一种冻土水汽迁移监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种冻土水汽迁移监测装置，包括试样本体、温湿调控机构和监测机构；试样本体包括土样、用于放置土样的内筒、套设在内筒外侧的外筒和包裹在外筒外围的保温棉；温湿调控机构包括上控温盘、下控温盘和补水单元，上控温盘放置在内筒中且上控温盘覆盖在土样上方，下控温盘放置在外筒中，且下控温盘与土样底部之间留有隔离层，补水单元包括导水管并通过导水管连接至隔离层；监测机构包括温度传感器、水分传感器、位移计和压力计，温度传感器和水分传感器贯穿内筒和外筒的侧壁向土样内部延伸，位移计和压力计安装在土样上方。本发明专利技术的装置能实现对一维温度梯度下冻土水(汽)迁移规律的研究，深入揭示非饱和粗粒土的微冻胀机理。

A Monitoring Device for Water Vapor Migration in Frozen Soil

【技术实现步骤摘要】
一种冻土水汽迁移监测装置
本专利技术属于土工低温试验领域，具体涉及一种冻土水汽迁移监测装置。
技术介绍
截止至2016年底我国高速铁路营业里程达22980公里，客运量占铁路比重的43.4％，然而在北方季冻区有近75％的线路。在寒区高速铁路建设和运营过程中，土壤冻胀会严重影响寒区工程的稳定性，甚至可能造成开裂、滑坡、渗水等工程病害。路基稳定性的研究一直以来都是工程实践和冻土学理论紧密联系的重点科学问题。在粗粒土较发达的孔隙结构中，由于毛细力引起的液态水迁移较为有限，例如，Miller(1978)的刚性冰模型以及Konrad和Morgenstern(1981)的分凝势理论，但在之前的研究成果中则作为侧重考虑的对象，却忽略了水汽迁移对含水量变化的贡献。粗粒土具有不同于细粒土的结构特征，高速铁路运营平顺性对路基变形的严格要求和浅层粗粒土填料微冻胀区别于传统冻胀的特殊性，是近年来寒区工程的研究热点之一。如何提前预报工程病害，并给出相应的防治措施，离不开对粗粒土微冻胀过程中水汽迁移成冰的正确认识。目前，针对冻土水汽迁移的研究还没有一套成熟的装置。对于简单的测试最终含水量和变形结果，组装或改进传统冻胀设备，只能勉强满足。但会导致不同的研究结果无法横向比较，对冻胀过程也无法反演分析，严重制约了对微冻胀的认识和寒区工程的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冻土水汽迁移监测装置，该装置能实现对一维温度梯度下冻土水(汽)迁移规律的研究，深入揭示非饱和粗粒土的微冻胀机理，并且多功能、高精度、广适用。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种冻土水汽迁移监测装置，所述冻土水汽迁移监测装置包括试样本体、温湿调控机构和监测机构；所述试样本体包括土样、用于放置土样的内筒、套设在内筒外侧的外筒和包裹在外筒外围的保温棉；所述温湿调控机构包括上控温盘、下控温盘和补水单元，所述上控温盘放置在所述内筒中且上控温盘覆盖在土样上方，所述下控温盘放置在所述外筒中，且下控温盘与土样底部之间留有隔离层，所述补水单元包括导水管并通过导水管连接至所述隔离层；所述监测机构包括温度传感器、水分传感器、位移计和压力计，所述温度传感器和水分传感器贯穿内筒和外筒的侧壁向土样内部延伸，所述位移计和压力计安装在土样上方。作为优选，所述内筒和外筒的侧壁上设有成对布置的安装孔，各对安装孔包括开设在内筒侧壁上的若干独立孔，以及包括开设在外筒侧壁上的条形孔，所述条形孔与若干独立孔的排布路径相适应，所述温度传感器或水分传感器在使用状态下贯穿独立孔和条形孔后向土样内部延伸。作为优选，所述内筒和外筒均为两端开口、内部中空的圆柱体，各对安装孔中的若干独立孔沿圆柱体的高度方向排布，所述条形孔沿圆柱体的高度方向延伸，所述条形孔的延伸总长度大于若干独立孔的排布总长度。作为优选，所述外筒的内径比所述内筒的外径大2～3mm。作为优选，所述上控温盘的侧壁与所述内筒的内壁贴靠，所述上控温盘包括叠置固定的第一上碟和第一下碟，且第一上碟和第一下碟的叠置部位安装有盘管，所述盘管连接有冷浴软管，所述第一上碟上设有螺纹孔，所述螺纹孔连接有监测平台，所述位移计或压力计的安装方位与所述监测平台相适应。作为优选，所述下控温盘的侧壁与所述外筒的内壁贴靠，所述下控温盘包括叠置固定的第二上碟和第二下碟，且第二上碟和第二下碟的叠置部位安装有盘管，所述盘管连接有冷浴软管，所述第二上碟和第二下碟上设有用于避让所述导水管的补水通道。作为优选，所述隔离层的厚度为2cm。作为优选，所述隔离层中放置有透水石或多孔板。作为优选，所述冻土水汽迁移监测装置还包括支撑机构，所述支撑机构包括顶盖、底座、顶板和底板；所述顶盖连接在所述外筒的顶部，所述底座连接在所述外筒的底部，所述顶盖和底座之间连接有支架，所述顶盖和底座均包括第一圆环和第二圆环，所述第一圆环的内圆半径小于第二圆环的内圆半径，所述外筒的端面与第一圆环相抵，且所述外筒的侧壁受限于第二圆环。作为优选，所述顶板和底板均为平板，所述底板通过固定柱连接顶板，所述第一圆环与底板之间连接有支撑脚，所述顶板上设有用于连接位移计或压力计的螺纹孔。与现有技术相比，本专利技术提供的冻土水汽迁移监测装置包括以下有益效果：1、试样本体包含两个同心试样筒，内、外筒壁间涂抹凡士林润滑，避免了由于水分积聚成冰而导致上控温盘无法自由移动，影响冻胀量的产生及测量；同时对阻止环境热量沿土样径向传播有着积极的作用。2、在下控温盘与土样底部之间设置隔离层，可根据研究对象(液态水、气态水)分别放置透水石或多孔板，能实现对不同相态水在土样冻结状态下的迁移规律进行研究。3、测量试验主要参数的仪器均采用统一直径，并固定在与其配套的安装板上，可实现一装置多参数的测量试验，具有广泛适用性。4、采用位移计测量冻胀量，通信线与数据采集端实时交互，能对土样冻胀全过程进行捕捉，且在测量精度上也有较大的提升。5、各试验数据(温度、水分、位移、冻胀力)的采集均采用数采仪自动进行，解决了在试验过程中无法正常读数的问题，真正实现了动态化；大大降低了人为工作量；规避了人为读数造成的偶然误差。附图说明图1为本专利技术的试样本体、温湿调控机构和部分支撑机构的剖面图；图2为本专利技术冻土水汽迁移监测装置的结构示意图；图3为本专利技术冻土水汽迁移监测装置的部分结构爆炸图；图4为本专利技术上控温盘和位移计的连接结构示意图；图5为本专利技术补水单元的结构示意图；图6为本专利技术压力计的连接结构示意图。1、冷浴软管；2、水分传感器；3、内筒；4、支架；5、外筒；6、下控温盘；7、第二圆环；8、顶盖；9、上控温盘；10、第一独立孔；11、温度传感器；12、第一条形孔；131、第一螺钉；132、第二螺钉；133、第三螺钉；14、第一圆环；15、支撑脚；16、补水单元；1601、导轨；1602、滑块；1603、马氏瓶量筒；1604、环箍；18、隔离层；19、凹槽；201、位移计通讯线；202、压力计通讯线；21、监测平台；22、保温棉；23、底板；241、第一螺母；242、第二螺母；25、顶板；26、位移计；27、固定柱；281、第一螺纹孔；282、第二螺纹孔；29、循环出入口；30、盘管；311、第一螺纹；312、第二螺纹；32、安装板；33、土样；34、压力计。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本专利技术。如图1、图2所示，一种冻土水汽迁移监测装置，包括试样本体、温湿调控机构和监测机构。本实施例的试样本体包括土样33、内筒3、外筒5和保温棉22。土样33放置在试样内筒3的内部，外筒5套设在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冻土水汽迁移监测装置，其特征在于，所述冻土水汽迁移监测装置包括试样本体、温湿调控机构和监测机构；所述试样本体包括土样、用于放置土样的内筒、套设在内筒外侧的外筒和包裹在外筒外围的保温棉；所述温湿调控机构包括上控温盘、下控温盘和补水单元，所述上控温盘放置在所述内筒中且上控温盘覆盖在土样上方，所述下控温盘放置在所述外筒中，且下控温盘与土样底部之间留有隔离层，所述补水单元包括导水管并通过导水管连接至所述隔离层；所述监测机构包括温度传感器、水分传感器、位移计和压力计，所述温度传感器和水分传感器贯穿内筒和外筒的侧壁向土样内部延伸，所述位移计和压力计安装在土样上方。

【技术特征摘要】
1.一种冻土水汽迁移监测装置，其特征在于，所述冻土水汽迁移监测装置包括试样本体、温湿调控机构和监测机构；所述试样本体包括土样、用于放置土样的内筒、套设在内筒外侧的外筒和包裹在外筒外围的保温棉；所述温湿调控机构包括上控温盘、下控温盘和补水单元，所述上控温盘放置在所述内筒中且上控温盘覆盖在土样上方，所述下控温盘放置在所述外筒中，且下控温盘与土样底部之间留有隔离层，所述补水单元包括导水管并通过导水管连接至所述隔离层；所述监测机构包括温度传感器、水分传感器、位移计和压力计，所述温度传感器和水分传感器贯穿内筒和外筒的侧壁向土样内部延伸，所述位移计和压力计安装在土样上方。2.如权利要求1所述的冻土水汽迁移监测装置，其特征在于，所述内筒和外筒的侧壁上设有成对布置的安装孔，各对安装孔包括开设在内筒侧壁上的若干独立孔，以及包括开设在外筒侧壁上的条形孔，所述条形孔与若干独立孔的排布路径相适应，所述温度传感器或水分传感器在使用状态下贯穿独立孔和条形孔后向土样内部延伸。3.如权利要求2所述的冻土水汽迁移监测装置，其特征在于，所述内筒和外筒均为两端开口、内部中空的圆柱体，各对安装孔中的若干独立孔沿圆柱体的高度方向排布，所述条形孔沿圆柱体的高度方向延伸，所述条形孔的延伸总长度大于若干独立孔的排布总长度。4.如权利要求3所述的冻土水汽迁移监测装置，其特征在于，所述外筒的内径比所述内筒的外径大2～3mm。5.如权利要求1所述的冻土水汽迁移监测装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙斌祥，陈晓，蒋震震，苗佳琪，
申请(专利权)人：绍兴文理学院元培学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33