[发明专利]一种土壤水热耦合运移试验装置及方法

权利要求书

1.一种土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，包括第一恒温水箱(1)、第一水泵(3)、第一金属加热箱(5)、第二恒温水箱(2)、第二水泵(4)、第二金属加热箱(6)、绝热模型槽(7)、摄像头(16)、防变形夹紧装置(8)、计算机(15)及数据采集仪(14)；

第一恒温水箱(1)通过第一水泵(3)与第一金属加热箱(5)相连通，第二恒温水箱(2)通过第二水泵(4)与第二金属加热箱(6)相连通，绝热模型槽(7)位于第一金属加热箱(5)与第二金属加热箱(6)之间，待试验土体位于绝热模型槽(7)内，防变形夹紧装置(8)夹持于绝热模型槽(7)上，绝热模型槽(7)的顶部开口处设置有盖板，且待试验土体内沿轴向埋设有若干水分传感器(10)及第一温度传感器(9)，待试验土体一端的端面与第一金属加热箱(5)的侧面相贴紧，待试验土体另一端的端面与第二金属加热箱(6)的侧面相贴紧，摄像头(16)正对绝热模型槽(7)，摄像头(16)与计算机(15)相连接，计算机(15)通过数据采集仪(14)与各水分传感器(10)及各第一温度传感器(9)相连接。

2.根据权利要求1所述的土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，绝热模型槽(7)的内壁上粘贴有塑料薄膜。

3.根据权利要求1所述的土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，螺纹钢(12)穿过第一金属加热箱(5)经绝热模型槽(7)的外侧后再穿过第二金属加热箱(6)将第一金属加热箱(5)及第二金属加热箱(6)拉紧贴紧于待试验土体的两端面上。

4.根据权利要求3所述的土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，螺纹钢(12)的端部与第一金属加热箱(5)及第二金属加热箱(6)之间均通过第一螺母(22)及]形钻孔钢片(13)相连接。

5.根据权利要求1所述的土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，第一水泵(3)与第一恒温水箱(1)及第一金属加热箱(5)之间以及第二水泵(4)与第一恒温水箱(1)及第二金属加热箱(6)之间均通过水管(17)相连通，其中，第一恒温水箱(1)与其相连通的水管(17)之间、第二恒温水箱(2)与其相连通的水管(17)之间、第一金属加热箱(5)与其相连通的水管(17)之间以及第二金属加热箱(6)与其相连通的水管(17)之间均通过变径接头(19)、防水胶布及卡扣(20)相连通。

6.根据权利要求1所述的土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，第一金属加热箱(5)上与待试验土体相接触的侧面上以及第二金属加热箱(6)上与待试验土体相接触的侧面上均设置有第二温度传感器，其中，第二温度传感器通过数据采集仪(14)与计算机(15)相连接，第一金属加热箱(5)的其他侧面上及第二金属加热箱(6)的其他侧面上均设置有保温材料层(18)。

7.根据权利要求1所述的土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，第一金属加热箱(5)的高度及第二金属加热箱(6)的高度均大于绝热模型槽(7)的高度。

8.根据权利要求1所述的土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，盖板上开设有钻孔，其中，数据采集仪(14)与第一温度传感器(9)及水分传感器(10)相连接的导线(11)上设置有圆台形的橡胶塞(21)，其中，橡胶塞(21)插入于所述钻孔中将钻孔进行封堵。

9.根据权利要求1所述的土壤水热耦合运移试验装置，其特征在于，所述防变形夹紧装置(8)包括螺杆(26)、第二螺母(25)、垫圈、第一压板、第二压板(23)及夹紧台(27)，其中，夹紧台(27)上设置有滑槽，第一压板固定于夹紧台(27)上，第二压板(23)活动连接于滑槽内，螺杆(26)的一端活动连接于第一压板上，螺杆(26)的另一端穿过第二压板(23)后设置有手柄(24)，第二螺母(25)及垫圈套接于螺杆(26)上，且第二螺母(25)与垫圈位于手柄(24)与第二压板(23)之间，螺杆(26)与第二压板(23)之间组成丝杠螺母机构，绝热模型槽(7)夹持于第一压板与第二压板(23)之间。

10.一种土壤水热耦合运移试验方法，其特征在于，基于权利要求2所述的土壤水热耦合运移试验装置，包括以下步骤：

1)根据土工试验要求配制不同含水量的土样；

2)将绝热模型槽(7)与第一金属加热箱(5)及第二金属加热箱(6)固定并贴近，通过防变形夹紧装置(8)夹持绝热模型槽(7)，再将第一金属加热箱(5)与第一恒温水箱(1)相连通，将第二金属加热箱(6)与第二恒温水箱(2)相连通；

3)在绝热模型槽(7)的内壁上粘贴塑料薄膜，然后将土样倒入绝热模型槽(7)内，并分层填土、击实土样，以形成待试验土体；

4)将第一温度传感器(9)及水分传感器(10)埋入到待试验土体内，再将盖板盖在绝热模型槽(7)的顶部开口处，再静置设定时间；

5)将第一温度传感器(9)及水分传感器(10)通过数据采集仪(14)与计算机(15)相连接，将摄像头(16)与计算机(15)相连接；

6)设定第一恒温水箱(1)及第二恒温水箱(2)内水的温度，再打开第一水泵(3)及第二水泵(4)，通过第一金属加热箱(5)及第二金属加热箱(6)对待试验土体的端面施加不同水平的温度，使得待试验土体内产生温度梯度，进而实现待试验土体内水分的迁移，同时计算机(15)通过第一温度传感器(9)及水分传感器(10)实时检测待试验土体内不同位置处的温度信息及水分含量，直至待试验土体内不同位置处的温度及水分含量稳定为止。