[发明专利]室内冻土水分迁移规律模拟系统及特征参数测定方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种室内冻土水分迁移规律模拟系统及特征参数测定方法。

背景技术

根据土体处于冻结状态的持续时间不同，冻土可分为季节冻土和多年冻土。冻土是广泛分布在地球表层的一种低温地质体，而且冻土区有丰富的土地、森林和矿藏资源，它的存在及其演变对人类的生存环境、生产活动和可持续发展具有重要影响。

目前冻土(包括已冻土和正冻土)中的水分迁移，已被视为土体冻结作用中的一个核心问题，分别被列入了土木工程、农业和地质等学科的科学原理之一，并作为土壤科学、环境科学、建筑学和地理学中的一个重要研究课题，受到世界上许多国家的重视。

土的冻结，引起水分向正冻区运动、并试图以冰的形式充填这个区域。在低压缩性土体中这些冰体通常排列成与等温线相平行的透镜状。在高压缩性土体中，通常呈交错的冰脉在三维空间构成网状。由于土体表面温度的降低，未冻结之前的土体中的能量平衡被打破，除了引起水分的迁移之外，也引起土中温度的重新分布，并产生土中盐分的浓度梯度，同时盐分也重新分布，从而导致空间全新的固液汽组合状态。

由此可见，冻土水分迁移规律的研究至关重要。目前，人们开展了大量的有关于降雨入渗的课题研究，而对于降雪之后发生的冻土水分迁移规律的研究还处于初级阶段。由于降雨入渗与降雪之后发生的冻土水分迁移规律存在较大差别，具体表现在以下几个方面：①入渗的温度不同，降雪之后发生的冻土水分迁移发生在低温环境下，而降雨入渗则在常温进行；②入渗影响因素不同，降雪之后发生的冻土水分迁移主要因素是温度，而降雨入渗则不是；③发生入渗的机理不同，降雪之后发生的冻土水分迁移的入渗机理更为复杂，研究难度更大，而降雨入渗相比较为简单。现有技术中还没有能够方便地在室内进行冻土水分迁移规律模拟的系统，也不能很好地在室内进行冻土水分迁移规律特征参数的测定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种结构紧凑、设计新颖合理、实现方便、使用操作方便、为进一步研究降雪条件下冻土水分迁移规律提供了可行的室内冻土水分迁移规律模拟系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种室内冻土水分迁移规律模拟系统，其特征在于：包括模拟系统箱体、冻土水分迁移规律特征参数测量系统和试验数据采集及控制器，以及设置在模拟系统箱体内部的冷热一体机、降雪模拟系统、地质模型系统和太阳辐射热模拟系统；

所述降雪模拟系统包括嵌入安装在模拟系统箱体顶部的降雪槽、设置在降雪槽内的固定支架和嵌入安装在固定支架上的多个降雪点模拟机构，每个所述降雪点模拟机构均包括顶部和底部均敞口设置的储冰筒以及设置在储冰筒顶部的启封盖，所述储冰筒的底部设置有十字支撑杆，所述十字支撑杆的中心安装有降雪电机，所述降雪电机的输出轴上固定连接有旋转切冰刀，所述启封盖的内底面上连接有冰块防转杆，所述冰块防转杆上套装有用于将冰块压紧在旋转切冰刀上的压力弹簧，所述冰块防转杆横截面的形状为矩形，所述冰块上开有供冰块防转杆穿入且与冰块防转杆紧密配合的柱状孔；所述降雪槽的底部安装有用于振动降落旋转切冰刀切落的雪花的振动筛；多个储冰筒中的任意一个储冰筒的顶部安装有超声波测距传感器；

所述地质模型系统包括底座和通过多个千斤顶支撑安装在底座上的地质模型槽，所述地质模型槽的底部设置有用于在地质模型槽内底部形成储水空间的经纬格栅板，所述经纬格栅板上设置有多个出水孔洞，所述经纬格栅板的顶部设置有陶土板，所述陶土板的四周边沿均与地质模型槽内壁粘接，所述陶土板的顶部用于放置试验土样；

所述太阳辐射热模拟系统包括用于模拟太阳光照的电热管、用于带动电热管在模拟系统箱体内前后运动的电热管前后运动机构和用于带动电热管在模拟系统箱体内左右运动的电热管左右运动机构，所述电热管设置在所述地质模型系统与所述降雪模拟系统之间，所述电热管的旁侧设置有用于对电热管的加热温度进行实时检测的电热管温度传感器；