一种压实土气态水和易溶盐迁移的测试装置及其测试方法与流程

本发明属于土壤测试装置和技术领域，具体涉及一种压实土气态水和易溶盐迁移的测试装置及其测试方法。

背景技术：

西北干旱半干旱地区开始大量修建高速铁路、公路、机场跑道等交通基础设施。在干旱或半干旱地区，降水稀少，蒸发量大，地下水埋深大，在整个非饱和土体内以气态水迁移为主。

交通基础设施上每天都有高铁、汽车飞机等公共交通行驶，它们会产生动荷载，交通基础设施的路基是一种多孔介质材料，在动荷载作用下，土体中气态水会向上迁移，土体中自有的阴阳离子会随着气态水向上迁移，水分和盐分积聚在土体上部，将会引发一系列的次生灾害并破坏交通基础设施的路基与路面。

目前，国内外对于非饱和土体中水的运移规律的研究主要集中在液态水和无荷载下的气态水，而对于易溶盐的迁移特性和动荷载下气态水的迁移特性研究较少，测试设备也比较少。而为了更好的模拟高速铁路、公路、机场跑道等交通基础设施的路基中气态水、易溶盐迁移变化，研究在动荷载下可以同时测量土体中气态水和盐迁移的设备检测，可以很大程度上减少因路基或路面破坏而产生的次生灾害。

技术实现要素：

本发明的是提供一种压实土气态水和易溶盐迁移的测试装置及其测试方法，在温度恒定的条件下，准确定量测量在不同时间下、不同动荷载下，土体内气态水、温度、可溶性离子的迁移变化情况。

本发明这种测试压实土气态水和易溶盐迁移装置，包括有空心装样桶(1)，空心装样桶(1)通过夹具(12)固定于恒温箱(11)内；空心装样桶(1)底部通过法兰(4)与玻璃管(7)连接，玻璃管(7)底部通过输水管(9)与马氏瓶(8)连通，马氏瓶(8)通过夹具(12)固定于恒温箱体内；空心装样桶(1)上部设置有振动电机(13)，振动电机(13)通过加载杆(14)与加载板(15)相连，加载板(15)可通过调节加载杆(14)的长度在空心装样桶(1)内上下移动，也可从桶体内完全移出；空心装样桶(1)上部还设置有制冷液循环管(17)，制冷液循环管(17)与制冷系统(16)连接；恒温箱(11)箱体上部设有孔洞，刚好可容加载杆(14)和制冷液循环管(17)通过，恒温箱(11)箱体还设置有可容数据传输线(18)通过的孔洞；所述的空心装样桶(1)的桶壁上垂直方向，开设有若干排孔洞(2)，在任意一排孔洞上插入温度电导率一体化传感器探头(6)；温度电导率一体化传感器探头(6)、振动电机(13)、恒温箱(11)和制冷系统(16)均通过数据线与电脑(19)的数据传输线输入端相连。

所述的空心装样桶(1)的外壁后还包覆有一层保温层(3)，保温层(3)上也有孔洞(2)，与空心装样桶(1)上的孔洞(2)位置相对应，除了安装有传感器的孔洞外，其余孔洞均配置有保温塞(20)。

所述的法兰(4)为实心法兰盘，实心法兰上有许多小孔(5)。

所述的加载杆(14)为可伸缩的加载杆；加载杆(14)与加载板(15)通过螺纹连接。

所述的玻璃管(7)下部还设置有气压平衡管(10)。

所述的空心装样桶(1)的高度为30cm。

采用所述的测试装置测试土壤中含水率、温度和离子的方法，包括一些步骤：

1)将加载板(15)取下后，向装样桶(1)充填试验土样，按干密度分多层击实后，将加载板(15)放置于土体上层，与加载杆(14)连接后；然后将循环冷凝管(17)高度调节至装样桶(1)桶体上部约1～3cm处，加载板(16)上方1cm的位置，再然后在桶体上部包覆多层保险膜，密封土体上部，关闭恒温箱(11)。

2)将马氏瓶(8)中加入试验所需溶液，使有机玻璃输水管(7)中溶液面有2cm距离；

3)按照所需的试验条件，通过电脑(19)设置恒温箱(11)的温度、制冷系统(16)的温度和振动电机(13)的振动频率，然后开始试验；

4)试验开始后，电脑端(7)每隔设定时间自动存储的温度含水率电导率一体化传感器探头(6)上的数值，并在相应的时间点，打开保温层的塞子，用取土器在同一垂直面的圆孔中各取3cm深的土，取土完成后，回填同质量的土样堵住圆孔，并塞住塞子，第二次从其同一高度的截面的另一个孔取土，依此类推；

5)将取出的土，选其内端2cm，经烘干、碾磨，按土水比1:5配制成溶液，然后静置过滤，用离子色谱仪测试其各离子含量；

6)试验完成后，将所测含水率、温度、离子含量绘制成曲线。

所述的步骤4)中的设定时间可根据实验条件，自行设定。

本发明的有益效果：1)本发明能够精确地控制土柱上端温度、能够精确地控制土柱下端补给气体的温度、能够精确地控制土柱上端的振动荷载频率，达到更好的模拟路基在动荷载下的真实情况，从而进一步确认测试数据的准确性。2)本发明模拟了高速铁路、公路、机场跑道等交通基础设施的路基中气态水、易溶盐迁移变化，可以提前预知路基的状况，为保护工程基础设施提供更好的防护方法。3)本发明能够准确定量测量在不同时间下、不同动荷载下，土体内气态水、温度、可溶性离子的迁移变化情况，全方面了解路基不同情况下的状况。4)本发明装置结构简单、方便安装、试验操作灵活，满足多种土样及试验条件。

附图说明

图1本发明装置的结构示意图；

图2本发明装置空心装样桶a-a截面的俯视图；

其中：1-空心装样桶、2-孔洞、3-保温层、4-法兰、5-小孔、6-温度电导率一体化传感器探头、7-玻璃管、8-马氏瓶、9-输水管、10-气压平衡管、11-恒温箱、12-夹具、13-振动电机、14-加载杆、15-加载板、16-制冷系统、17-冷液循环管、18-数据传输线、19-电脑、20-保温塞。

具体实施方式

实施例1

以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，如图1和2所示，

本实施例中的测试装置，包括有空心装样桶1，空心装样桶1的高度为30cm，桶体直径为15cm；空心装样桶1的垂直方向均匀开设有6排孔洞2，每排孔洞的个数为5个(从桶体上部开始，孔洞的垂直方向的间距为5cm)，孔洞2的直径为1cm；空心装样桶1外壁上包覆有一层保温层3，保温层3在桶壁上有孔洞的位置对应也开设有孔洞2，并配置有保温塞20。一排孔洞2用于插入并固定温度电导率一体化传感器探头6，本实施例中共插入5个温度电导率一体化传感器探头6，其余排孔洞2用于均匀取测试土样。所述的温度电导率一体化传感器探头6的型号为em-5te土壤水分、温度、电导率传感器。

空心装样桶1底部通过法兰4与玻璃管7相连接，法兰4为实心法兰盘，底部有小孔5，小孔5的直径为5mm；玻璃管7底部通过疏水管9与马氏瓶8连通，玻璃管7底部设置气压平衡管10，气压平衡管10在玻璃管中的高度应为3cm。

空心装样桶1的上部设置有制冷液循环管17和加载板15；加载板15通过可伸缩的加载杆14与振动电机13相连，加载板15的直径为14cm略小于空心装样桶1，加载杆14与加载板15通过螺纹进行连接；制冷液循环管17伸入桶体上部约1cm左右，不与桶壁接触，且加载板15上部1cm左右；制冷液循环管17为圆柱形的管，直径为2cm；制冷液循环管17与制冷系统16连接。制冷系统16的型号为tms8035-r40。制冷液循环管17控制测试时桶体上部的温度较低，更好的模拟西北土壤冬季土壤上层温度低的特性；加载板15给测试土样提供一个动荷载，更贴近的模拟交通路基。

空心装样桶1和马氏瓶通过夹具12固定于恒温箱11中，部分制冷液循环管17和加载杆14穿过恒温箱11上部的孔洞，位于空心装样桶1上部。

恒温箱11保证土体下部的温度恒定，制冷液循环管17保证土体上层温度是较低的，保温层3保证土样从底部到上部有个温度梯度差。

温度电导率一体化传感器探头6通过数据传输线18通过恒温箱11箱壁上的孔洞与电脑19端相连；制冷系统16、振动电机13以及恒温箱11均通过数据传输线18与电脑19连接，即用电脑19控制上述设备实验数据的设定和测试参数的录入。

实施例2

1)将加载板15先取下，向装样桶(1)充填试验土样，按干密度分多层击实后，击实后土层的高度为28cm，将加载板15放置于土体上层，与加载杆14连接后；然后将循环冷凝管17高度调节至装样桶1桶体上部约1cm处，加载板15上方1cm的位置，再然后在桶体上部包覆多层保险膜，密封土体上部；关闭恒温箱11。

2)将马氏瓶8中加入试验所需溶液，使有机玻璃输水管7中溶液面有2cm距离；

3)按照所需的试验条件，通过电脑19设置恒温箱11的温度、制冷系统16的温度和振动电机13的振动频率，然后开始试验；

4)试验开始后，电脑19每隔设定时间自动存储的温度含水率电导率一体化传感器探头6上的数值，并在相应的时间点，打开保温层的塞子，用取土器在同一垂直面的圆孔中各取3cm深的土，取土完成后，回填同质量的土样堵住圆孔，并塞住保温塞20，第二次从其同一高度的截面的另一个孔取土，依此类推；

5)将取出的土，选其内端2cm，经烘干、碾磨，按土水比1:5配制成溶液，然后静置过滤，用离子色谱仪测试其各离子含量；

6)试验完成后，将所测含水率、温度、离子含量绘制成曲线。

所述的步骤4)中的设定时间可根据实验条件，自行设定。