本发明专利技术公开了一种黄土水分迁移规律室内模拟系统，包括室内模拟系统箱体、黄土水分迁移规律特征参数测量系统、试验数据采集及控制器、冷热一体机、降雨模拟系统和地质模型系统；降雨模拟系统包括降雨槽、圆形降雨孔、降雨槽内压力控制管和进水管；地质模型系统包括底座、地质模型槽、经纬格栅板、陶土板和多个串联的半导体加热制冷片；黄土水分迁移规律特征参数测量系统包括土壤温度及含水率测量系统、降雨径流量测量系统和降雨出渗量测量系统；本发明专利技术还公开了一种黄土水分迁移规律特征参数测定方法。本发明专利技术使用操作方便，功能完备，为进一步研究降雨条件下黄土水分迁移规律提供了途径，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种黄土水分迀移规律室内模拟系统及 特征参数测定方法。
技术介绍
黄土在我国分布广泛，主要分布在北炜30~49度，东经101~114度之间的北 方几个省区，总面积大约有63万平方公里，同时这些区域存在不同程度的季节性冻融。由 于地表的黄土大面积暴露于大气中，受到诸如温度、辐射、蒸发、降水、边坡的阴阳坡等外界 因素的影响，以及在季节冻融区冻融过程会引起黄土的水分迀移和水分重分布，加剧黄土 中水分的聚积，同时冻融过程会引发黄土土体结构发生变化，强度降低、变形增大，这会加 剧黄土的湿陷变形。当然，含水量的增大不仅降低黄土的强度，而且导致了一系列病害的发 生，如在路基工程出现沉陷、波浪、纵裂、水沟失稳等病害；水利工程出现冻胀、塌岸、砌体开 裂等病害；市政工程出现沉陷、网裂等病害；在建筑工程中出现基坑边坡失稳，基坑支护结 构破坏等病害；降水使黄土边坡体的水量分布发生变化并导致坡体滑动等病害。重视和应 用黄土在冻融循环过程中水分迀移与分布的特性规律在新世纪黄土力学特性和应用的研 究中占据重要的地位。因此对进行黄土在冻融循环过程中水分迀移问题的研究，具有重要 的理论和实践意义。目前，许多学者对黄土的水分迀移进行了大量的研究，但对黄土在冻融 循环过程中水分迀移机理阐述地还不透彻。现有技术中还没有能够方便地在室内进行黄土 水分迀移规律模拟的系统，也不能很好地在室内进行黄土水分迀移规律特征参数的测定。
技术实现思路
本专利技术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、为进一步研究降雨条件下黄土水分迀移规律 提供了可行的黄土水分迀移规律室内模拟系统。 为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种黄土水分迀移规律室内模 拟系统，其特征在于：包括室内模拟系统箱体、黄土水分迀移规律特征参数测量系统和试验 数据采集及控制器，以及设置在室内模拟系统箱体内部的冷热一体机、降雨模拟系统和地 质模型系统； 所述降雨模拟系统包括嵌入安装在室内模拟系统箱体顶部的降雨槽和设置在降 雨槽底部的圆形降雨孔，所述降雨槽的顶部设置有降雨槽内压力控制管和与外部水源连接 的进水管，所述进水管上设置有进水电磁阀、进水水栗和用于对降雨量进行实时检测的第 一流量传感器，所述降雨槽内压力控制管上设置有压力控制电磁阀和压力传感器，所述降 雨槽内压力控制管的端部连接有空气压缩机，所述降雨槽的顶部内壁上设置有用于对降雨 槽的水位进行实时检测的水位传感器，所述降雨孔的直径为0. 5mm~Imm ; 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炜格栅板，所述 经炜格栅板上设置有多个出水孔洞，所述经炜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，所述试验土样 内埋设有多个串联的用于对试验土样进行加热或制冷的半导体加热制冷片； 所述黄土水分迀移规律特征参数测量系统包括土壤温度及含水率测量系统、降雨 径流量测量系统和降雨出渗量测量系统，所述土壤温度及含水率测量系统包括分多层埋设 在试验土样内的多个土壤温湿度传感器，每层所述土壤温湿度传感器的数量均为多个，各 层中多个所述土壤温湿度传感器呈正方形网格均匀布设，多层中相邻两层的多个所述土壤 温湿度传感器均按相等间距上下相对布设；所述降雨径流量测量系统包括降雨径流量测量 量杯和设置在地质模型槽侧面的多个降雨径流量测量孔，以及连接在所述降雨径流量测量 孔上的降雨径流量测量分管和与降雨径流量测量分管连接并接入降雨径流量测量量杯内 的降雨径流量测量总管；所述降雨出渗量测量系统包括降雨出渗量测量量杯和设置在地质 模型槽底面上的多个降雨出渗量测量孔，以及连接在所述降雨出渗量测量孔上的降雨出渗 量测量分管和与降雨出渗量测量分管连接并接入降雨出渗量测量量杯内的降雨出渗量测 量总管；所述降雨径流量测量总管上设置有用于对未渗入试验土样内的水流量进行实时检 测的第二流量传感器； 所述试验数据采集及控制器包括微控制器和与微控制器相接且用于与计算机连 接的串口通信电路，所述微控制器的输入端接有按键操作电路，所述微控制器的输出端接 有液晶显示器、用于驱动进水电磁阀的第一电磁阀驱动器、用于驱动压力控制电磁阀的第 二电磁阀驱动器、用于对进水水栗的通断电进行控制的第一继电器、用于对空气压缩机的 通断电进行控制的第二继电器和用于驱动控制多个串联的半导体加热制冷片的加热制冷 驱动控制电路，所述进水电磁阀与第一电磁阀驱动器的输出端连接，所述压力控制电磁阀 与第二电磁阀驱动器的输出端连接，所述第一继电器串联在进水水栗的供电回路中，所述 第二继电器串联在空气压缩机的供电回路中，所述半导体加热制冷片与加热制冷驱动控制 电路的输出端连接，所述第一流量传感器、水位传感器、压力传感器、第二流量传感器和多 个土壤温湿度传感器均与微控制器的输入端连接。 上述的黄土水分迀移规律室内模拟系统，其特征在于：所述降雨槽的侧壁上设置 有雨量刻度。 上述的黄土水分迀移规律室内模拟系统，其特征在于：各层中多个所述土壤温湿 度传感器呈ImX Im的正方形网格均匀布设，多层中相邻两层的多个所述土壤温湿度传感 器均按〇. 5m的相等间距上下相对布设。 上述的黄土水分迀移规律室内模拟系统，其特征在于：所述加热制冷驱动控制电 路包括光耦隔离芯片TLP521-1、运算放大器芯片TL084、继电器Kl、三极管Ql、二极管Dl、电 阻Rl和电阻R10,所述光耦隔离芯片TLP521-1的第1引脚与+5V电源的输出端连接，所述 光耦隔离芯片TLP521-1的第2引脚与电阻Rl的一端连接，所述电阻Rl的另一端为加热制 冷驱动控制电路的第一输入端IN1，所述光耦隔离芯片TLP521-1的第4引脚与+12V电源的 输出端连接，所述运算放大器芯片TL084的第3引脚通过串联的电阻R3和电阻R2与光耦 隔离芯片TLP521-1的第4引脚连接，且通过电阻R4接地，所述光耦隔离芯片TLP521-1的 第3引脚与电阻R3和电阻R2的连接端相接，所述运算放大器芯片TL084的第2引脚通过 电阻R5接地，且通过电阻R7与运算放大器芯片TL084的第1引脚相接，所述运算放大器芯 片TL084的第5引脚通过电阻R6与运算放大器芯片TL084的第1引脚相接，所述运算放大 器芯片TL084的第6引脚通过电阻R9与运算放大器芯片TL084的第7引脚相接，且通过电 阻R8接地；所述继电器Kl的线圈的一端和二极管Dl的阴极均与+12V电源的输出端连接， 所述继电器Kl的线圈的另一端和二极管Dl的阳极均与三极管Ql的集电极相接，所述继电 器Kl的常开触点与所述运算放大器芯片TL084的第7引脚相接，所述继电器Kl的常闭触 点与所述运算放大器芯片TL084的第1引脚相接，所述继电器Kl的公共触点为加热制冷驱 动控制电路的输出端OUT，所述三极管Ql的发射极接地，所述三极管Ql的基极与电阻RlO 的一端相接，所述电阻RlO的另一端为加热制冷驱动控制电路的第二输入端IN2 ;所述加热 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种黄土水分迁移规律室内模拟系统，其特征在于：包括室内模拟系统箱体(1)、黄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(13)，以及设置在室内模拟系统箱体(1)内部的冷热一体机(7)、降雨模拟系统和地质模型系统；所述降雨模拟系统包括嵌入安装在室内模拟系统箱体(1)顶部的降雨槽(2‑4)和设置在降雨槽(2‑4)底部的圆形降雨孔(2‑3)，所述降雨槽(2‑4)的顶部设置有降雨槽内压力控制管(2‑1)和与外部水源连接的进水管(2‑2)，所述进水管(2‑2)上设置有进水电磁阀(2‑5)、进水水泵(2‑6)和用于对降雨量进行实时检测的第一流量传感器(2‑11)，所述降雨槽内压力控制管(2‑1)上设置有压力控制电磁阀(2‑7)和压力传感器(2‑8)，所述降雨槽内压力控制管(2‑1)的端部连接有空气压缩机(2‑9)，所述降雨槽(2‑4)的顶部内壁上设置有用于对降雨槽(2‑4)的水位进行实时检测的水位传感器(2‑10)，所述降雨孔(2‑3)的直径为0.5mm～1mm；所述地质模型系统包括底座(6)和通过多个千斤顶(5)支撑安装在底座(6)上的地质模型槽(4)，所述地质模型槽(4)的底部设置有用于在地质模型槽(4)内底部形成储水空间的经纬格栅板(4‑2)，所述经纬格栅板(4‑2)上设置有多个出水孔洞，所述经纬格栅板(4‑2)的顶部设置有陶土板(4‑3)，所述陶土板(4‑3)的四周边沿均与地质模型槽(4)内壁粘接，所述陶土板(4‑3)的顶部用于放置试验土样(4‑1)，所述试验土样(4‑1)内埋设有多个串联的用于对试验土样(4‑1)进行加热或制冷的半导体加热制冷片(4‑4)；所述黄土水分迁移规律特征参数测量系统包括土壤温度及含水率测量系统、降雨径流量测量系统和降雨出渗量测量系统，所述土壤温度及含水率测量系统包括分多层埋设在试验土样(4‑1)内的多个土壤温湿度传感器(33)，每层所述土壤温湿度传感器(33)的数量均为多个，各层中多个所述土壤温湿度传感器(33)呈正方形网格均匀布设，多层中相邻两层的多个所述土壤温湿度传感器(33)均按相等间距上下相对布设；所述降雨径流量测量系统包括降雨径流量测量量杯(11)和设置在地质模型槽(4)侧面的多个降雨径流量测量孔，以及连接在所述降雨径流量测量孔上的降雨径流量测量分管(10‑1)和与降雨径流量测量分管(10‑1)连接并接入降雨径流量测量量杯(11)内的降雨径流量测量总管(10‑2)；所述降雨出渗量测量系统包括降雨出渗量测量量杯(12)和设置在地质模型槽(4)底面上的多个降雨出渗量测量孔，以及连接在所述降雨出渗量测量孔上的降雨出渗量测量分管(10‑3)和与降雨出渗量测量分管(10‑3)连接并接入降雨出渗量测量量杯(12)内的降雨出渗量测量总管(10‑4)；所述降雨径流量测量总管(10‑2)上设置有用于对未渗入试验土样(4‑1)内的水流量进行实时检测的第二流量传感器(9)；所述试验数据采集及控制器(13)包括微控制器(13‑1)和与微控制器(13‑1)相接且用于与计算机(8)连接的串口通信电路(13‑2)，所述微控制器(13‑1)的输入端接有按键操作电路(13‑3)，所述微控制器(13‑1)的输出端接有液晶显示器(13‑5)、用于驱动进水电磁阀(2‑5)的第一电磁阀驱动器(13‑4)、用于驱动压力控制电磁阀(2‑7)的第二电磁阀驱动器(13‑7)、用于对进水水泵(2‑6)的通断电进行控制的第一继电器(13‑6)、用于对空气压缩机(2‑9)的通断电进行控制的第二继电器(13‑8)和用于驱动控制多个串联的半导体加热制冷片(4‑4)的加热制冷驱动控制电路(13‑9)，所述进水电磁阀(2‑5)与第一电磁阀驱动器(13‑4)的输出端连接，所述压力控制电磁阀(2‑7)与第二电磁阀驱动器(13‑7)的输出端连接，所述第一继电器(13‑6)串联在进水水泵(2‑6)的供电回路中，所述第二继电器(13‑8)串联在空气压缩机(2‑9)的供电回路中，所述半导体加热制冷片(4‑4)与加热制冷驱动控制电路(13‑9)的输出端连接，所述第一流量传感器(2‑11)、水位传感器(2‑10)、压力传感器(2‑8)、第二流量传感器(9)和多个土壤温湿度传感器(33)均与微控制器(13‑1)的输入端连接。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：毛正君，魏荣誉，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。