一种基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置

本技术属于水汽迁移试验领域，涉及一种基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置。

背景技术：

1、非饱和土中的水分迁移一直是工程中研究的重点，也是难点。水以冰、液态水和汽态水等不同的形态存在，现有的研究一般侧重液态水的迁移。但对于西北干旱和半干旱地区，降雨稀少，地下水位深，昼夜温差大，此地区发生的路基顶部含水率增大的现象多是由于汽态水的迁移造成的。路基顶部含水率的聚集会造成路基强度的降低，路基的沉缩，进而影响路面结构产生如网状裂缝、纵横向裂缝以及不均匀沉降等病害。因此研究非饱和路基土中汽态水的迁移显得尤为重要。

2、目前已经有通过室内试验设计模拟道路结构的一维土柱模型装置来研究非饱和路基土内的水分迁移，研究对象主要是液态水和汽-液混合迁移的情况，通过控制非饱和路基土的含水率和边界温度来探究水分迁移的机理。

3、目前针对水分迁移的测量中，没有实现汽态水迁移的独立测量。同时，对于不同水位的路基对水分迁移影响的考虑不周。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，实现了不同水位温度的非饱和路基土水汽迁移的独立测量。

2、为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

3、一种基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，包括控温设备、控水装置、试样装置和测量设备；

4、控水装置包括水桶，水桶内设置有水位计；

5、试样装置包括外筒和内筒，内筒嵌入至外筒中，外筒底部封闭，顶部敞开，外筒底部与水桶底部连通，外筒和水桶位于同一水平面上，控温设备固定在外筒顶部，并将外筒顶部密封；内筒顶底部均敞开，内筒靠近底部设置有透水板，透水板上方设置有土样，内筒顶部为斜切面，斜切面上包裹有半透膜，外筒周面位于斜切面最低处设置有开口，开口密封连通有称量室；

6、测量设备包括温湿度传感器和天平，温湿度传感器数量为多个，分别设置在土样内的不同高度处，天平设置在称量室内的底部。

7、优选的，控温设备包括水浴箱、控温盘、进水管和回水管，控温盘为圆形盘，内部中空，控温盘与外筒顶部密封连接，控温盘内部通过进水管和回水管与水浴箱连接。

8、优选的，水位计位于水桶内的底部，水位计采用压力式水位计。

9、优选的，水桶连接有水泵，水泵连接有水源。

10、优选的，斜切面竖向与水平向的比值为1:10。

11、优选的，内筒顶部设置有半透膜固定件，半透膜固定件为圆环，半透膜固定件底部为斜切圆环，斜切圆环与内筒顶部斜切面互补，半透膜固定在半透膜固定件底部，半透膜固定件周面在最低位置处设置有缺口，缺口与外筒周面上的开口连通。

12、优选的，透水板的顶部设置有一层棉布。

13、优选的，外筒内的底部设置有透水板垫块，透水板放置在透水板垫块顶部。

14、优选的，水桶、外筒和内筒的材质均为亚克力有机玻璃。

15、优选的，称量室与外筒开口位置采用强力胶水固定。

16、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

17、本实用新型通过采用半透膜，内筒中土样中的水汽能够在温度梯度作用下向上迁移穿过半透膜，并冷凝于控温设备底部，随后在重力的作用下，滴落在半透膜顶部，并在斜切面的作用下流入称量室的天平上，实时记录土样内部温湿度数据和流入天平的液态水变化，从而能够得到非饱和土土水汽迁移量随温度的变化和水位的变化的规律和机理。

技术特征：

1.一种基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，包括控温设备（1）、控水装置（2）、试样装置（3）和测量设备（4）；

2.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，控温设备（1）包括水浴箱（11）、控温盘（12）、进水管（13）和回水管（14），控温盘（12）为圆形盘，内部中空，控温盘（12）与外筒（311）顶部密封连接，控温盘（12）内部通过进水管（13）和回水管（14）与水浴箱（11）连接。

3.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，水位计（23）位于水桶（22）内的底部，水位计（23）采用压力式水位计。

4.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，水桶（22）连接有水泵（21），水泵（21）连接有水源。

5.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，斜切面竖向与水平向的比值为1:10。

6.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，内筒（312）顶部设置有半透膜固定件（321），半透膜固定件（321）为圆环，半透膜固定件（321）底部为斜切圆环，斜切圆环与内筒（312）顶部斜切面互补，半透膜（322）固定在半透膜固定件（321）底部，半透膜固定件（321）周面在最低位置处设置有缺口，缺口与外筒（311）周面上的开口连通。

7.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，透水板（331）的顶部设置有一层棉布。

8.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，外筒（311）内的底部设置有透水板垫块，透水板（331）放置在透水板垫块顶部。

9.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，水桶（22）、外筒（311）和内筒（312）的材质均为亚克力有机玻璃。

10.根据权利要求1所述的基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，其特征在于，称量室（34）与外筒（311）开口位置采用强力胶水固定。

技术总结
本技术公开了一种基于半透膜材料非饱和土水汽迁移的试验装置，包括控温设备、控水装置、试样装置和测量设备；控水装置包括水桶，水桶内设置有水位计；试样装置包括外筒和内筒，内筒嵌入至外筒中，外筒底部封闭，顶部敞开，外筒底部与水桶底部连通，外筒和水桶位于同一水平面上，控温设备密封固定在外筒顶部；内筒顶底部均敞开，内筒靠近底部设置有透水板，透水板上方设置有土样，内筒顶部为斜切面，斜切面上包裹有半透膜，外筒斜切面最低处设置有开口，开口密封连通有称量室；测量设备包括温湿度传感器和天平，温湿度传感器分别设置在土样内的不同高度处，天平设置在称量室内的底部。实现了不同水位温度的非饱和路基土水汽迁移的独立测量。

技术研发人员：张建勋,毛雪松,吴谦,向丹,运志辉,陈欣怡,来小勇
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：20221229
技术公布日：2024/1/12