[实用新型]一种利用“锅盖效应”的水汽补充对比实验装置

说明书

本实用新型公开一种利用“锅盖效应”的水汽补充对比实验装置。本实用新型包括土体试验模块和水汽补充模块，所述土体试验模块与水汽补充模块相连，所述土体试验模块上安装有土体控温模块，所述土体控温模块包括上导温盘和下导温盘，所述上导温盘安装于土体控温模块顶部，下导温盘安装于土体控温模块底部；所述土体试验模块还连接有土样数据采集模块。本实用新型采用减压阀门和气源瓶组合可为土体快速补充水汽，并利用pF‑meter土壤基质势传感器，可得出土体水汽密度分布情况；分离装置可使多组试验同时进行，具有减少试验变量干扰，缩短试验时间等优点。

技术领域

本实用新型属于岩土工程中非饱和土水分迁移技术领，具体地说是一种利用“锅盖效应”的水汽补充对比实验装置。

背景技术

冻土地区大面积覆盖工程的修建显著改变了冻土水热交换边界，覆盖层的存在阻隔了活动层及下伏冻土与大气之间的水分交换，且黑色覆盖层易吸收较多的热量，形成“聚热效应”。覆盖层下部土体在温差和覆盖的共同作用下，向上迁移的水分受阻聚集，导致土体含水量增大甚至饱和，即为“锅盖效应”。“锅盖效应”多发生在地下水位低、地下水毛细作用向上输水范围有限的寒旱地区，土体中水分一般来源于温差效应和覆盖效应共同作用引起的水汽迁移，水汽在覆盖层处受阻冷凝形成水分聚集，导致上层土含水率持续增加，土体强度逐渐降低，严重地可引发土体翻浆、冻胀融沉等严重工程灾害。

目前冻融循环下水分迁移模拟装置主要存在以下缺点：

现有的水分迁移模拟装置主要分为液态水补充装置和气态水补充装置。“锅盖效应”研究对象主要为气态水迁移，而现有气态水补充多依赖于自由蒸发过程，试验时间过长，水汽补充量不足。同时，现有试验过程中水汽迁移规律和分布情况不明确，无法有效说明“锅盖效应”的形成机理。

现有水分迁移模拟装置对空气流动研究不足。土体是由水、气体、固体颗粒组成的三相分散体系，空气对土体性质有很大影响，现有研究多从水、固体颗粒入手，对于空气流动影响的研究明显不足。

现有的水分迁移模拟装置试验周期过长，对比实验过程中变量无法精确控制。现有试验的土样容器为单个容器，进行冻融循环试验的试验周期较长，进行不同变量的对比试验时，需要花费大量时间且每次实验过程中人为因素的干扰更大，不利于实验结果的准确性。

专利(申请号为201710164663.0)申请了一种“锅盖效应”试验仪，包括盛装非饱和土试样的土样容器部分，与土样顶部连接并控制其温度的上部控温部分，为土样补充水气并控制土样底部温度的下部控温补水部分，土样温度含水率监测部分，此装置可为土体补充气态水，但是补充方式主要为自由蒸发，试验周期较长，且实验中没有考虑空气流动因素影响。

专利(申请号为CN201510074655.8)申请了一种研究土体在冻融循环作用下土体冻胀变形的装置，此装置能有效测量土体冻胀变形情况，但补水方式为液态水补充，无法模拟“锅盖效应”中水汽迁移的变化过程。

因此，设计一种能够快速补充水汽并测量水汽分布的“锅盖效应”试验仪，成为我们需要迫切解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种利用“锅盖效应”的水汽补充对比实验装置，在主动补充水汽的情况下，同时进行空气流动和不流动的对比试验，缩短试验周期，为研究土体“锅盖效应”的水汽迁移规律提供便利。

为实现上述目的，本实用新型所述一种利用“锅盖效应”的水汽补充对比实验装置，包括土体试验模块和水汽补充模块，所述土体试验模块与水汽补充模块相连，所述土体试验模块上安装有土体控温模块，所述土体控温模块包括上导温盘和下导温盘，所述上导温盘安装于土体控温模块顶部，下导温盘安装于土体控温模块底部；所述土体试验模块还连接有土样数据采集模块；

所述土体试验模块主要包括土样容器，所述土样容器为中空的罐体，所述土样容器中安装有多孔板将中空的罐体分隔为顶部腔体和底部腔体；所述顶部腔体中安装有中央分隔装置；