【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及農業水利工程設備，具體來說，涉及一種土體渠道室內檢測裝置與檢測方法。
技術介紹
1、農業用水占我國水資源使用量的60％以上，引水灌渠是農業水利工程的重要組成部分，在我國各灌區廣泛應用。輸水渠道普遍因土壤凍脹而導致混凝土襯砌板隆起、斷裂乃至滑塌脫落等不同程度的破壞，削弱了渠道襯砌結構的防滲能力，導致輸水效率大幅降低。針對混凝土襯砌板的修補也無濟于事，年年修、年年壞，其根本在于渠基土中水分在負溫梯度作用下向凍結鋒面遷移聚集，并隨季節變化產生凍脹融沉作用。
2、國內外對渠道抗凍脹的研究，主要集中在凍土的凍脹性質、本構關系、凍脹理論、數值模擬方法等理論層面，由于野外環境影響因素較多，其正確性和準確性很難被工程實體所客觀驗證。渠道等比例模型試驗是一種優秀的驗證方案，可以在室內控制變量，準確分析各理論的正確性和數值模擬方法的準確性，從而優化渠道的結構和材料設計，然而此類研究很少，其根本原因是缺乏一種等比例模型的室內試驗裝置及配套的檢測方法。該裝置和方法應滿足以下幾個特點：一是等比例，渠道模型是實體渠道的1:1模型，真實還原；二是全條件，渠道模型能夠模擬氣溫、降水、地下水位變化等各種工況及其組合；三是變形檢測精準科學，能夠準確檢測土體內部任一位置的三維變形。現有的各類裝置和方法，均不能滿足這幾個要求。
3、針對渠道凍脹監測，公開號為“cn104236623a”的專利技術專利公開了一種輸水渠道凍脹多功能自動化監測系統，該系統包括監測中心、數據采集傳輸系統和監測儀器，專利技術著重描述了其監測預警系統的宏觀聯系
4、針對渠道凍脹變形的測量，公開號為“cn103884313a”的專利技術專利公開了二維矢量測量巖土凍脹融沉的方法，該方法通過計算凍脹融沉變形沿法向和切向方向的變形量或凍脹融沉變形的矢量，從而在二維平面內同步監測切向和法向凍脹融沉變形量。這一方法提高了檢測精度，但檢測儀器設備較復雜，成本較高，適宜于在野外少量布置。公開號為“cn111562283a”的專利技術專利公開了一種自動量測渠道全斷面凍脹變形的儀器及測量安裝方法，該儀器以基準樁為不動點，通過自動測量平鋪于渠道全斷面的測量模塊讀數，實現對渠道整個斷面凍脹變形的實時測量，通過實測的數據，基于各測量模塊的幾何關系，即可算出渠道全斷面的凍脹變化量。這兩個方案都只能檢測渠道表面的變形，無法檢測渠道內部的變形。
5、針對渠道模型試驗，公開號為“cn106836110a”的專利技術專利公開了一種高地下水位灌區灌渠單向滲流模型試驗裝置，為箱體模型，裝置可以用于研究改善高地下水位地區灌渠防滲的方法，但不能檢測凍脹融沉變形和水分分布數據。
6、針對渠道凍脹力檢測，公開號為“cn111458062a”的專利技術專利公開了一種自動量測渠道三維凍脹力的儀器及其測量安裝方法，設置三維方向的測力模塊，可以長期自動測量輸水渠道的三維凍脹力，但沒有檢測凍脹變形和水分遷移的能力。
技術實現思路
1、針對相關技術中的問題，本專利技術提出一種土體渠道室內檢測裝置與檢測方法，以克服現有相關技術所存在的上述技術問題。
2、為此，本專利技術采用的具體技術方案如下：
3、一種土體渠道室內檢測裝置，包括步入式環境試驗箱、渠道模型、變形監測系統和溫度水分監測系統，所述步入式環境試驗箱上設有門、觀測窗和溫度控制系統，所述步入式環境試驗箱的頂部設有噴水機構，所述渠道模型位于所述步入式環境試驗箱內部，所述渠道模型包括外模板、內模板和土體構件，所述外模板放置在所述步入式環境試驗箱內部，所述內模板粘貼在所述外模板內壁上，所述內模板內部填筑有所述土體構件。
4、優選的，所述內模板內壁的四角處均設有注水管，所述注水管的底端埋入所述土體構件內部，所述注水管的頂端貫穿至所述土體構件的上方，所述注水管的管身呈梅花形布置有若干個注水孔，所述注水管的外表面包裹有反濾土工布，所述反濾土工布將所述注水孔遮擋住。
5、優選的，所述變形監測系統包括拉繩傳感器、圖形采集器和數據采集器，所述拉繩傳感器安裝在鋼架上，所述鋼架焊接固定在所述外模板上，所述拉繩傳感器上的拉繩與位于所述土體構件內的固定頭連接，所述固定頭上設有塑料片，所述塑料片與所述拉繩之間通過螺栓與螺母與連接固定，所述圖形采集器和所述數據采集器設置在所述步入式環境試驗箱的內壁上，所述拉繩傳感器和所述圖形采集器兩者與所述數據采集器電性連接。
6、優選的，所述溫度水分監測系統包括土壤傳感器，所述土壤傳感器埋設在所述土體構件的內部，所述土壤傳感器和所述數據采集器電性相連。
7、優選的，所述溫度控制系統包括冷風機、熱風機、高溫溫度傳感器和低溫溫度傳感器，所述冷風機和所述熱風機設置在所述步入式環境試驗箱的外側，所述冷風機和所述熱風機兩者的輸出端均貫穿至所述步入式環境試驗箱內部，所述高溫溫度傳感器和所述低溫溫度傳感器設置在所述步入式環境試驗箱內部。
8、優選的，所述噴水機構包括水箱、輸水管和噴水嘴，所述水箱設置在所述步入式環境試驗箱一側，所述水箱內設有水泵，所述水泵的輸出端設有所述輸水管，所述輸水管的端部貫穿至所述步入式環境試驗箱內部與若干個噴水嘴連接。
9、優選的，所述觀測窗為三層玻璃制成的真空保溫結構。
10、根據本專利技術另一個方面，提供了一種土體渠道室內檢測方法，用于土體渠道室內檢測裝置，包括以下步驟：
11、組拼渠道模型，安裝好組成渠道模型的外模板和內模板，在內模板內貼上一層防水薄膜，接縫處密封，防止水分外流，并在渠道模型的四角處安裝好注水管，測試溫度、噴水等功能正常；
12、土料制作，將稱量好的土料加入強制式攪拌機中，在強制式攪拌機攪拌過程中將稱量好的水噴灑進去，使得土料加濕均勻，握抓能夠成團，在腰部跌落能夠散開，即可制得土料；
13、土體構件施工，土體構件通過分層施工的方式制作，先在內模板內部虛鋪10-20cm土料，后夯實，當土層的高度上升到拉繩傳感器的埋設高度時，埋設拉繩傳感器的固定頭和土壤傳感器，土體構件渠坡的施工，需按層鋪設木模板支撐，再分層施工，木模板側加強夯實，防止脫模后垮塌，當土體構件施工到頂后，設定步入式環境試驗箱的溫度為20℃，靜置3-5天后拆除木模板，在外模板上焊接鋼架，把拉繩傳感器的固定端固定在鋼架上，并捋順拉繩傳感器和土壤傳感器的數據線，數據采集器開始監測變形數據和土壤含水率、溫度信息；
14、凍融試驗，待土體構件的土壤溫度、變形數據基本穩定后，將變形數據歸零，開始進入凍脹過程，設定步入式環境試驗箱的溫度為零下20℃，監測土體構件的變形和溫度、水分變化，待變形數據基本穩定后，可以結束凍脹過程，開始融沉過程，融沉過程設定步入式環境試驗箱的溫度為20℃，監測土體構件的變形和溫度、水分變化，待變形數據基本穩定后，可以結束融沉過程，下一步可終止試驗或進入下一循環本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，包括步入式環境試驗箱(1)、渠道模型(2)、變形監測系統(3)和溫度水分監測系統(4)，所述步入式環境試驗箱(1)上設有門、觀測窗(5)和溫度控制系統，所述步入式環境試驗箱(1)的頂部設有噴水機構，所述渠道模型(2)位于所述步入式環境試驗箱(1)內部，所述渠道模型(2)包括外模板(7)、內模板(8)和土體構件(9)，所述外模板(7)放置在所述步入式環境試驗箱(1)內部，所述內模板(8)粘貼在所述外模板(7)內壁上，所述內模板(8)內部填筑有所述土體構件(9)。
2.根據權利要求1所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述內模板(8)內壁的四角處均設有注水管(10)，所述注水管(10)的底端埋入所述土體構件(9)內部，所述注水管(10)的頂端貫穿至所述土體構件(9)的上方，所述注水管(10)的管身呈梅花形布置有若干個注水孔，所述注水管(10)的外表面包裹有反濾土工布，所述反濾土工布將所述注水孔遮擋住。
3.根據權利要求2所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述變形監測系統(3)包括拉繩傳感器(11)、圖
4.根據權利要求3所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述溫度水分監測系統(4)包括土壤傳感器(14)，所述土壤傳感器(14)埋設在所述土體構件(9)的內部，所述土壤傳感器(14)和所述數據采集器(13)電性相連。
5.根據權利要求4所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述溫度控制系統包括冷風機、熱風機、高溫溫度傳感器和低溫溫度傳感器，所述冷風機和所述熱風機設置在所述步入式環境試驗箱(1)的外側，所述冷風機和所述熱風機兩者的輸出端均貫穿至所述步入式環境試驗箱(1)內部，所述高溫溫度傳感器和所述低溫溫度傳感器設置在所述步入式環境試驗箱(1)內部。
6.根據權利要求5所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述噴水機構包括水箱、輸水管和噴水嘴(6)，所述水箱設置在所述步入式環境試驗箱(1)一側，所述水箱內設有水泵，所述水泵的輸出端設有所述輸水管，所述輸水管的端部貫穿至所述步入式環境試驗箱(1)內部與若干個噴水嘴(6)連接。
7.根據權利要求6所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述觀測窗(5)為三層玻璃制成的真空保溫結構，所述圖形采集器(12)有兩個，固定在所述步入式環境試驗箱(1)的相鄰內墻上，拍攝方向相互垂直。
8.一種土體渠道室內檢測方法，其特征在于，用于權利要求7所述的土體渠道室內檢測裝置，包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的一種土體渠道室內檢測方法，其特征在于，在土體構件施工步驟中：當土層的高度上升到拉繩傳感器(11)的埋設高度時，先用環刀檢測該層土體的密度，留樣測試含水率；在埋設拉繩傳感器(11)的固定頭時，先確定固定頭的精確位置，在固定頭的塑料片上覆蓋一層土體，手工壓實，再施工；埋設土壤傳感器(14)時，從土壤傳感器(14)的測頭端套入一小段方管，方管的截面尺寸貼近傳感器頭，約5cm長，將針狀測頭插入土體內部，將方管套在傳感器頭上，內部填充泡沫，緩沖保護，拉繩傳感器(11)上的鋼絲拉繩和水分傳感器的數據線應豎直向上，脫離土層；渠坡部位埋設的拉繩傳感器(11)上的鋼絲繩和數據線從合適的木模板上甩出，待拆模之后再整理；可通過注水管(10)向土體構件(9)加水，使得土層含水率在試驗需要的范圍。
10.根據權利要求8所述的一種土體渠道室內檢測方法，其特征在于，在土料制作步驟中，為保證混合土料的含水率是適宜的，可采取以下的方法：先控制土料的含水率為最優含水率-2％左右，使得土料不至于太干，也不至于太濕，人工翻拌3-4遍后，用防水布覆蓋一周，使水分分布均勻。
...【技術特征摘要】
1.一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，包括步入式環境試驗箱(1)、渠道模型(2)、變形監測系統(3)和溫度水分監測系統(4)，所述步入式環境試驗箱(1)上設有門、觀測窗(5)和溫度控制系統，所述步入式環境試驗箱(1)的頂部設有噴水機構，所述渠道模型(2)位于所述步入式環境試驗箱(1)內部，所述渠道模型(2)包括外模板(7)、內模板(8)和土體構件(9)，所述外模板(7)放置在所述步入式環境試驗箱(1)內部，所述內模板(8)粘貼在所述外模板(7)內壁上，所述內模板(8)內部填筑有所述土體構件(9)。
2.根據權利要求1所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述內模板(8)內壁的四角處均設有注水管(10)，所述注水管(10)的底端埋入所述土體構件(9)內部，所述注水管(10)的頂端貫穿至所述土體構件(9)的上方，所述注水管(10)的管身呈梅花形布置有若干個注水孔，所述注水管(10)的外表面包裹有反濾土工布，所述反濾土工布將所述注水孔遮擋住。
3.根據權利要求2所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述變形監測系統(3)包括拉繩傳感器(11)、圖形采集器(12)和數據采集器(13)，所述拉繩傳感器(11)安裝在鋼架上，所述鋼架焊接固定在所述外模板(7)上，所述拉繩傳感器(11)上的拉繩與位于所述土體構件(9)內的固定頭連接，所述固定頭上設有塑料片，所述塑料片與所述拉繩之間通過螺栓與螺母與連接固定，所述圖形采集器(12)和所述數據采集器(13)設置在所述步入式環境試驗箱(1)的內壁上，所述拉繩傳感器(11)和所述圖形采集器(12)兩者與所述數據采集器(13)電性連接。
4.根據權利要求3所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述溫度水分監測系統(4)包括土壤傳感器(14)，所述土壤傳感器(14)埋設在所述土體構件(9)的內部，所述土壤傳感器(14)和所述數據采集器(13)電性相連。
5.根據權利要求4所述的一種土體渠道室內檢測裝置，其特征在于，所述溫度控制系統包括冷風機、熱風機、高溫溫度傳感器和低溫溫度傳感器，所述冷風機和所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳葵，張正，孔祥芝，張興凱，張鴻飛，馬濤，劉晨霞，張揚三，張會梅，馬曉旭，馬新，姜楠，陸通，艾依布拉·吐爾遜別克，何亞楠，
申請(專利權)人：北京中水科海利工程技術有限公司，
類型：發明
國別省市：
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