一种土壤冻胀及水热迁移耦合可视化实验辅助装置的制作方法

本发明涉及冻土测量领域，具体涉及一种土壤冻胀及水热迁移可视化实验装置。

背景技术：

当土壤上表面温度降低时，土壤表面与土壤内部逐渐形成温度梯度，当上表面温度降低到零摄氏度以下时，土壤由上而下开始逐渐冻结。在温度梯度的驱动下，土壤中水分会逐渐由地底向上迁移并产生热量交换，这种现象称为水热迁移现象。特定的土壤中，当温度降低到一定程度时，土壤中会逐渐产生冰透镜，而冰透镜的形成会引起土壤向上膨胀，这种现象称为土壤冻胀现象。在寒冷地区，气候的变化会引起土壤冻胀及水热迁移现象，从而很大程度上对铺筑高级路面的道路或砂石路面及其附属构造物、隧道、挡土墙、人行道和坡面等造成较大的破坏。现阶段土壤冻胀及水热迁移实验台多数用于研究温度梯度、负载、土壤类型及有无水源所产生的影响，并将土壤的水热迁移与冻胀现象分别进行研究，然而对土壤冻胀及水热迁移的深入研究需要涉及到土壤颗粒具体特性(如颗粒级配分布，土壤颗粒表面亲疏水性等)，同时在土壤冻胀过程中也会伴随着土壤水热的迁移。因此，为了深入的了解土壤冻胀及水热迁移机理，有必要对土壤颗粒具体特性的影响进行深入研究，在研究土壤冻胀的过程同时了解水热迁移规律。其中，可视化试验装置能够实时监控土壤水分成冰分凝图像，广泛应用于土壤冻胀的系统研究，但目前的可视化试验装置大多没有考虑到土壤颗粒具体特性的影响以及土壤冻胀水热迁移的同时测量。

因此，需要提供一种土壤冻胀及水热迁移耦合可视化试验装置，进行室内冻胀及水热迁移的模拟，以解决对土壤冻胀及水热迁移耦合过程的研究。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种土壤冻胀及水热迁移耦合可视化试验装置，以解决目前的可视化试验装置没有考虑到土壤冻胀水热迁移耦合对土壤颗粒具体特性测量影响的问题，从而实现室内冻胀及水热迁移的模拟试验，对土壤冻胀及水热迁移耦合过程的研究。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种土壤冻胀及水热迁移耦合可视化实验辅助装置，所述装置包括试样筒、一组传感器，所述装置还包括滑道、底板、一组滑块，试样筒下端与底板连接，试样筒为用于盛放土壤的透明结构；滑道为用于安装滑块及挡板的透明结构，所述滑道插装于试样筒侧面上，滑道的延伸方向与样筒的轴向相同，在滑道上沿其长度方向设有连通的滑块轨道和挡板轨道，挡板轨道位于试样筒内，挡板用于插装在挡板轨道内，一组滑块叠加安装在在滑块轨道内并可沿滑块轨道移动，滑块用于安装传感器的安装；传感器用于测量在土壤冻胀及水热迁移耦合过程中土壤颗粒具体特性；底板的中部开有多孔用于将土壤与水源相连接的多孔。

进一步地，所述一组滑块包括多个滑块一和一个滑块二。

进一步地，多个滑块一由下至上叠放在滑块二上；在滑块二的一侧面下部设有滑块叠加凸台，滑块二上还设有传感器通孔；滑块一是在滑块二的基础结构上增加滑块叠加外沿和外沿传感器凹槽，在滑块叠加凸台向下的延伸部为滑块叠加外沿，在滑块叠加外沿的端部设有外沿传感器凹槽；相邻两个滑块一上下叠放时，上边滑块一的滑块叠加外沿置于下边滑块一的滑块叠加凸台上。

进一步地，所述试样筒、滑道、滑块和挡板均由高透明有机玻璃制成。

进一步地，在传感器移动时(土壤冻胀时，带动插入土壤中的传感器移动；滑块跟随传感器移动)，一组滑块和滑道能对试样筒内土壤进行密封。

进一步地，底板的上端面设有环状连接部，试样筒下端与环状连接部螺纹连接。

本发明的有益效果如下：

试样筒1与底板5可以通过螺纹相连接，便于土壤的填充及拆卸，同时便于土壤的清理，可以简单实现不同土壤颗粒特性土样的填充及拆卸。特殊设计的滑块3可以提供不同传感器4的安装与布置，根据不同的滑块3尺寸可以提供不同的传感器4的布置间距。滑块3置于滑道6内部可以在滑道内自由移动，因此在土壤冻胀过程中所布置传感器能随土壤的冻胀而移动，从而减少传感器布置所引起的误差。特殊设计的滑块3在随传感器4移动的同时对土壤内部密封。整个装置由高透明有机玻璃构成，可以观察记录土壤内部冰透镜的生长过程。

本发明提供一种土壤冻胀及水热迁移耦合可视化试验装置，其有以下优点：

1.试样筒与底板可以通过螺纹相连接，便于土壤的填充及拆卸，同时便于土壤的清理，可以简单实现不同土壤颗粒特性土样的填充及拆卸。

2.特殊设计的滑块可以提供不同传感器的安装与布置，根据不同的滑块尺寸可以提供不同的传感器布置间距。

3.滑块置于滑道内部可以在滑道内自由移动，因此在土壤冻胀过程中所布置传感器能随土壤的冻胀而移动，从而减少传感器布置所引起的误差。

4.特殊设计的滑块在随传感器移动的同时对土壤内部密封。

5.整个装置由高透明有机玻璃构成，可以观察记录土壤内部冰透镜的生长过程。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出本发明所述装置的整体结构示意图。

图2示出图1中的滑道结构图。

图3示出图1中的中间段滑块结构图。

图4示出图1中的端部滑块结构图。

图5示出图1中的底板的结构图。

图6示出滑块与传感器的安装关系图。

附图标记：1-试样筒；2-滑道；3-滑块；4-传感器；5-底板；6-轨道1；7-轨道2；8-滑块叠加槽道；9-滑块叠加外延；10-传感器槽道；11-滑块叠加外延传感器槽道；12-底板多孔；13-挡板。

具体实施方式

下面结合附图1至6对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提供一种土壤冻胀及水热迁移耦合可视化试验装置的实施方式，图1示出本发明提供一种土壤冻胀及水热迁移耦合可视化试验装置的结构示意图。在本发明中，所述土壤冻胀及水热迁移耦合可视化试验装置包括：试样筒1，用于承放土壤，所述试样筒1为透明结构；滑道2，用于滑块3及挡板的安装，所述滑道安装于试样筒1侧面，为透明结构；滑块3，用于传感器4的安装，所述滑块3置于滑道2内部，为透明结构；底板5，用于试样筒1的固定及底部密封，所述底板5与试样筒1底部相连，为透明结构。具体的，所述滑道2包括两种轨道，一种轨道6用于滑块3的安装，一种轨道7用于挡板的安装。所述滑块3经过特殊设计，为了保证滑块密封，滑块上设有滑块叠加槽道8及滑块叠加外延9，为了不同传感器的安装，滑块上设有传感器槽道10及滑块叠加外延传感器槽道11，多个滑块叠加安装于所述滑道2内部。所述底板5固定于土壤试样筒1下部，中间开有多孔12用于将土壤与水源相连接。

此外，本发明为了详细说明本发明提供的可视化试验装置，提供详细的试验步骤，如下所示:

1.将原状试样土自然风干，去除杂质，用粉碎机碾碎后过筛，收集筛分后的试样土，通过试验测定得到试样土的特性参数，如孔隙率、密度、颗粒级配分布及比表面积。

2.将试样筒和底板相连接，并将挡板插入轨道7，将试样土逐渐加入筒内并压实。

3.选择布置传感器所对应的滑块插入轨道6。

4.由下而上逐个插入传感器，同时拔出挡板。

5.将整个装置放入恒温系统，使得整个装置与水源相接触，并采用保温棉包裹整个装置保温。

6.经过很温系统降温后，拆除部分保温棉，对筒内土壤进行稳态观察，并测量稳态冰透镜的生成情况。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。