盒52的宽度方向平行于土槽的长度方向。该第二侧面冰盒52防止土槽I从两端开始解冻。在其他实施例中，根据第二侧面冰盒的长度，也可设置上述焊片。
[0038]在本实施例，底侧供冷层3包括设置在土槽I底侧的底侧冰盒以及容纳在其中的冰。底侧冰盒的长度为1.5m、宽度为0.45m、高度为0.05m。底侧冰盒防止土槽I自下而上解冻。
[0039]当然，不局限于此，在其他实施例中，对应于所有形状和结构的土槽1，底侧供冷层3和周侧供冷层5可均为冰层，而具体冰层的形状和结构对应于土槽I设置，只要冰层能为土槽I提供足够冷的环境即可。此外，也可不采用上述冰或冰层构造底侧供冷层3和周侧供冷层5。本领域技术人员还可采用其他合适的化学材料，只要能够为土槽I提供冷环境即可。
[0040]进一步，在本实施例中，上述步骤SI具体包括如下步骤:
[0041]Al、将试验用土均匀地装入土槽1，并且在装入试验用土的同时向土槽I中注水；
[0042]A2、将土槽I静置，形成饱和土壤。
[0043]优选地，步骤Al中的注水量能够使得土壤达到过饱和状态，这样，保证在步骤A2中能够形成饱和土壤。
[0044]进一步，在本实施例中，在步骤S2中，通过土壤冻结系统对土槽I降温以冻结其中的饱和土壤，并且，在本实施例中，土壤冻结系统还用于将侧面冰盒和底侧冰盒中水冻成冰。具体地，土壤冻结系统包括制冷系统、微电脑控制系统、高温警报系统、排水系统、冷库、仓储货架。制冷系统包括压缩机和冷凝器等常用的制冷设备，其可将冷库内温度降低至设定温度。微电脑控制系统设置及控制冷冻温度、冷冻速度、化霜时间及周期等。高温警报系统在冷库内温度超过设置温度时发出蜂鸣警报。排水系统用于排出冷库内液化水汽。仓储货架设置在冷库中，充分利用立体空间，放置土槽I和冰盒等实验器材。
[0045]具体地，冷库的长度为3.8m、宽度为3.0m、高度为2.4m，容积为27m3，可调节温度-30 ?(TC ο
[0046]如下描述本实施例的模拟方法的具体实施步骤:
[0047]步骤一，准备试验用土。本试验所用的土为青海土，具体位置为海拔3682m，北玮36° 21.823’，东经101° 26.833’。在将土装入土槽I之前，将土风干，测其机械组成(其中粘粒7.77%、粉粒64.24%、砂粒43.53% )，并且过5mm筛。
[0048]步骤二(步骤Al)，将试验用土均匀地装入子土槽，并且在装入试验用土的同时向子土槽中注水，其中子土槽中的试验用土在装入时不压实，使其接近自然沉降容重；
[0049]步骤三(步骤A2)，将子土槽静置，以形成饱和土壤。在本实施例中，静置24小时。通过上述步骤Al和步骤A2，可保证均匀一致的初始含水率条件以及消除填装不均匀的影响。
[0050]步骤四，向侧面冰盒和底侧冰盒里注水。
[0051]步骤五(步骤S2)，将子土槽、侧面冰盒和底侧冰盒一起放入冷库中冷冻，以对装有饱和土壤的子土槽降温以冻结土壤中的水。其中，子土槽单独放置而不连接形成土槽I。
[0052]步骤六(步骤S3)，冷冻完成后，将子土槽、侧面冰盒和底侧冰盒从冷库中取出。将子土槽、侧面冰盒、底侧冰盒、周侧保温层4和底侧保温层2按照图1的所示的结构放置在可调节试验所需要坡度的实验台上组装好。具体地，将底侧保温层2放置在实验台上，将底侧冰盒放置在底侧保温层2上，将子土槽放置在底侧冰盒上并组装成土槽1，在土槽I的外周包裹周侧保温层4，并在周侧保温层4的外面包裹周侧供冷层5。至此，土壤冻融过程的模拟环境搭建完毕。
[0053]步骤七(步骤S4)，保持上述模拟环境不变，土槽I中的饱和土壤逐渐融化。
[0054]下面描述通过实验证明本发明的模拟方法可以基本实现饱和土壤自上而下解冻。
[0055]步骤1，土槽I的侧板上设置6个标记，该6个标记分别距离土槽I的一个端板25cm、75cm、125cm、175cm、225cm、275cm，这些标记为测量土壤解冻深度的断面位置。对应于每个标记位置设置一个平整的木板，每个木板的长度为12cm、宽度为10cm，该木板以其长度方向垂直于土槽I的长度方向定向放置在土槽I上。每个木板上均设置5个通孔，该5个通孔等距设置并且圆心的连线与上述断面重合。其中，5个通孔中位于中央的通孔位于木板的中心，每相邻两个通孔之间的间距等于2cm，5个通孔距离土槽I的侧板的距离依次为Icm、3cm、5cm、7cm、9cm0
[0056]步骤2，在所有木板的所有通孔中插入钢制细针(直径为2mm)并且每个钢制细针垂直插至饱和土壤表面。
[0057]步骤3，每小时测量一次所有钢制细针在木板以上部分的长度，最终绘制出不同断面处土壤解冻深度随时间的变化情况。
[0058]参照图3-图8，依次示出了 6个断面的解冻情况示意图，具体地，图3-图8依次为距离土槽I的一个端板25cm、75cm、125cm、175cm、225cm、275cm处的断面的解冻情况不意图。图中不同线条表示冻土(即冻结的饱和土壤)在截面处每个小时的变化情况。由图3-图8可以看出，土槽I的侧面(沿长度方向延伸的侧面)的平均解冻速度略大于中部的平均解冻速度，当土槽I中部(距土槽I的上述侧面3、5、7cm) 土壤平均解冻深度达到Icm时，土槽I两侧解冻深度接近2cm ;土槽I中部土壤平均解冻深度达到2cm时，土槽I两侧解冻深度约为3cm。图3和图8中的冻土深度略小于同一时段图4-图7中的冻土深度，表明土槽I两端(沿宽度方向延伸的两个侧面)断面的冻土融化速度比中间的4个断面快些。
[0059]根据上述分析，冻结的饱和土壤能基本实现自上而下的解冻过程。土槽I整体冻土解冻情况表明该系统能满足对土壤冻融过程的研究，进而为研究冻土解冻深度对侵蚀输沙过程的影响提供实验设施、与实验方法及其实验程序，实现土壤冻结与解冻过程的实验室模拟过程研究。
[0060]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种土壤冻融过程的室内模拟方法，其特征在于，包括: 51、在土槽中形成饱和土壤； 52、对所述土槽(I)降温以冻结所述饱和土壤； 53、在实验台上放置底侧保温层(2)，在所述底侧保温层(2)上放置底侧供冷层(3)，在所述底侧供冷层(3)上放置降温后的所述土槽(I)，在所述土槽(I)的外周包裹周侧保温层(4)，并在所述周侧保温层(4)的外面包裹周侧供冷层(5)，其中，所述底侧保温层(2)和所述周侧供冷层(5)为所述土槽(I)提供冷环境； 54、保持步骤S3中所述底侧保温层(2)、所述底侧供冷层(3)、所述周侧保温层(4)、所述周侧供冷层(5)和所述土槽(I)的布置，所述土槽(I)中的所述饱和土壤逐渐融化。2.根据权利要求1所述的土壤冻融过程的室内模拟方法，其特征在于，所述步骤SI具体包括如下步骤: Al、将试验用土均匀地装入所述土槽(I)，并且在装入所述试验用土的同时向所述土槽(I)中注水； A2、将所述土槽(I)静置，形成所述饱和土壤。3.根据权利要求1或2所述的土壤冻融过程的室内模拟方法，其特征在于， 所述土槽(I)的顶端敞开，在步骤S4中，所述土槽(I)中的饱和土壤与其上方的空气换热。4.根据权利要求1或2所述的土壤冻融过程的室内模拟方法，其特征在于， 所述底侧保温层(2)和所述周侧保温层(4)均为保温隔热棉，所述保温隔热棉的导热系数为 0.03ff/ (m.k) ο5.根据权利要求1或2所述的土壤冻融过程的室内模拟方法，其特征在于， 所述底侧供冷层(3)和所述周侧供冷层(5)均为冰层。6.根据权利要求1或2所述的土壤冻融过程的室内模拟方法，其特征在于， 所述土槽(I)为顶端敞开的长方体槽； 所述周侧保温层(4)包括分别设置在所述土槽(I)四侧的子保温层； 所述周侧供冷层(5)包括分别设置在所述土槽(I)四侧的侧面冰盒以及容纳在其中的冰； 所述底侧供冷层(3)包括设置在所述土槽(I)底侧的底侧冰盒以及容纳在其中的冰。
【专利摘要】本发明涉及一种土壤冻融过程的室内模拟方法。模拟方法包括：S1、在土槽中形成饱和土壤；S2、对土槽(1)降温以冻结饱和土壤；S3、在实验台上放置底侧保温层(2)，在底侧保温层(2)上放置底侧供冷层(3)，在底侧供冷层(3)上放置降温冻结后的土槽(1)，在土槽(1)的外周包裹周侧保温层(4)，并在周侧保温层(4)的外周包裹周侧供冷层(5)，其中，底侧供冷层(3)和周侧供冷层(5)为土槽(1)提供冷环境；S4、保持步骤S3中底侧保温层(2)、底侧供冷层(3)、周侧保温层(4)、周侧供冷层(5)和土槽(1)的布置，土槽(1)中的饱和土壤逐渐融化。上述模拟方法可以基本实现由上至下一维解冻饱和土壤。
【IPC分类】G01N17/00
【公开号】CN105115882
【申请号】CN201510456808
【发明人】雷廷武, 班云云, 陈超, 刘志强
【申请人】中国农业大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月29日