[實用新型]一種分層控溫土壤凍融循環試驗裝置

有效

• 申請號: 201220171683.3
• 申請日: 2012-04-20
• 公開（公告）號: CN202562912U
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 王升忠;常征;許林書;周長蓉
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 吳江東

技術領域

?本實用新型涉及監測儀器領域，尤其涉及一種分層控溫土壤凍融循環試驗裝置。

背景技術

1.土壤的凍融是一個非常復雜的過程，它伴隨物理、物理化學、力學的現象和子過程，最主要的包括水分、熱量的傳輸、水分相變和鹽分的積聚過程。據統計，全球陸地面積70%存在凍土，其中14%為永久凍土，56%為季節凍土；我國是世界上第三凍土大國，其中多年凍土分布面積為2.068×106km2，占我國國土面積21.5%，節性凍土分布面積很廣，為5.137×106km2，占我國國土面積的53.5%，兩者合計約占全國總面積的3/4左右。?????2.凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質，凍融過程中伴隨著水分和鹽分的積聚，進而造成季節性凍土產生凍脹和融沉現象，并對凍土區的修筑工程和道橋工程造成一定程度的破壞，凍脹問題嚴重困擾著嚴寒地區凍土地基上構筑物的使用情況，文獻資料表明，凍脹破壞使凍土區公路壽命縮短50%，且大大增加了養護費用。?????3.凍融條件下土壤物理特性的變化特征的研究是凍土工程、凍土農業、陸地水循環等領域的重要內容。其研究主要是通過室內模擬和室外定點監測兩種途徑得以實現，又由于室外監測費用較高，重復性差，因此國內對凍土物理性質的測定大多選用室內模擬的方式進行。?????4.現有國內凍融試驗裝置具有如下特征，首先是裝置功能較單一，很多凍土試驗裝置只能測定一個或兩個指標，如楊植棟發明的《一種人工凍土溫度場測量裝置》，主要用于人工凍土溫度場測試。劉寒冰教授發明的專利《凍融循環下路基材料力學參數測試試驗機》介紹的試驗裝置主要對動載荷下凍融過程中路基材料動力特征參數、凍脹量的進行測定，并沒考慮水分補給等外部條件。中國礦業大學岳豐田教授發明的《一種土體凍脹測量儀》介紹的測試裝置能同時對土體溫度和凍脹量進行監測，并沒有對影響凍脹量的主要因子——水分遷移進行監測。其次是裝置大多不能很好的模擬土壤野外凍結過程，有的研究單位直接將土柱放入冰箱，土壤從四周向中心凍結，與實際野外自上而下的降溫過程不符。有的試驗裝置土柱過細，土柱直徑還不到10cm，管壁有外向內影響土壤凍結過程，也與野外實際存在很大差異。第三是沒有補水裝置，季節性凍土區的凍融土壤很大一部分受到地下水的影響，在凍結過程中水分通過毛細作用在土體內產生位移，從而增加了凍脹融沉的幅度，不考慮水分補給的封閉系統試驗并不能很好的反映凍融過程中水分在土體中補給和遷移過程。第四是環境控制系統容積偏小，只能用體積較小的擾動土進行試驗，降低了試驗的模擬精度。

發明內容

本實用新型針對現有技術存在的上述不足，提供新型的一種分層控溫土壤凍融循環試驗裝置，目的在于客服了現有凍融循環試驗裝置的缺點和不足，設計了既能對大塊原狀土壤進行控溫、控濕、補水控制，又能實現多種物理參數、指標同時測量的試驗裝置。進而滿足凍土工程、凍土生態、凍土農業等領域的試驗要求。?本實用新型采用分層控溫土壤凍融循環試驗裝置能完成如下試驗：?????開放（補水）、封閉條件下凍融循環試驗過程中土壤溫度場、濕度場分布及凍脹量的監測；?????不同初始溫度、變溫幅度、變溫頻率條件下土壤溫度場、濕度場分布及凍脹量的監測；?????原狀土、擾動土（直徑小于19cm，高度小于60cm）凍融循環過程中溫度場、濕度場分布及凍脹量的監測；

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現：

一種分層控溫土壤凍融循環試驗裝置，包括土壤試樣筒、環境溫度控制系統、土壤水分監測系統、土壤溫度監測系統、土壤變形監測系統和補水系統：?????所述土壤試樣筒為兩個半圓柱圍合而成的圓筒，上部設有頂蓋，下部設有底座，底座設有小孔，土壤試樣筒內裝有待測土壤；

所述環境溫度控制系統為分層控溫土壤凍融試驗箱，包括試驗機箱體、保溫材料、箱內溫度控制器、壓縮機、冷凝器、制冷線圈、排風扇、土樣升降架，所述試驗機箱體下部設有土樣升降架，右側設有控制面板及電源開關，所述試驗機箱體內設有保溫材料，所述試驗機箱體內用隔板分為上、中、下三個室，試驗機箱體底部和隔板中心位置均設有圓洞，所述圓洞直徑與所述土壤試樣筒直徑相對應，所述試驗機箱體內設有箱內溫度控制器、制冷線圈，機體右側下端設有壓縮機、壓力表、溫度數據顯示表，上端設有排風扇、所述排風扇上設有儲液罐和冷凝器，所述壓縮機分別與壓力表、排風扇、溫度數據顯示表連接，所述溫度數據顯示表分別與儲液罐、箱內溫度控制器、制冷線圈連接；