[发明专利]一种冻土渗透特性直接测量实验系统

说明书

一种冻土渗透特性直接测量实验系统，涉及冻土测量领域。本发明为了解决对饱和冻土渗透特性的直接测量。技术要点：测量段，用于试样冻土渗透特性的测量；渐变段，用于将土壤颗粒间隙中的水分温度降低到测量温度下；温控系统，用于保持测量段恒定温度，并且保证渐变段温度梯度变化；入口定压系统，用于保证入口流体压力恒定；流量测量系统，用于测量渗透流体流量。冻土渗透特性的测量通过渐变段和测量段相连接的方式，解决了过低温流体难以注入问题，使得冻土的直接测量得到可行性。渐变段采用高、低温温控盘管相间缠绕的方法，使得渐变段的温度梯度可控性增强。入口定压系统，可以根据实验要求灵活调节不同的入口压力。

技术领域

本发明涉及冻土测量领域，具体涉及一种冻土渗透特性直接测量实验系统。

背景技术

当饱和土壤冻结时，土壤中仍然会存在部分未冻结水分，引起此现象的原因有：(1)土壤颗粒与冰之间的分子相互作用力，当土壤颗粒与冰层之间的间隙减小到一定程度时，土壤颗粒与冰之间由于分子间的斥力会使土壤颗粒与冰层之间维持一定的间隙，(2)冰水界面张力的影响，在界面张力的作用下，冰水界面的吉布斯自由能会增加。未冻结水分的存在，在一定程度上为冻土的渗透提供了流动通道。在寒冷地区，气候的变化会引起冻土水热迁移现象，从而很大程度上对铺筑高级路面的道路或砂石路面及其附属构造物、隧道、挡土墙、人行道和坡面等造成较大的破坏。而冻土的渗透特性是冻土水热迁移关键因素，因此有必要对冻土的渗透特性进行测量研究。现阶段冻土渗透特性的测量均采用间接测量的方法，然而间接测量方法由于流动介质的不同会存在一定的偏差。为了更准确的测量冻土的渗透特性，有必要开发一种冻土渗透特性直接测量系统。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种冻土渗透特性直接测量实验系统，以解决对饱和冻土渗透特性的直接测量的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案:

本发明提供一种冻土渗透特性直接测量实验系统，所述冻土渗透特性直接测量实验系统包括：测量段，用于试样冻土渗透特性的测量；渐变段，用于将土壤颗粒间隙中的水分温度降低到测量温度下；温控系统，用于保持测量段恒定温度，并且保证渐变段温度梯度变化；入口定压系统，用于保证入口流体压力恒定；流量测量系统，用于测量渗透流体流量。

所述测量段由试样筒、温控盘管及保温棉组成，将测量试样土壤装入试样筒中，对试样土进行渗透特性测量；将温控盘管缠绕于试样筒上，用于提供测量段的恒定壁温；将保温棉覆盖于整个测量段，用于保温。

所述渐变段由试样筒、低温温控盘管、高温温控盘管及保温棉组成，将与测量段相同的试样土壤装入试样筒中，对试样土进行渐变降温；将低温温控盘管及高温温控盘管相间缠绕于试样筒上，低温温控盘管中的流体与高温温控盘管中的流体流向相反，用于提供渐变段渐变温度；将保温棉覆盖于整个测量段，用于保温。

所述温控系统采用低温恒温水浴的方式控制温控盘管中流体流动温度保持测量段恒定温度，所述温控系统采用高精度高温恒温水浴及低温恒温水浴的方式分别控制温控盘管中流体流动温度以保证渐变段温度梯度变化；

所述流量测量系统包括量杯及高精度电子称，对渗透流体进行实时质量测量，从而间接测量流体流量。

所述入口定压系统包括压缩机、恒压罐、高精度压力控制开关及储液罐，运行过程中压缩机持续对恒压罐压缩空气，通过高精度压力控制开关控制恒压罐中的压力，将恒压灌与储液罐相连，从而将储液罐中的流体以恒定的压力压入试样筒内。

测量段试样筒和渐变段试样筒内径相同且二者一体成形设置。

所述系统还包括入口密封盖、出口密封盖；所述入口定压系统与渐变段试样筒的入口端通过入口密封盖及管道相连接；所述流量测量系统与测量段试样筒的出口端通过出口密封盖及软管相连接。

测量段试样筒和渐变段试样筒水平设置。

本发明的有益效果如下：