一种适用于天然盐渍土形成机理的室外自动监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程仪器技术领域，涉及一种适用于室外对天然盐溃土形成机理进行自动监测的系统；特别地涉及一种主要用于分析室外的天然盐溃土在形成过程中，水分-盐分-温度等因素在天然盐溃土形成过程中的变化规律以及之间的耦合关系，从而揭示天然盐溃土的形成机理。
【背景技术】
[0002]随着国家对西部大开发的加大投入，基础工程领域迎来了前所未有的发展机遇，由于西部地区特有的季节性及昼夜温差变化较大加之地下水位较高等自然环境，导致水分、盐分在高温条件下大量逐步上移累积于土体顶部，在水分大量蒸发后剩余大量盐分从而形成盐溃土。由于盐溃土特有的冻胀性、溶陷性及腐蚀性等工程性质，使大量工程出现不同程度的破坏，如大量公路出现翻浆、塌陷等破坏性急强；盐溃土是制约当地基础工程建设的发展瓶颈，所以深入分析盐溃土的形成机理，研究盐溃土的工程特性很有必要性。
[0003]目前，国内外对盐溃土的工程特性及机理分析研究相对较少，通常的做法是现场采样试样，室内进行洗盐后，加入不同的含盐量分析该土样的工程特性参数的变化规律。由于室内与自然环境中有较大的差距，室内测得的工程参数与自然环境中的误差较大。针对实际中存在的问题，国内外一些文献披露:①青岛滩海工程咨询研究院的贾永刚、付腾飞、单海龙申请号为201110136943.3的“一种土壤水盐运移过程的原位实时自动监测系统及方法”专利，构思是通过远程、原位、实时、自动地测量一定范围内的电阻率值，根据电阻率值的实时变动判断水盐的运移，从而实现水盐运移的原位自动监测；该装置有一定的局限性:如温度因素对水盐的运移有很大影响，不能实时监测温度的影响，难以分析水分-盐分-温度的耦合关系，对于高寒地区进行水盐监测不宜适用；②中国海洋大学贾永刚教授的硕士生付鹏飞的硕士论文“滨海盐溃土水盐运移过程实时自动监测研究”提出运用所开发的水盐运移实时自动监测系统，通过对监测系统的优化设计，使其更加适用于滨海盐溃土水盐运移过程的监测；博士研究生夏欣的博士论文“基于电阻率测量的海床蚀积过程原位监测技术研究”，提出设计一个基于电阻率测量的海床蚀积过程原位监测系统，用于实现风暴极端海况下及一般海况下的海床蚀积过程原位监测，为海床蚀积机理研究及其他相关研究提供实时监测数据；该装置主要是通过电阻率对滨海地区盐溃土的水盐监测，难以应用于高严寒地区盐溃土的监测吉林大学的卞建民教授的硕士研究生李潇翰的硕士论文“基于试验及模型的冻融过程中水盐运移规律研究”，提出采用高密度电阻率成像法与ARCGIS中的地统计模块，对盐碱地剖面盐分含量进行监测及插值计算，设计并进行了室内冻融循环试验，分析了冻融条件下的水盐运移规律；④兰州大学武生智教授的硕士研究生贾森林的硕士论文“土壤一维水盐运移的双向耦合数值模拟”，提出基于水分运动方程和溶质运移方程，同时考虑参数的变化，得到了考虑盐分浓度对土壤参数的修正模型，并应用修正后的模型对一维水盐运移问题进行了数值模拟；⑤长安大学包卫星、杨晓华、谢永利等2006年在岩土工程学报上发表的“典型天然盐溃土多次冻融循环盐胀试验研究”及在工程地质学报上发表的“天然盐溃土冻融循环时水盐迁移规律及强度变化试验研究”文中提出选取典型的天然盐溃土，在自制的开放性系统中进行室内模拟试验，进行多次冻融循环后，从土的类别角度研究了天然盐溃土的盐胀规律，同时也对不同土类天然盐溃土的水盐迁移规律及强度变化进行了探讨；⑥长安大学张莎莎、谢永利、杨晓华等2010年在岩土力学上发表的“典型天然粗粒盐溃土盐胀微观机制分析”中为研究多次冻融循环后天然盐溃土的盐胀特性及盐胀机制，对料场的天然盐溃土进行了室内基本工程性质试验和大尺寸多次冻融循环盐胀模型试验，并对多次冻融循环后的天然盐溃土进行水分迁移及扫描电镜分析；⑦新疆农业大学张远芳等，申请号为201310648394.7的“一种适用于天然盐溃土的冻融循环检测装置”的专利，设计了一种对天然盐溃土在自然环境下的冻融循环现象进行模拟并进行全自动数字监测的装置，在室内模拟天然盐溃土的形成过程，研究天然盐溃土在多次冻融循环过程中的变化规律；张远芳老师的一些相关论文也对罗布泊地区的天然盐溃土进行了室内基本工程特性试验研究和冻胀溶陷性试验研究，并分析了不同影响因素对力学参数的室内三轴试验研究，揭示了不同影响因素对力学参数的影响规律。
[0004]综合分析目前国内外关于盐溃土的研究成果，无论是研究手段还是研究方法都比较落后；虽然研究方法已由室内添加不同含盐量分析盐溃土的工程特性逐步转变为利用大型室内模拟试验系统进行盐溃土的模拟试验研究，同时室外的实时检测也逐步开始，主要是对水盐的运移规律进行了分析，对盐溃土的形成机理研究较少，特别是对于高严寒地区天然盐溃土的室外监测系统研究更是甚少，对室内模拟试验与室外实时监测两者的结合分析研究更是尚属少见；针对当前的西北地区的发展需要，对天然盐溃土的室外进行自动监测系统的研制很有必要，同时也是对室内天然盐溃土模拟试验研究成果的正确与否的有力验证。能够进一步推动盐溃土地区的工程建设。
【发明内容】
[0005]有鉴于当前的发展现状，本发明的目的在于提供一种适用于室外天然盐溃土形成过程中水分-盐分-温度等因素测量的实时监测系统，研究天然盐溃土的形成机理，从而便于为室内天然盐溃土模拟试验的研究提供有力验证，更有效地为工程建设提供技术支持，彰显科学技术的进步。
[0006]本发明的思路是通过室外实时监测、现场存储、远距离传输、室内接收等过程自动地对盐溃土形成过程中各因素实时的数据进行记录，从而实现对盐溃土的形成过程进行全自动监测；具体过程是在所研究的区域进行多次分层水平方向埋设水分传感器、盐分传感器、温度传感器，所有传感器的导线分别与数据采集处理装置连接，数据采集处理装置分别连接于室外无线控制模块和电源连接板，室外无线控制模块也分别与室外无线天线和电源连接板连接，对所采集的数据或接受的信号进行处理，通过无线信号与室内信息控制系统进行信息传输；室内信息控制系统与计算机数据处理系统连接，便于对所采取的数据进行分析处理；室外信息控制系统与太阳能能源系统连接，便于为室外仪器的工作提供电能；从而实现对天然盐溃土的形成机理进行全自动监测，分析盐溃土形成过程中各因素的变化规律及相互之间的耦合关系。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种室外天然盐溃土形成机理的室外自动监测系统，所述的室外天然盐溃土监测系统主要包括:室外信息控制系统、太阳能能源系统、室内信息控制系统和计算机数据处理系统四部分组成。
[0008]所述的室外信息控制系统主要通过把盐分传感器、水分传感器、温度传感器在野外进行埋设，在选定的监测区域内垂直分六层进行布置，在每层的水平面内平行放置盐分传感器、水分传感器、温度传感器各一个，所有的六层布置方法相同；所有传感器的数据线与数据采集处理装置连接，数据采集处理装置与室外无线控制模块连接，室外控制无线控制模块与室外无线传输天线连接，数据采集处理装置和室外无线控制模块分别与电源连接板连接，电源连接板与太阳能能源系统连接。
[0009]所述的太阳能能源系统主要由太阳能接收板、光能转化模块、电源连接板、电能控制模块和蓄电池组成，太阳能接收板与光能转化模块连接，光能转化模块分别与电能控制模块，电能控制模块分别连接于蓄电池和电源连接板连接接口。
[0010]所述的室内信息控制系统主要由室内无线控制模块、电源连接板和信息处理装置组成；室内无线控制模块分别与室内无线传输天线和信息处理装置连接，信息处理装置和室内