本发明专利技术公开了一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，属于土壤冻结水汽迁移技术领域，包括：试样及供水系统，温度控制系统和数据采集系统；所述温度控制系统与所述试样及供水系统的底部和顶部连接，所述数据采集系统与所述试样及供水系统的试样内部连通，所述试样及供水系统用于储存试样以及提供水，所述温度控制系统用于控制所述试样及供水系统的底部和顶部温度，所述数据采集系统用于对试样进行温度采集，本发明专利技术可以观测在不同的冻结条件下试样的冻结深度，不同高度的温度、含水率的分布规律及初始含水量与实验结束后含水量的关系，进一步明确土体冻结过程中的水汽迁移规律，更好地防控冻土区的道基工程病害。好地防控冻土区的道基工程病害。好地防控冻土区的道基工程病害。
【技术实现步骤摘要】
一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统
[0001]本专利技术属于土壤冻结水汽迁移
，更具体的说是涉及一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统。
技术介绍
[0002]我国冻土分布面积较广，随着经济的发展，越来越多的交通、通讯、能源等基础设施在冻土区进行修建，这些工程建设很大程度改变了表层土的渗流边界，从而带来一系列的工程病害，如:机场、铁路、公路等道面均出现裂缝、产生不均匀沉降现象，严重影响了机场和道路的运营。学者们研究发现，产生此类现象的原因是在不透水覆盖层下，温度梯度会导致水汽向上迁移，使土体顶部的含水率大幅度提高。
[0003]因此，为了探究土壤在冻结作用下的水汽迁移规律，更好地防控冻土区的道基工程病害，有必要设计一套水汽迁移试验系统，在室内复现两类“锅盖效应”，探究各种因素对土壤冻结过程中水汽迁移的影响。
[0004]现有技术中国专利(202011487489.1)公开了一种温度梯度作用下土柱蒸发试验装置及方法，装置结构复杂，过程繁琐，无法观测在不同的冻结条件下试样的冻结深度，不同高度的温度、含水率的分布规律。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，在室内复现两类“锅盖效应”，具有装置简单紧凑的优点，可以观测在不同的冻结条件下试样的冻结深度，不同高度的温度、含水率的分布规律及初始含水量与实验结束后含水量的关系，进一步明确土体冻结过程中的水汽迁移规律，更好地防控冻土区的道基工程病害。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，包括：试样及供水系统，温度控制系统和数据采集系统；所述温度控制系统与所述试样及供水系统的底部和顶部连接，所述数据采集系统与所述试样及供水系统的试样内部连通，所述试样及供水系统用于储存试样以及提供水，所述温度控制系统用于控制所述试样及供水系统的底部和顶部温度，所述数据采集系统用于对试样进行温度采集。
[0008]进一步地，所述试样及供水系统包括土壤装样装置和土壤供水装置，所述土壤供水装置固定在所述土壤装样装置的内侧底部。
[0009]进一步地，所述土壤装样装置包括亚克力圆筒、铝板顶盖和铝板底盖；所述亚克力圆筒顶部安装所述铝板顶盖，所述亚克力圆筒底部安装所述铝板底盖，所述土壤供水装置位于所述亚克力圆筒内，所述铝板底盖的上方。
[0010]进一步地，所述土壤供水装置包括多孔钢板，空心钢筒，马氏瓶和橡塑水管；所述空心钢筒安装在所述土壤装样装置的内侧底部，所述多孔钢板安装在所述空心钢筒的顶部，所述橡塑水管贯穿所述土壤供水装置，一端与所述空心钢筒固定连接，另一端与所述马
氏瓶固定连接。
[0011]进一步地，所述温度控制系统包括顶部温度控制系统和底部温度控制系统；所述顶部温度控制系统与所述试样及供水系统的顶部固定连接，所述底部温度控制系统与所述试样及供水系统的底部固定连接。
[0012]进一步地，所述顶部温度控制系统包括温度控制一号回路和温度控制二号回路；所述温度控制一号回路包括一号半导体制冷片，一号制冷头，一号乙二醇热水管，一号乙二醇水箱，一号冷却风扇，一号乙二醇冷水管；所述一号半导体制冷片与所述试样及供水系统的顶部固定连接，所述一号半导体制冷片与所述一号制冷头固定连接，所述一号乙二醇水箱的出水口，通过所述一号乙二醇冷水管与所述一号制冷头的入水口相连通，所述一号乙二醇水箱的入水口，通过所述一号乙二醇热水管与所述一号制冷头的出水口相连通，所述一号冷却风扇设置在所述一号乙二醇冷水管上；所述温度控制二号回路包括二号半导体制冷片，二号制冷头，二号乙二醇热水管，二号乙二醇水箱，二号冷却风扇，二号乙二醇冷水管；所述二号半导体制冷片与所述试样及供水系统的顶部固定连接，所述二号半导体制冷片与所述二号制冷头固定连接，所述二号乙二醇水箱的出水口，通过所述二号乙二醇冷水管与所述二号制冷头的入水口相连通，所述二号乙二醇水箱的入水口，通过所述二号乙二醇热水管与所述二号制冷头的出水口相连通，所述二号冷却风扇设置在所述二号乙二醇冷水管上。
[0013]进一步地，所述底部温度控制系统包括温度控制三号回路和温度控制四号回路；所述温度控制三号回路包括三号半导体制冷片，三号制冷头，三号乙二醇热水管，三号乙二醇水箱，三号冷却风扇，三号乙二醇冷水管；所述三号半导体制冷片与所述试样及供水系统的底部固定连接，所述三号半导体制冷片与所述三号制冷头固定连接，所述三号乙二醇水箱的出水口，通过所述三号乙二醇冷水管与所述三号制冷头的入水口相连通，所述三号乙二醇水箱的入水口，通过所述三号乙二醇热水管与所述三号制冷头的出水口相连通，所述三号冷却风扇设置在所述三号乙二醇冷水管上；所述温度控制四号回路包括四号半导体制冷片，四号制冷头，四号乙二醇热水管，四号乙二醇水箱，四号冷却风扇，四号乙二醇冷水管；所述四号半导体制冷片与所述试样及供水系统的底部固定连接，所述四号半导体制冷片与所述四号制冷头固定连接，所述四号乙二醇水箱的出水口，通过所述四号乙二醇冷水管与所述四号制冷头的入水口相连通，所述四号乙二醇水箱的入水口，通过所述四号乙二醇热水管与所述四号制冷头的出水口相连通，所述四号冷却风扇设置在所述四号乙二醇冷水管上。
[0014]进一步地，所述数据采集系统包括电脑，数据采集仪，数据采集仪线，一号热阻型传感器，二号热阻型传感器，三号热阻型传感器，四号热阻型传感器，五号热阻型传感器，六号热阻型传感器和七号热阻型传感器；所述一号热阻型传感器，所述二号热阻型传感器，所述三号热阻型传感器，所述四号热阻型传感器，所述五号热阻型传感器，所述六号热阻型传感器和所述七号热阻型传感器从下到上依次设置在试样及供水系统的试样内部，将所述一号热阻型传感器，所述二号热阻型传感器，所述三号热阻型传感器，所述四号热阻型传感器，所述五号热阻型传感器，所述六号热阻型传感器和所述七号热阻型传感器的输出端通过所述数据采集仪线与所述数据采集仪相连，所述数据采集仪与所述电脑电连接。
[0015]进一步地，所述试样及供水系统外围包裹隔热保温棉。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]装置简单紧凑，通过调节马氏瓶的垂直高度便可研究冻土在单向冻结过程中补水边界为接触补水、不接触补水及不补水对水汽迁移的影响，通过设置温度控制系统的范围，便可研究顶部温度为正温、负温、及顶底部温度梯度对水汽迁移的影响。通过调整温度控制系统控制某一温度的时长，便可研究冻结方式为恒温冻结方式及阶梯冻结对水汽迁移的影响，通过控制一号半导体制冷片、二号半导体制冷片、三号半导体制冷片、四号半导体制冷片的制冷时间，便可研究冻结时间对水汽迁移的影响，通过改变装样装置内试样的自身参数，便可研究土质类型、初始含水率、细粒土含量等因素对水汽迁移的影响，可以观测在不同的冻结条件下试样的冻结深度，不同高度的温度、含水率的分布规律及初始含水量与实验结束后含水量的关系，进一步明确土体冻结过程中的水汽迁移规律，更好地防控冻土区的道基工程病害。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，其特征在于，包括：试样及供水系统(1)，温度控制系统和数据采集系统(4)；所述温度控制系统与所述试样及供水系统(1)的底部和顶部连接，所述数据采集系统(4)与所述试样及供水系统(1)的试样内部连通，所述试样及供水系统(1)用于储存试样以及提供水，所述温度控制系统用于控制所述试样及供水系统(1)的底部和顶部温度，所述数据采集系统(4)用于对试样进行温度采集。2.根据权利要求1所述的一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，其特征在于，所述试样及供水系统(1)包括土壤装样装置和土壤供水装置，所述土壤供水装置固定在所述土壤装样装置的内侧底部。3.根据权利要求2所述的一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，其特征在于，所述土壤装样装置包括亚克力圆筒(11)、铝板顶盖(12)和铝板底盖(13)；所述亚克力圆筒(11)顶部安装所述铝板顶盖(12)，所述亚克力圆筒(11)底部安装所述铝板底盖(13)，所述土壤供水装置位于所述亚克力圆筒(11)内，所述铝板底盖(13)的上方。4.根据权利要求2所述的一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，其特征在于，所述土壤供水装置包括多孔钢板(15)，空心钢筒(16)，马氏瓶(17)和橡塑水管(18)；所述空心钢筒(16)安装在所述土壤装样装置的内侧底部，所述多孔钢板(15)安装在所述空心钢筒(16)的顶部，所述橡塑水管(18)贯穿所述土壤供水装置，一端与所述空心钢筒(16)固定连接，另一端与所述马氏瓶(17)固定连接。5.根据权利要求1所述的一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，其特征在于，所述温度控制系统包括顶部温度控制系统(2)和底部温度控制系统(3)；所述顶部温度控制系统(2)与所述试样及供水系统(1)的顶部固定连接，所述底部温度控制系统(3)与所述试样及供水系统(1)的底部固定连接。6.根据权利要求5所述的一种用于土壤单向冻结水汽迁移的试验系统，其特征在于，所述顶部温度控制系统(2)包括温度控制一号回路和温度控制二号回路；所述温度控制一号回路包括一号半导体制冷片(19)，一号制冷头(20)，一号乙二醇热水管(21)，一号乙二醇水箱(22)，一号冷却风扇(23)，一号乙二醇冷水管(24)；所述一号半导体制冷片(19)与所述试样及供水系统(1)的顶部固定连接，所述一号半导体制冷片(19)与所述一号制冷头(20)固定连接，所述一号乙二醇水箱(22)的出水口，通过所述一号乙二醇冷水管(24)与所述一号制冷头(20)的入水口相连通，所述一号乙二醇水箱(22)的入水口，通过所述一号乙二醇热水管(21)与所述一号制冷头(20)的出水口相连通，所述一号冷却风扇(23)设置在所述一号乙二醇冷水管(24)上；所述温度控制二号回路包括二号半导体制冷片(25)，二号制冷头(26)，二号乙二醇热水管(27)，二号乙二醇水箱(28)，二号冷却风扇(29)，二号乙二醇冷水管(30)；所述二号半导体制冷片(25)与所述试样及供水系统(1)的顶部固定连接，所述二号半导体制冷片(25)与所述二号制冷头(26)固定连接，所述二号乙二醇水箱(28)...
【专利技术属性】
技术研发人员：安周建，时天禄，毛帅，李萌，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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