制冷设备B与制冷压缩机A相连，打开后可以模拟寒区多年冻土的存在；数据监测系统包括5TM 传感器和EM50监测器，将5TM传感器置于箱体土样内，通过导线连接EM50 监测器，EM50监测器又与笔记本电脑相连。

还包括为保温设计的承载保温箱箱盖，可以保持箱体内的温度恒定。

承载保温箱箱盖可以取下。

本实用新型的优点：本装置通过将制冷设备与加热设备相结合，对土样进行循环加热制冷，能够模拟多次冻融循环。温度控制器能实时准确地监控土样温度，提高了装置的精确度。

本实用新型增添了降水模拟系统，并且箱底有多年冻土模拟装置，更贴切的模拟了寒区的实际自然条件。

本实用新型将监测器与笔记本电脑相连，实时监测土样内部各土层水分、温度、导热系数，更好的监测寒区地下水运移与温度降水变化的关系。

附图说明

图1是本实用新型温度场控制下的寒区地下水运移模拟装置示意图： 1-承载保温箱，2-制冷设备A，3-加热设备，4-排水口，5-制冷设备B，6-5TM 传感器，7-制冷压缩机A，8-电源插头，9-笔记本电脑，10-EM50监测器，11- 导线孔，12-电源插头，13-制冷压缩机B，14-温度控制器，15-温控器感应探头， 16-花洒喷头。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型温度场控制下的寒区地下水运移模拟装置示意图：1-承载保温箱，2-制冷设备A，3-加热设备，4-排水口，5-制冷设备B， 6-5TM传感器，7-制冷压缩机A，8-电源插头，9-笔记本电脑，10-EM50监测器， 11-导线孔，12-电源插头，13-制冷压缩机B，14-温度控制器，15-温控器感应探头，16-花洒喷头。

本实用新型温度场控制下的寒区地下水运移模拟装置的工作原理：

通过调节温控系统以及降水系统，模拟全球气候变化对冻土变化的影响，监控系统来观测冻土变化影响下地下水运移的情况。

本实用新型温度场控制下的寒区地下水运移模拟装置的操作步骤是：

将承载保温箱1内装满试验区取回的土样，根据取样的埋藏深度分层放置于箱内，将5TM传感器6放置于各层土样之中，通过导线连接外部的EM50监测器10，EM50监测器10又与笔记本电脑9相连。底部土样中埋藏有制冷设备B 5，通过连接制冷压缩机A 7，使箱体底部得到制冷效果，模拟寒区多年冻土的环境。箱体表层土样埋有制冷设备A 2与加热设备3，通过导线与外部温度控制器14 相连，温控器感应探头15置于表层土中，实时监测表层土的温度。实验时，通过温度控制系统来调节表层土的温度，使其升温或者降温，达到冻融循环的效果。箱体内壁衬有泡沫等具有保温功能的材料，能够保证箱体内部温度稳定，当表层土体达到预定温度，温度控制器14自动断开，这时利用笔记本电脑9记录固定时段的各种数据的波动，例如土壤水分、土壤温度和导热系数等要素，来监测地下水运移的情况。当实验需要模拟自然条件下的降水时，通过控制花洒16出水量的多少及强度，来精确模拟自然界降水。箱体底部设有排水管4，能够将箱体多余水分排出。