[发明专利]可模拟冻土区地下水热效应及渗流效应的装置及方法

权利要求书

1.可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，该装置包括集成温控系统、水量控制系统、工程塑料水箱、双通道复合碳化硅管道组件、冻土区土层模拟系统和温度传感系统；

所述集成温控系统，用以控制水路管道内水流的温度；

所述水量控制系统，用以控制工程塑料水箱内的水流入双通道复合碳化硅管道内的量和速度；

所述工程塑料水箱，用以存放试验用的水；

所述双通道复合碳化硅管道组件，是水流的通道，其一部分埋入冻土层，埋入冻土层的双通道复合碳化硅管道上开有能将水渗透入土层的小孔；

所述冻土层模拟系统，是试验用冻土层及其应变测量、温度测量装置；

所述温度传感系统，是用以测量地下水温度、土层温度的试验装置。

2.根据权利要求1所述的可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，所述集成温控系统与水量控制系统的配合，对循环水流进行精准控制，可实现恒温、定速的水流输出。

3.根据权利要求2所述的可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，所述水量控制系统包括水量传感器、PID智能调节仪和电动比例调节阀，可以精准地控制水流流速。

4.根据权利要求2所述的可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，所述集成温控系统包括加热控流系统、工程塑料水箱、水泵、管道连接件、球型转换阀门、双通道复合碳化硅管道、通水管、连接线、温度仪和温度传感器。

5.根据权利要求4所述的可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，所述加热控流系统采用微波加热方式，具有加热均匀、加热效率高的特点，可实现温度升降的快速、准确控制。

6.根据权利要求1所述的可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，所述双通道复合碳化管道数目可以为多个，可实现同时进行多个冻土区地层模拟部位的试验，通过组合管道可适应各种大小的冻土区地层模拟装置；管道之间可以组合连接，可使该设备满足各种大小的冻土区地层模拟装置。

7.根据权利要求6所述的可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，所述双通道复合碳化硅管道为内外两层管壁构成，双通道复合碳化硅管道内壁布置热敏电阻，是为了在进行热效应与渗流效应共同作用的试验的过程中，可观察管内水的温度是否符合要求；

双通道复合碳化硅管道外壁布置热敏电阻，是为了在进行热效应试验的过程中，可观察管外壁的温度是否符合要求。

8.根据权利要求7所述的可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，所述双通道复合碳化硅管道壁均匀螺旋分布渗水孔，再用精密特级滤网包裹渗水孔，渗水孔采用螺旋式环绕均匀分布，使其可以更好的模拟水流流入土体的实际状况。

9.根据权利要求6所述的可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应装置，其特征在于，所述双通道复合碳化硅管道口采用三个小球连接的球阀式阀门，通过调节球形阀门来转换水流路径，实现内管道注水可模拟冻土区地下水的热效应与渗流效应的耦合作用，可简单有效的控制水流输入双通道复合管道的位置，方便热效应试验与热效应与渗流效应耦合作用试验地相互转换。

10.可模拟冻土区地下水热效应与渗流效应方法，其特征在于，具体包括：

步骤1：根据试验要求组装双通道复合碳化硅管道，将其埋入冻土区土层模拟系统中的预定位置；

步骤2：使用连接器连接集成温控系统、水量控制系统、工程塑料水箱、双通道复合碳化硅管道组件、冻土区土层模拟系统、温度传感系统；

步骤3：根据试验种类选择不同的球型阀门开关；

步骤4：打开水流控制系统开关，设定温度和流速；

步骤5：打开温度仪开关，使其可以观察到土内管壁内外的温度变化；

步骤6：打开水泵开关，使水从水箱中输入到加热系统中，使水流输入到双通道复合管道中；

步骤7：进行模拟试验，记录相关数据。