室内冻土水分迁移规律模拟系统及特征参数测定方法_4

文档序号:8941611阅读:来源:国知局
系统故障。
[0091] 本实施例中,各层中多个所述土壤温湿度传感器33呈ImX Im的正方形网格均匀 布设,多层中相邻两层的多个所述土壤温湿度传感器33均按0. 5m的相等间距上下相对布 设。
[0092] 如图8所示,本发明的室内冻土水分迀移规律特征参数测定方法,包括以下步骤:
[0093] 步骤一、构建地质模型:操作多个千斤顶5,使地质模型槽4处于水平放置后,将试 验土样4-1分层填装到地质模型槽4内陶土板4-3的顶部,并进行土样夯击填筑;然后,再 操作多个千斤顶5,调整地质模型槽4的坡度为试验坡度;
[0094] 步骤二、装配降雪点模拟机构:将冰块3-7放入储冰筒3-3内,将冰块防转杆3-8 插入柱状孔3-9内,并将启封盖3-1连接在储冰筒3-3顶部;所述冰块3-7为圆柱形冰块;
[0095] 步骤三、参数设置:在计算机8上输入总降雪量Qz和电热管加热温度T 3,计算机8 根据公式化=^计算得到单个冰块3-7的下降高度限值h。,并通过串口通信电路13-2将 单个冰块3-7的下降高度限值h。和电热管加热温度T 3传输给微控制器13-1 ;其中,S为单 个冰块3-7的横截面积,单位为cm2;n为冰块3-7的数量;总降雪量Q 2的单位为cm 3,单个 冰块3-7的下降高度限值h。的单位为cm ;
[0096] 步骤四、测量试验土样冻结前的初始含水率:多个土壤温湿度传感器33分别对试 验土样4-1的温度和湿度进行一次检测并将检测到的多个测试点处试验土样4-1的温度 信号和湿度信号传输给微控制器13-1,微控制器13-1再将其接收到的多个测试点处试验 土样4-1的温度信号和湿度信号通过串口通信电路13-2实时传输给计算机8,计算机8接 收并记录多个测试点处试验土样4-1的温度信号和湿度信号,并将各个测试点处试验土样 4-1的湿度信号记录为各个测试点处试验土样冻结前的初始含水率Θ ^
[0097] 步骤五、模拟冻土环境并测量试验土样冻结前的谷值含水率:调节冷热一体机7 的温度为冻土环境温度T 4,模拟系统箱体1内的温度逐渐下降并达到冻土环境温度T4的过 程中,多个土壤温湿度传感器33分别对试验土样4-1的温度和湿度进行周期性检测并将 检测到的多个测试点处试验土样4-1的温度信号和湿度信号传输给微控制器13-1,微控制 器13-1再将其接收到的多个测试点处试验土样4-1的温度信号和湿度信号通过串口通信 电路13-2实时传输给计算机8,计算机8接收并记录各个采样时刻多个测试点处试验土样 4-1的温度信号和湿度信号,且对各个测试点处多个采样时刻的湿度进行从大到小排列, 并将各个测试点处排列在最后的湿度值记录为该测试点处试验土样冻结前的谷值含水率
[0098] 步骤六、进行降雪模拟并测量试验土样冻结后的稳定含水率:调节冷热一体机7 的温度为降雪温度!\后,操作计算机8,启动降雪模式,计算机8通过串口通信电路13-2发 送降雪模式启动的信号给微控制器13-1,微控制器13-1通过第一电机驱动器13-6驱动降 雪电机3-5转动,降雪电机3-5带动旋转切冰刀3-4转动,切割冰块3-7产生降雪,降雪过 程中,超声波测距传感器3-10对其中一个所述储冰筒3-3冰块3-7的下降高度进行实时检 测并将检测到的冰块3-7的下降高度实时传输给微控制器13-1,微控制器13-1将其接收到 的冰块3-7的下降高度与单个冰块3-7的下降高度限值h。进行比对,当冰块3-7的下降高 度达到单个冰块3-7的下降高度限值h。时,微控制器13-1通过第一电机驱动器13-6驱动 降雪电机3-5停止转动,此时的总降雪量达到了 Qz;同时,降雪过程中,多个土壤温湿度传 感器33分别对试验土样4-1的温度和湿度进行周期性检测并将检测到的多个测试点处试 验土样的温度信号和湿度信号传输给微控制器13-1,微控制器13-1再将其接收到的多个 测试点处试验土样4-1的温度信号和湿度信号通过串口通信电路13-2实时传输给计算机 8,计算机8接收并记录各个采样时刻多个测试点处试验土样4-1的温度信号和湿度信号, 且对各个测试点处多个采样时刻的湿度按照时间先后顺序进行排列,当相邻两个采样时刻 的湿度差值小于等于1%时,说明该测试点处试验土样4-1的湿度已稳定,将相邻两个采样 时刻中后一个采样时刻的湿度值记录为该测试点处试验土样冻结后的稳定含水率Θ f;具 体实施时,通过调节降雪电机3-5的转速,还能够实现对降雪速度的控制。
[0099] 步骤七、进行太阳辐射热模拟:调节冷热一体机7的温度为降雪入渗温度1~2后,操 作计算机8,启动降雪入渗模式,计算机8通过串口通信电路13-2发送降雪入渗模式启动 的信号给微控制器13-1,微控制器13-1控制继电器13-9接通电热管14的供电回路,电热 管14开始加热,电热管14加热过程中,电热管温度传感器29对电热管14的加热温度进行 实时检测并将检测到的信号实时传输给微控制器13-1,微控制器13-1将其接收到的加热 温度检测值与电热管加热温度T 3相比对,当加热温度检测值达到电热管加热温度T 3时,微 控制器13-1控制继电器13-9断开电热管14的供电回路,电热管14停止加热,当加热温度 检测值低于电热管加热温度1~ 3时,微控制器13-1控制继电器13-9接通电热管14的供电 回路,电热管14开始加热,从而使电热管14的加热温度保持为T 3;电热管14加热过程中, 按下电热管左右运动按钮13-3或电热管前后运动按钮13-4后,微控制器13-1控制电热管 14在模拟系统箱体1内左右运动或前后运动,进行太阳辐射热模拟;
[0100] 步骤八、进行降雪入渗观测并测量试验土样消融后的稳定含水率和试验土样消融 时的峰值含水率:步骤七中的电热管14加热使步骤六中的降雪消融过程中,未渗入试验土 样4-1内的消融水从多个所述降雪径流量测量孔内流出并经过多根降雪径流量测量分管 10-1和降雪径流量测量总管10-2流入降雪径流量测量量杯11内;渗出试验土样4-1内的 消融水从多个所述降雪出渗量测量孔内流出并经过多根降雪出渗量测量分管10-3和降雪 出渗量测量总管10-4流入降雪出渗量测量量杯12内;同时,多个土壤温湿度传感器33分 别对试验土样4-1的温度和湿度进行周期性检测并将检测到的多个测试点处试验土样的 温度信号和湿度信号传输给微控制器13-1,微控制器13-1再将其接收到的多个测试点处 试验土样4-1的温度信号和湿度信号通过串口通信电路13-2实时传输给计算机8,计算机 8接收并记录各个采样时刻多个测试点处试验土样4-1的温度信号和湿度信号,且对各个 测试点处多个采样时刻的湿度按照时间先后顺序进行排列,当相邻两个采样时刻的湿度差 值小于等于1 %时,说明该测试点处试验土样4-1的湿度已稳定,将相邻两个采样时刻中后 一个采样时刻的湿度值记录为该测试点处试验土样消融后的稳定含水率Θ e,而且,计算机 8还对各个测试点处多个采样时刻的湿度进行从大到小排列,并将各个测试点处排列在最 前的湿度值记录为该测试点处试验土样消融时的峰值含水率θ p;同时,流量传感器9对渗 出试验土样4-1的消融水流量进行周期性检测并将检测到的信号输出给微控制器13-1,微 控制器13-1将其接收到的渗出试验土样4-1的消融水流量通过串口通信电路13-2传输给 计算机8,计算机8调用流量曲线绘制模块绘制出渗出试验土样4-1的消融水流量随时间t 变化的曲线;查看显示在计算机8上的渗出试验土样4-1的消融水流量随时间t变化的曲 线,当渗出试验土样4-1的消融水流量随时间t变化的曲线趋近于一条直线时,说明降雪入 渗已稳定,此时,查看降雪径流量测量量杯11内未渗入试验土样4-1内的消融水的量,并将 该读数记录为降雪径流量Q];查看降雪出渗量测量量杯12内渗出试验土样4-1内的消融水 的量,并将该读数记录为降雪出渗量Q。;其中,降雪径流量Q 的单位为cm3,降雪出渗量Q。的 单位为cm3;
[0101] 具体实施时,步骤五、步骤六和步骤八中多个土壤温湿度传感器33分别对试验土 样4-1的温度和湿度进行周期性检测的检测周期为Is~IOs ;步骤八中流量传感器9对渗 出试验土样4-1的消融水流量进行周期性检测的检测周期为Is~10s。
[0102] 步骤九:冻土水分迀移规律降雪入渗特征参数计算,具体过程为:
[0103] 步骤901、根据公式Q1= Q Z_Q,,计算得到降雪入渗量Q1^降雪入渗量Q ^的单位为 cm3;
[0104] 步骤902、根据公式Δ S = Q1-Qe计算得到水分亏损量Δ S ;水分亏损量Δ S的单位 为 cm3;
[0105] 步骤903、根据公式R 计算得到降雪入渗率V r;降雪入渗率Vr的单位为cm Vs ;
[0106] 步骤904、根据公式& = 计算得到降雪出渗率VJ#雪出渗率V c的单位为cm Vs ;
[0107] 步骤905、根据公式计算得到降雪入渗系数α ;
[0108] 步骤903和步骤904中,t为时间,单位为s。
[0109] 本实施例中,步骤七中,按下电热管左右运动按钮13-3或电热管前后运动按钮 13-4,使电热管14在模拟系统箱体1内左右运动或前后运动,进行太阳辐射热模拟的具体 过程为:当按下电热管左右运动按钮13-3时,微控制器13-1通过第二电机驱动器13-7驱 动电热管左右运动电机13-3转动,电热管左右运动电机13-3带动所述第三电热管左右运 动链轮转动,所述第三电热管左右运动链轮通过电热管左右运动链条20带动第一电热管 左右运动链轮25转动,第一电热管左右运动链轮25带动电热管左右主动运动导轮26转 动,电热管左右主动运动导轮26带动门字型框架16的一侧沿其中一条电热管左右运动导 轨18运动,同时,电热管左右从动运动导轮25带动门字型框架16的另一侧沿另一条电热 管左右运动导轨18从动,门字型框架16带动电热管前后运动小车15在模拟系统箱体1内 左右运动,电热管前后运动小车15带动电热管14在模拟系统箱体1内左右运动;当按下电 热管前后运动按钮13-4时,微控制器13-1通过第三电机驱动器13-8驱动电热管前后运动 电机13-4转动,电热管前后运动电机22带动所述第二电热管前后运动带轮转动,所述第二 电热管前后运动
当前第4页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1