[实用新型]一种分层控温土壤冻融循环试验装置

说明书

技术领域

 本实用新型涉及监测仪器领域，尤其涉及一种分层控温土壤冻融循环试验装置。

背景技术

1.土壤的冻融是一个非常复杂的过程，它伴随物理、物理化学、力学的现象和子过程，最主要的包括水分、热量的传输、水分相变和盐分的积聚过程。据统计，全球陆地面积70%存在冻土，其中14%为永久冻土，56%为季节冻土；我国是世界上第三冻土大国，其中多年冻土分布面积为2.068×106km2，占我国国土面积21.5%，节性冻土分布面积很广，为5.137×106km2，占我国国土面积的53.5%，两者合计约占全国总面积的3/4左右。     2.冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，冻融过程中伴随着水分和盐分的积聚，进而造成季节性冻土产生冻胀和融沉现象，并对冻土区的修筑工程和道桥工程造成一定程度的破坏，冻胀问题严重困扰着严寒地区冻土地基上构筑物的使用情况，文献资料表明，冻胀破坏使冻土区公路寿命缩短50%，且大大增加了养护费用。     3.冻融条件下土壤物理特性的变化特征的研究是冻土工程、冻土农业、陆地水循环等领域的重要内容。其研究主要是通过室内模拟和室外定点监测两种途径得以实现，又由于室外监测费用较高，重复性差，因此国内对冻土物理性质的测定大多选用室内模拟的方式进行。     4.现有国内冻融试验装置具有如下特征，首先是装置功能较单一，很多冻土试验装置只能测定一个或两个指标，如杨植栋发明的《一种人工冻土温度场测量装置》，主要用于人工冻土温度场测试。刘寒冰教授发明的专利《冻融循环下路基材料力学参数测试试验机》介绍的试验装置主要对动载荷下冻融过程中路基材料动力特征参数、冻胀量的进行测定，并没考虑水分补给等外部条件。中国矿业大学岳丰田教授发明的《一种土体冻胀测量仪》介绍的测试装置能同时对土体温度和冻胀量进行监测，并没有对影响冻胀量的主要因子——水分迁移进行监测。其次是装置大多不能很好的模拟土壤野外冻结过程，有的研究单位直接将土柱放入冰箱，土壤从四周向中心冻结，与实际野外自上而下的降温过程不符。有的试验装置土柱过细，土柱直径还不到10cm，管壁有外向内影响土壤冻结过程，也与野外实际存在很大差异。第三是没有补水装置，季节性冻土区的冻融土壤很大一部分受到地下水的影响，在冻结过程中水分通过毛细作用在土体内产生位移，从而增加了冻胀融沉的幅度，不考虑水分补给的封闭系统试验并不能很好的反映冻融过程中水分在土体中补给和迁移过程。第四是环境控制系统容积偏小，只能用体积较小的扰动土进行试验，降低了试验的模拟精度。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供新型的一种分层控温土壤冻融循环试验装置，目的在于客服了现有冻融循环试验装置的缺点和不足，设计了既能对大块原状土壤进行控温、控湿、补水控制，又能实现多种物理参数、指标同时测量的试验装置。进而满足冻土工程、冻土生态、冻土农业等领域的试验要求。 本实用新型采用分层控温土壤冻融循环试验装置能完成如下试验：     开放（补水）、封闭条件下冻融循环试验过程中土壤温度场、湿度场分布及冻胀量的监测；     不同初始温度、变温幅度、变温频率条件下土壤温度场、湿度场分布及冻胀量的监测；     原状土、扰动土（直径小于19cm，高度小于60cm）冻融循环过程中温度场、湿度场分布及冻胀量的监测；

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种分层控温土壤冻融循环试验装置，包括土壤试样筒、环境温度控制系统、土壤水分监测系统、土壤温度监测系统、土壤变形监测系统和补水系统：     所述土壤试样筒为两个半圆柱围合而成的圆筒，上部设有顶盖，下部设有底座，底座设有小孔，土壤试样筒内装有待测土壤；

所述环境温度控制系统为分层控温土壤冻融试验箱，包括试验机箱体、保温材料、箱内温度控制器、压缩机、冷凝器、制冷线圈、排风扇、土样升降架，所述试验机箱体下部设有土样升降架，右侧设有控制面板及电源开关，所述试验机箱体内设有保温材料，所述试验机箱体内用隔板分为上、中、下三个室，试验机箱体底部和隔板中心位置均设有圆洞，所述圆洞直径与所述土壤试样筒直径相对应，所述试验机箱体内设有箱内温度控制器、制冷线圈，机体右侧下端设有压缩机、压力表、温度数据显示表，上端设有排风扇、所述排风扇上设有储液罐和冷凝器，所述压缩机分别与压力表、排风扇、温度数据显示表连接，所述温度数据显示表分别与储液罐、箱内温度控制器、制冷线圈连接；