一种用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种土样水分扩散装置，特别是涉及一种用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置。
【背景技术】
[0002]土的抗剪强度、渗透系数等工程性质指标均与土体的含水量密切相关。在对土的室内试验研宄中，往往需要制备多种含水量不同的土样试件，以进行各种工程性质试验。常用的试件制备方法是:取一定质量的土，加入一定质量的水，充分搅拌后制作好试件，密封后然后等待土中的水分自行扩散分布均匀。常用的密封手段是将土样放在塑料袋中，扎起塑料袋密封(如图1所示)。如果在水分分布均匀之前就对土样进行试验，得到的结果将是不准确的。因此，制作好的土样试件将放置一定时间，放置时间的长短，与土体的渗透系数有关。如果土体本身的渗透系数很低，等待的时间可能很长，大大影响试验的进度。非饱和土的渗透系数一般比较低，因此，制备水分分布均匀的非饱和土试件时间往往需要很长。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种缩短制备非饱和土试样所需的时间、加速研宄进程的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，振动台上固定设有把土样密封装置，一个温控隔热箱罩住把土样密封装置，所述的温控隔热箱上设有作用于所述的把土样密封装置的加热装置，所述的温控隔热箱上设有冷气入口和冷气出口。
[0005]所述的加热装置为微波加热装置。
[0006]所述的温控隔热箱的内壁设有反射金属内壁。
[0007]所述的把土样密封装置采用紧固螺丝固定在所述的振动台上。
[0008]所述的冷气入口设在所述的温控隔热箱的上部，所述的冷气出口设在所述的温控隔热箱的下部。
[0009]采用上述技术方案的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，所依据的技术原理是:
[0010]I)因为升温可提高土中水分的自由能，加速水分运动，降低水的粘度，因此土体渗透系数与温度正相关，将土样密封放置在高温的环境中，可以提高土体渗透系数，加快水分扩散；
[0011]2) 土样升温后，部分液态水可形成水蒸气，使土样中水分的扩散单纯液体一种扩散方式转变为液体和气体双重扩散的方式，提高水分扩散速率；
[0012]3)升温后的冷凝过程可以使蒸汽水还原成液体水，并与土颗粒吸附，使低含水量区的蒸汽压降低，促使含水量高区域的水蒸气扩散过来，进一步加快土体水分扩散速率。
[0013]4)处于变速度运动的土样，土中水与土样运动不同步，可加快水分扩散。
[0014]因此，本发明是将土样用密封装置密封，放在振动、升温降温循环环境中，加速土样中的水分扩散。
[0015]以上措施可以保证水分在低渗透性的非饱和土中以更快的速率移动，起到加速水分分布均匀的作用。对于以室内试验为主要手段研宄非饱和土的研宄工作，可大大加快研宄进度。
[0016]综上所述，本发明是一种缩短制备非饱和土试样所需的时间、加速研宄进程的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置。
【附图说明】
[0017]图1是现常用土样密封方法示意图。
[0018]图2是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0020]参见图1，常用的试件制备方法是:取一定质量的土，加入一定质量的水，充分搅拌后制作成土样I，密封后然后等待土中的水分自行扩散分布均匀。常用的密封手段是将土样I放在塑料袋10中，扎起塑料袋10密封。如果在水分分布均匀之前就对土样进行试验，得到的结果将是不准确的。
[0021]参见图2，振动台3上固定设有把土样密封装置2，一个温控隔热箱4罩住把土样密封装置2，温控隔热箱4上设有作用于把土样密封装置2的加热装置，温控隔热箱4上设有冷气入口 6和冷气出口 7。
[0022]具体地，加热装置为微波加热装置5。
[0023]进一步地，温控隔热箱4的内壁设有反射金属内壁9，用于反射微波。
[0024]具体地，把土样密封装置2采用紧固螺丝8固定在振动台3上。
[0025]优选地，冷气入口 6设在温控隔热箱4的上部，冷气出口 7设在所述的温控隔热箱4的下部。
[0026]参见图2，首先将将单个或多个需进行水分均匀扩散的土样I用土样密封装置2密封起来，保证水分扩散过程中水分不丧失。然后将土样密封装置2固定在振动台3上。用温控隔热箱4把土样密封装置2罩上，开启微波加热装置5微波加热，将土样I升温至60°C?70°C，能使土样I中水分子自由能提高、运动速度增大、粘度降低，渗透速度增大，而且土样I中部分水分会气化，以气体形式向含水量低的位置运动。
[0027]同时，开动振动台3，使水分在土样I中的孔隙、毛细管中震荡，加速水分向土样I内其他位置移动。振动一定时间后，关闭振动台3。从冷气入口 6输入冷气降低温控隔热箱4内的温度至0°C?10°C，使土样I中的水蒸气冷凝，就近吸附在相应的土颗粒上，并向土颗粒表面扩散。如此，经过一个升温、振动、冷凝周期，水分扩散速度大大提高。
[0028]对于渗透性很低的土体，可以采用多个升温、振动、冷凝周期，加速水分扩散的速度。
[0029]本发明利用振动台产生的加速度令水分产生震荡，使水分扩散速率增大。处于振动状态的密封的土样I置于温控隔热箱4中，提高水分温度，加速水分扩散均匀。
[0030]将振动、升温一定时间的密封的土样I在温控隔热箱4冷却，使土样I中的水汽凝结，加速水分扩散均匀。
[0031]置于土样密封装置2中的土样I在振动台3的振动作用、控温隔热箱4产生的升温、冷却环境的综合作用下，各种作用相互促进，使土样内的水分扩散速度增大。
[0032]本发明适用于密实的土体。
[0033]本发明的装置需要合理确定振动台3的振动频率、振幅和升温一振动一降温循环次数3个参数。本发明按以下原则确定这3个参数:
[0034]I)振动台3的振动频率、振幅组合以不破坏土样I结构为上限，以产生1g以上振动加速度为下限。
[0035]2)升温、振动、降温循环次数根据不同土样I的初始含水量、渗透系数确定。
【主权项】
1.一种用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，其特征是:振动台(3)上固定设有把土样密封装置(2)，一个温控隔热箱(4)罩住把土样密封装置(2)，所述的温控隔热箱(4)上设有作用于所述的把土样密封装置(2)的加热装置，所述的温控隔热箱(4)上设有冷气入口(6)和冷气出口(7)。
2.根据权利要求1所述的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，其特征是:所述的加热装置为微波加热装置(5)。
3.根据权利要求2所述的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，其特征是:所述的温控隔热箱(4)的内壁设有反射金属内壁(9)。
4.根据权利要求1或2所述的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，其特征是:所述的把土样密封装置(2)采用紧固螺丝(8)固定在所述的振动台(3)上。
5.根据权利要求1或2所述的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，其特征是:所述的冷气入口(6)设在所述的温控隔热箱(4)的上部，所述的冷气出口(7)设在所述的温控隔热箱(4)的下部。
6.根据权利要求3所述的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，其特征是:所述的冷气入口(6)设在所述的温控隔热箱(4)的上部，所述的冷气出口(7)设在所述的温控隔热箱(4)的下部。
7.根据权利要求4所述的用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，其特征是:所述的冷气入口(6)设在所述的温控隔热箱(4)的上部，所述的冷气出口(7)设在所述的温控隔热箱(4)的下部。
【专利摘要】本发明公开了一种用于加速非饱和土样水分扩散均匀的装置，振动台(3)上固定设有把土样密封装置(2)，温控隔热箱(4)罩住把土样密封装置(2)，温控隔热箱(4)上设有作用于把土样密封装置(2)的加热装置，温控隔热箱(4)上设有冷气入口(6)和冷气出口(7)。将土样(1)用土样密封装置(2)密封，固定安装在振动台(3)上，振动台被罩在控温隔热箱(4)中。然后使用隔热箱的微波加热功能，将土样升温到60℃～70℃，启动振动台，振动一定时间后，关闭振动台，间歇一定时间，然后使用隔热箱的冷却功能，将土样温度到0℃～10℃，间歇一定时间。本发明用于在非饱和土试验中制备含水量均匀的非饱和土试件，可大大缩短试件制备时间。
【IPC分类】G01N1-28, G01N15-08
【公开号】CN104677707
【申请号】CN201510069411
【发明人】刘晓明, 邓波, 黎莉, 朱治齐, 王裕
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月10日