冻融条件下土体水汽迁移追踪装置及追踪试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种冻融条件下土体水汽迁移追踪装置及试验方法，属于岩土测量技术领域，包括透明样筒、马氏瓶、马氏瓶影像记录机构、图像追踪机构、紫光照明机构和冷浴机构，透明样筒、马氏瓶、马氏瓶影像记录机构、图像追踪机构和紫光照明机构均设置于环境温控模拟箱内；透明样筒的上端设有顶盖，下端设有底座；底座的上方设有隔断层；透明样筒上沿高度方向设有多个温度传感器和多个水分传感器；顶盖上设有位移计。本发明专利技术提供的水汽迁移追踪装置及追踪试验方法，能够解决现有技术中存在的无法研究水汽迁移规律、可视性差、试验误差较大的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
冻融条件下土体水汽迁移追踪装置及追踪试验方法
本专利技术属于岩土测量
，更具体地说，是涉及一种冻融条件下土体水汽迁移追踪装置及利用该装置进行水汽追踪试验方法。
技术介绍
近些年来，我国在季节性冻土区兴建了大量的高速铁路。工程实践经验表明，粗颗粒填料路基依然会发生一定程度的冻胀。从水分迁移的机制着手，全面揭示其冻胀变形机理，可以为季节性冻土区高铁路基的稳定性预测与运营维护提供理论依据。而粗粒土中的水分迁移，分为水汽迁移和液态水迁移两种迁移方式，其中水汽迁移在粗粒土路基中造成的影响不容小觑。传统冻胀试验装置无法分别研究液态水和气态水的迁移规律，从而无法真正揭示粗粒土中水分迁移的机制。由于粗粒土和细粒土的结构不同，粗粒土中的水分迁移更有可能与气态水有很大的关系。从气态水的角度研究水分迁移的机制，更能有效揭示寒区路基发生冻胀破坏的原因，从而可为解决高铁路基冻胀问题提出新的防冻胀措施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冻融条件下土体水汽迁移追踪装置，以解决现有技术中存在的无法研究水汽迁移规律、可视性差、试验误差较大的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：提供一种冻融条件下土体水汽迁移追踪装置，包括：透明样筒，用于盛放土体，所述透明样筒的上端设有与所述透明样筒滑动配合的顶盖，下端设有用于密封的底座；所述底座的上方且位于所述透明样筒内设有用于阻隔水进入土体的隔断层，所述隔断层上设有用于水汽通过的小孔；所述透明样筒上沿高度方向设有多个用于检测土体温度的温度传感器和多个用于检测土体水分的水分传感器；所述顶盖上设有用于检测土体冻胀量的位移计；马氏瓶，通过穿过所述底座的管路与所述透明样筒连通，用于向所述透明样筒内补水；马氏瓶影像记录机构，靠近所述马氏瓶设置，用于记录所述马氏瓶中水位变化影像；图像追踪机构，与图像采集处理终端通讯相连，用于追踪所述透明样筒内水汽的变化；紫光照明机构，靠近所述透明样筒设置，用于显示所述图像追踪机构追踪的水汽；冷浴机构，包括设于所述顶盖内的上循环盘管和设于所述底座内的下循环盘管，所述上循环盘管和所述下循环盘管均通过管路与外部控温机构相连，用于对土体进行冻结或融化；环境温控模拟箱，所述透明样筒、所述马氏瓶、所述马氏瓶影像记录机构、所述图像追踪机构和所述紫光照明机构均设置于所述环境温控模拟箱内，用于提供土体环境温度。进一步地，多个所述温度传感器沿所述透明样筒的高度方向均匀分布，且多个所述温度传感器相连后形成的直线与所述透明样筒的中心线形成小于90度的夹角。进一步地，多个所述水分传感器沿所述透明样筒的高度方向均匀分布，且多个所述水分传感器相连后形成的直线与多个所述温度传感器相连后形成的直线平行。进一步地，所述隔断层包括与所述透明样筒的内壁密封相连的套环和安装于所述套环内且均匀设有若干个所述小孔的隔水板，所述小孔的直径小于等于1mm。进一步地，所述紫光照明机构包括支架和多个安装于所述支架上的紫光灯，所述支架上设置有多个用于安装所述紫光灯的紫光灯卡位。进一步地，所述支架包括底板和两个垂直设于所述底板的立板，两个所述立板上沿其高度方向均匀设有多个所述紫光灯卡位，所述紫光灯卡位均设于所述立板的内侧。进一步地，所述紫光照明机构位于所述透明样筒和所述图像追踪机构之间。进一步地，所述图像追踪机构包括相机和用于支撑所述相机的机架，所述机架上且位于所述相机的下方设有补光灯。进一步地，所述顶盖的上方设有用于保持所述透明样筒内部温度的保温层。本专利技术提供的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置的有益效果在于：本专利技术利用隔断层隔绝外界液态水，只允许气态水通过进入土体，从而保证研究对象为气态水；用三种不同的传感器监测土体水分、温度和冻胀量动态变化，同时利用图像追踪机构对透明样筒中各层面土体冻融过程中水汽和液态水的动态迁移过程进行时时监测并定时采集图像；利用紫光照明机构稳定紫光光源，使得图像追踪机构很容易捕捉从马氏瓶进入土体中的水汽，利用马氏瓶影像记录机构记录马氏瓶中水位变化影像，通过对图像进行二值化处理，得到水汽迁移在整个水分迁移过程中所占比重，以及不同条件下水汽迁移的迁移速率、迁移路径、迁移量等参数，通过分析总结冻融过程中水气迁移的规律，为分析寒区高速铁路路基的冻胀机理提供必要的技术保证。本专利技术的目的在于提供一种冻融条件下土体水汽迁移追踪试验方法，利用上述的追踪装置，包括：土体放入环境温控模拟箱中，密封静置t小时；示踪剂按照一定的比例溶于水中并倒入马氏瓶中；待土体中水分均匀且达到预定温度后，将土体分层倒入放置有隔断层的透明样筒内，并在透明样筒上安装水分传感器和温度传感器；盖上顶盖，在顶盖上安装位移计，并设置保温层；利用冷浴机构对土体进行冷冻；利用马氏瓶对土体进行补水，并开启马氏瓶影像记录机构对马氏瓶中的水分变化情况进行实时记录；开启紫光照明机构及图像追踪机构对试样自动采集图像；冻结完成后，再利用冷浴机构对土体进行融化；水汽迁移追踪试验结束后，拆除顶盖，对土体进行分层含水量测定。本专利技术提供的冻融条件下土体水汽迁移追踪试验方法的有益效果在于：由于采用了上述的追踪装置，能够得到水汽迁移在整个水分迁移过程中所占比重，以及不同条件下水汽迁移的迁移速率、迁移路径、迁移量等参数，通过分析总结冻融过程中水气迁移的规律，为分析寒区高速铁路路基的冻胀机理提供必要的技术保证。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置中透明样筒的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置中套环的剖视结构示意图；图4为图3的俯视结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置中隔水板的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置中紫光照明机构的支架的结构示意图。其中，图中各附图标记：101-透明样筒；102-顶盖；103-底座；201-保温层；301-隔断层；401-马氏瓶；501-冷浴机构；601-环境温控模拟箱；701-图像追踪机构；702-马氏瓶影像记录机构；711-补光灯卡位；721-相机；801-位移计卡位；802-温度传感器通道；803-水分传感器通道；901-紫光照明机构；911-紫光灯卡位；311-套环；321-隔水板。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.冻融条件下土体水汽迁移追踪装置，其特征在于，包括：透明样筒，用于盛放土体，所述透明样筒的上端设有与所述透明样筒滑动配合的顶盖，下端设有用于密封的底座；所述底座的上方且位于所述透明样筒内设有用于阻隔水进入土体的隔断层，所述隔断层上设有用于水汽通过的小孔；所述透明样筒上沿高度方向设有多个用于检测土体温度的温度传感器和多个用于检测土体水分的水分传感器；所述顶盖上设有用于检测土体冻胀量的位移计；马氏瓶，通过穿过所述底座的管路与所述透明样筒连通，用于向所述透明样筒内补水；马氏瓶影像记录机构，靠近所述马氏瓶设置，用于记录所述马氏瓶中水位变化影像；图像追踪机构，与图像采集处理终端通讯相连，用于追踪所述透明样筒内水汽的变化；紫光照明机构，靠近所述透明样筒设置，用于显示所述图像追踪机构追踪的水汽；冷浴机构，包括设于所述顶盖内的上循环盘管和设于所述底座内的下循环盘管，所述上循环盘管和所述下循环盘管均通过管路与外部控温机构相连，用于对土体进行冻结或融化；环境温控模拟箱，所述透明样筒、所述马氏瓶、所述马氏瓶影像记录机构、所述图像追踪机构和所述紫光照明机构均设置于所述环境温控模拟箱内，用于提供土体环境温度。

【技术特征摘要】
1.冻融条件下土体水汽迁移追踪装置，其特征在于，包括：透明样筒，用于盛放土体，所述透明样筒的上端设有与所述透明样筒滑动配合的顶盖，下端设有用于密封的底座；所述底座的上方且位于所述透明样筒内设有用于阻隔水进入土体的隔断层，所述隔断层上设有用于水汽通过的小孔；所述透明样筒上沿高度方向设有多个用于检测土体温度的温度传感器和多个用于检测土体水分的水分传感器；所述顶盖上设有用于检测土体冻胀量的位移计；马氏瓶，通过穿过所述底座的管路与所述透明样筒连通，用于向所述透明样筒内补水；马氏瓶影像记录机构，靠近所述马氏瓶设置，用于记录所述马氏瓶中水位变化影像；图像追踪机构，与图像采集处理终端通讯相连，用于追踪所述透明样筒内水汽的变化；紫光照明机构，靠近所述透明样筒设置，用于显示所述图像追踪机构追踪的水汽；冷浴机构，包括设于所述顶盖内的上循环盘管和设于所述底座内的下循环盘管，所述上循环盘管和所述下循环盘管均通过管路与外部控温机构相连，用于对土体进行冻结或融化；环境温控模拟箱，所述透明样筒、所述马氏瓶、所述马氏瓶影像记录机构、所述图像追踪机构和所述紫光照明机构均设置于所述环境温控模拟箱内，用于提供土体环境温度。2.如权利要求1所述的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置，其特征在于：多个所述温度传感器沿所述透明样筒的高度方向均匀分布，且多个所述温度传感器相连后形成的直线与所述透明样筒的中心线形成小于90度的夹角。3.如权利要求2所述的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置，其特征在于：多个所述水分传感器沿所述透明样筒的高度方向均匀分布，且多个所述水分传感器相连后形成的直线与多个所述温度传感器相连后形成的直线平行。4.如权利要求1所述的冻融条件下土体水汽迁移追踪装置，其特征在于：所述隔断层包括与所述透明样筒的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉芝，王天亮，程博远，温安，王海永，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北,13