[发明专利]一种土壤水热耦合运移试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种土壤水热耦合运移试验装置及方法，包括第一恒温水箱、第一水泵、第一金属加热箱、第二恒温水箱、第二水泵、第二金属加热箱、绝热模型槽、摄像头、防变形夹紧装置、计算机及数据采集仪，该装置及方法能够实现数据的实时测量，并能够避免电阻丝加热时带来的加热温度不均、温度不易控制的问题，同时避免土样单边加热带来的问题，拆卸较为方便，模型槽不易变形。

技术领域

本发明属于岩土试验设备技术领域，涉及一种土壤水热耦合运移试验装置及方法。

背景技术

温度的变化可引起土壤中的水分迁移，并进一步改变土的性状。在地源热泵能量桩埋设、油气田开采、核废料深埋以及受到气候变化影响的路基工程、水利工程及市政工程等实际工程中都涉及土壤水、热耦合运移问题。因此，开展土壤水热耦合运移试验，研究土壤水热耦合运移规律，对于保证工程稳定性具有重要意义。

在目前的相关试验中，试验装置多采用冻融循环机或自主搭建的试验装置，其中还存在较多问题，主要问题如下：1)冻融循环机可设置的正温温度低，不能支持做高温段的土壤水热耦合运移试验。2)使用冻融循环机做土壤水热耦合运移试验，测量含水量方法有两种：方法一是试验过程中打开试样箱，在土体边部切边取土，用烘干法测含水量，再关闭试验箱继续进行试验；该方法对土体有一定的扰动，实验数据不能实时测量；方法二测量含水量时需同时制多组样，在相同的条件下进行试验，每隔一段时间取出一个试样用烘干法测含水量，最后把多组样的测量结果整合作为一组试样的实验数据，该方法制样工作量大，实验数据不能实时测量。3)现有试验装置采用电阻丝加热法制作热源装置时，可能会出现加热不均匀和温度不易控制的问题。4)现有实验装置只有单边温度控制装置时，不能做考虑相同温度梯度不同温度水平条件下的土壤水热耦合运移试验。5)现有试验装置各部分构成连接性太强时，实验结束卸载试样和养护修理器材时不方便拆卸和安装。6)研究土壤水热耦合运移规律，设置多组不同条件下的相关试验，多次装填击实土样容易造成土体模型槽变形。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种土壤水热耦合运移试验装置及方法，该装置及方法能够实现数据的实时测量，并能够避免电阻丝加热时带来的加热温度不均、温度不易控制的问题，同时避免土样单边加热带来的问题，拆卸较为方便，模型槽不易变形。

为达到上述目的，本发明所述的土壤水热耦合运移试验装置包括第一恒温水箱、第一水泵、第一金属加热箱、第二恒温水箱、第二水泵、第二金属加热箱、绝热模型槽、摄像头、防变形夹紧装置、计算机及数据采集仪；

第一恒温水箱通过第一水泵与第一金属加热箱相连通，第二恒温水箱通过第二水泵与第二金属加热箱相连通，绝热模型槽位于第一金属加热箱与第二金属加热箱之间，待试验土体位于绝热模型槽内，防变形夹紧装置夹持于绝热模型槽上，绝热模型槽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及第一温度传感器，待试验土体一端的端面与第一金属加热箱的侧面相贴紧，待试验土体另一端的端面与第二金属加热箱的侧面相贴紧，摄像头正对绝热模型槽，摄像头与计算机相连接，计算机通过数据采集仪与各水分传感器及各第一温度传感器相连接。

绝热模型槽的内壁上粘贴有塑料薄膜。

螺纹钢穿过第一金属加热箱经绝热模型槽的外侧后再穿过第二金属加热箱将第一金属加热箱及第二金属加热箱拉紧贴紧于待试验土体的两端面上。

螺纹钢的端部与第一金属加热箱及第二金属加热箱之间均通过第一螺母及]形钻孔钢片相连接。

第一水泵与第一恒温水箱及第一金属加热箱之间以及第二水泵与第一恒温水箱及第二金属加热箱之间均通过水管相连通，其中，第一恒温水箱与其相连通的水管之间、第二恒温水箱与其相连通的水管之间、第一金属加热箱与其相连通的水管之间以及第二金属加热箱与其相连通的水管之间均通过变径接头、防水胶布及卡扣相连通。