[发明专利]模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的方法和装置

说明书

本发明公开了模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的装置，试验发生容器的底部通过透水板底座与底座盛水容器相连通，底座盛水容器两侧分别与排水容器相和液压活塞供水管道一端连接，试验发生容器的上部内壁设置有冷气出口，试验发生容器内还设置有温度‑湿度计、降雨漏斗和高清防雾摄像机，透水板底座上设置有带刻度观水管。本发明还公开了模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的方法，本发明可以通过简单的控制同时模拟一定温度、湿度、降水等条件下的复杂工况，且能够实时测定土样中温度、含水率、土表裂隙变化。

技术领域

本发明涉及岩土工程、环境科学和工程领域，具体涉及模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的方法，还涉及模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的装置，适用但不限于测试各种类型的膨胀土、红黏土、黄土、冻土在多种物理场耦合作用下的温度、含水率、胀缩变形、裂隙率等的变化。

背景技术

近年来，极端气候频发，对道路路基、建筑物基础、土体边坡稳定性产生一定恶劣影响。传统的只考虑冬季低温冻害对土体物理力学性质影响的研究逐渐不满足现在恶劣气候变化的需求。考虑到冬季特殊的气候环境，以及冻雨的特殊性质，拟发明一种模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的方法和装置。在该装置中，可以根据实验需要，提供一定的温度、降雨、地下水补给等外部环境，同时安装含水率-温度测量装置、电子位移计、高清防雾摄像机、冷冻压缩机、数据采集器等，可以在该装置内开展大气降水、地下水位升降、冻融循环等多种工况下的模拟实验。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的方法，还涉及模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的装置。可提供不同降雨强度、降雨间隔时长、低温环境、冻融循环次数、地下水位波动等复杂外部环境条件，还可以监测温度、含水率、膨胀收缩变形随外部环境的变化规律。设计结构简单、操作简便、实用性强，可以模拟极端气候条件下的多种工况对土体物理力学性质的影响，具有广泛的应用前景。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

模拟土体在复杂环境条件下胀缩和水分迁移的装置，包括试验发生容器，试验发生容器的底部通过透水板底座与底座盛水容器相连通，底座盛水容器一侧通过底部排水通道止水阀门与排水容器相连接，底座盛水容器另一侧与液压活塞供水管道一端相连接，液压活塞供水管道另一端竖直朝上开口且设置有液压活塞，液压活塞供水管道上设置有第一止水阀门，

试验发生容器的上部内壁设置有冷气出口，冷气出口通过冷气输入管道与冷冻压缩机连接，

试验发生容器的上部内壁还设置有温度-湿度计，

试验发生容器内的上部设置有降雨漏斗，降雨漏斗通过降雨进水管道与带刻度水箱的底部连接，降雨进水管道上设置有降雨强度控制阀门，带刻度水箱的中部设置有第二止水阀门，

试验发生容器的上部内壁还设置有自由伸缩杆15，自由伸缩杆上固定有高清防雾摄像机，

透水板底座上设置有与底座盛水容器相连通的带刻度观水管。

橡皮膜包裹在试验土样周向外壁，试验土样顶部和底部裸露不被橡皮膜包裹，试验土样底部设置在透水板底座上，试验土样底部和透水板底座之间设置有滤纸或透水石。

所述的试验发生容器的底部设置有垂直光滑金属杆，试验土样的顶部设置有自由升降板，自由升降板平放于试验土样顶表面，垂直光滑金属杆穿过自由升降板上开设的贯穿孔，垂直光滑金属杆的顶部设置有用于检测自由升降板的升降位移的垂向电子位移计。

如上所述的试验土样不同的水平高度布设有含水率-温度传感器，试验土样水平径向方向布置径向电子位移计。

如上所述的垂向电子位移计、径向电子位移计和含水率-温度传感器分别与数据储存器连接，数据储存器与数据处理计算机连接。