【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及巖土工程試驗，尤其涉及一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統。
技術介紹
1、非飽和土水力參數的精確測定是巖土工程滲流計算分析的重要依據。非飽和土水力參數通常包括土水特征曲線和滲透系數曲線，通常地，非飽和土水力參數測定方法是采用壓力板儀等設備對單元試樣進行基質吸力分級控制，吸力達到平衡后測定土體的土水特征曲線；采用滲透儀等設備測量單元試樣的非飽和滲透系數，然而，此法獲取非飽和土水力參數通常需要等待比較長時間的吸力平衡，費時費力，并且土樣的土水特征曲線和非飽和滲透系統需要分開在兩個設備中測量，為了縮短試驗時間，近年來發展出了簡易蒸發法，簡易蒸發法通常采用簡易蒸發系統來進行，在簡易蒸發系統內安裝張力計和稱重天平等傳感器實時測量土體基質吸力和含水率變化，因為簡易蒸發法試驗時間短（例如，一般情況下黏土可在10天內完成蒸發試驗），并且在同一個簡易蒸發系統里可同時獲得土水特征曲線和非飽和滲透系數，所以近年來此種方法越來越受到非飽和土研究學者們的青睞。
2、目前現有簡易蒸發系統通常采用在試樣不同高度處安裝兩個張力計，然后把試樣筒放置在稱重天平上進行自由蒸發，蒸發過程中定期記錄稱重天平的讀數，從而反推出試樣含水率變化，然后通過張力計數據獲取試樣在蒸發過程中的吸力值，最后通過不同時刻記錄的試樣含水率值和吸力值可繪制試樣的土水特征曲線，并經計算可獲得試樣的非飽和滲透系數。
3、然而，現有簡易蒸發系統有四個缺陷：第一，采用簡易蒸發法時假設試樣底部的初始狀態是完全飽和狀態，并且含水率（吸力）沿試樣高度呈線性分布
4、因此，有必要提供一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統解決上述技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，解決了現有簡易蒸發系統存在試樣初始狀態水力梯度無法判定、試樣蒸發速率無法主動控制、蒸發過程中土樣和制樣筒壁易脫離產生干縮裂縫、傳感器線纜影響測量精確度等問題，導致非飽和土水力參數測量誤差大大增加的問題。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，包括：稱重傳感器、制樣筒外筒、土樣、底盤、第一張力計、第二張力計、第三張力計、無線發射采集器、電源發射模組、電源接收模組、透明有機玻璃箱和蒸發控制系統；
3、所述稱重傳感器固定安裝于所述透明有機玻璃箱底部，所述底盤設置于所述稱重傳感器的頂部，所述制樣筒外筒置于所述底盤之上，所述土樣設置于所述制樣筒外筒的內部，所述土樣和所述制樣筒外筒之間設置有膠液；
4、所述蒸發控制系統設置于所述透明有機玻璃箱內部的頂部，所述第一張力計設置于所述底盤的中間，所述第二張力計設置于所述制樣筒外筒外表面的一側，所述第三張力計設置于所述制樣筒外筒外表面的另一側，所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計的一側均固定連接有張力計線纜，所述無線發射采集器設置于所述張力計線纜的一側，三條所述張力計線纜的一端共同固定連接有線纜，所述電源接收模組設置于所述線纜的一端，所述電源發射模組設置于所述電源接收模組的一側，所述電源發射模組的一側固定連接有電源發射模組導線，所述電源發射模組導線的表面設置有支架，所述支架的底部固定連接有固定支座；
5、所述蒸發控制系統包括蒸發控制系統底板、支撐金屬板、散熱孔、蒸發控制腔、風扇、加熱器、加濕器和溫濕度傳感器。
6、優選的，所述底盤頂部的表面設置有螺旋凹槽，所述底盤表面的一側開設有排進水孔。
7、優選的，所述支撐金屬板設置于所述蒸發控制系統底板的底部，所述散熱孔開設于所述支撐金屬板的底部，所述蒸發控制腔設置于所述蒸發控制系統底板的頂部，所述風扇、加熱器、加濕器和溫濕度傳感器分別設置于所述蒸發控制腔內部的頂部。
8、優選的，所述制樣筒外筒為中空圓柱形，底部設置有外螺紋用于和所述底盤匹配安裝固定，制樣筒外筒的內徑大于土樣外徑，制樣筒外筒的內壁和所述土樣之間縫隙距離為2~5mm，所述土樣在擊實器和飽和缸內制備好并飽和后移入所述制樣筒外筒內部中心位置直立放置。
9、優選的，所述制樣筒外筒的材質要求使用在熱環境中無變形的金屬，使用不銹鋼和鋁合金的材質，防止所述土樣在蒸發過程中邊壁產生干縮裂縫。
10、優選的，所述膠液為采用環氧樹脂材料特制而成，能夠與所述土樣進行粘接但不流入所述土樣的孔隙內，并且所述膠液可以和所述制樣筒外筒的內壁很好的粘接，所述膠液固化之后會和所述土樣和所述制樣筒外筒膠結為一體，通過所述膠液的膠結作用，避免所述土樣在熱環境下與邊壁脫離形成干縮裂縫，解決了因為土樣周圍干縮裂縫產生的問題而造成的測量計算誤差。
11、優選的，所述第一張力計的上表面與所述底盤的上表面齊平，所述土樣的底面坐落于所述底盤的所述螺旋凹槽上，所述土樣中因飽和而多余的水分能夠自由滴落在所述底盤的所述螺旋凹槽內并通過所述排進水口排出，所述第一張力計的上表面和所述土樣的底面貼緊，可通過所述第一張力計的實時測量吸力值來判定所述土樣底部的初始飽和狀態，所述第二張力計和所述第三張力計分別穿過所述制樣筒外筒的側壁開孔并抵緊所述土樣的表面，所述第二張力計和所述第三張力計的作用是實時測量所述土樣蒸發過程中兩個高度處的基質吸力，所述第二張力計和所述第三張力計在所述土樣的安裝位置分別為所述土樣高度的/和/位置處，當所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計所測量吸力值為線性梯度時，即可作為蒸發試驗開始的起點，所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計的所述線纜均與所述無線發射采集器相連，所述無線發射采集器放置并固定在所述稱重傳感器上面，所述無線發射采集器的作用是把所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計的吸力數據進行實時采集，并通過內部設置的所述無線發射模本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，包括：稱重傳感器、制樣筒外筒、土樣、底盤、第一張力計、第二張力計、第三張力計、無線發射采集器、電源發射模組、電源接收模組、透明有機玻璃箱和蒸發控制系統；
2.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述底盤頂部的表面設置有螺旋凹槽，所述底盤表面的一側開設有排進水孔。
3.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述支撐金屬板設置于所述蒸發控制系統底板的底部，所述散熱孔開設于所述支撐金屬板的底部，所述蒸發控制腔設置于所述蒸發控制系統底板的頂部，所述風扇、加熱器、加濕器和溫濕度傳感器分別設置于所述蒸發控制腔內部的頂部。
4.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述制樣筒外筒為中空圓柱形，底部設置有外螺紋用于和所述底盤匹配安裝固定，制樣筒外筒的內徑大于土樣外徑。
5.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述制樣筒外筒的材質要求使用
6.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述膠液為采用環氧樹脂材料特制而成，能夠與所述土樣進行粘接但不流入所述土樣的孔隙內，并且所述膠液可以和所述制樣筒外筒的內壁很好的粘接。
7.根據權利要求2所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述第一張力計的上表面與所述底盤的上表面齊平，所述土樣的底面坐落于所述底盤的所述螺旋凹槽上，所述土樣中因飽和而多余的水分能夠自由滴落在所述底盤的所述螺旋凹槽內并通過所述排進水口排出，所述第一張力計的上表面和所述土樣的底面貼緊，可通過所述第一張力計的實時測量吸力值來判定所述土樣底部的初始飽和狀態，所述第二張力計和所述第三張力計分別穿過所述制樣筒外筒的側壁開孔并抵緊所述土樣的表面，所述第二張力計和所述第三張力計的作用是實時測量所述土樣蒸發過程中兩個高度處的基質吸力，所述第二張力計和所述第三張力計在所述土樣的安裝位置分別為所述土樣高度的/和/位置處，當所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計所測量吸力值為線性梯度時，即可作為蒸發試驗開始的起點，所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計的所述線纜均與所述無線發射采集器相連，所述無線發射采集器放置并固定在所述稱重傳感器上面，所述無線發射采集器的作用是把所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計的吸力數據進行實時采集，并通過內部設置的所述無線發射模塊采用物聯網ZigBee協議無線傳遞到電腦軟件中進行數據存儲。
8.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述無線發射采集器通過所述線纜與所述電源接收模組相連，所述電源發射模組通過所述支架和所述固定支座的固定可以懸置于所述電源接收模組的正上方，所述電源接收模組和所述電源發射模組之間的垂直距離為2~10mm，所述電源發射模組通過所述導線與外部穩壓電源連接，所述電源發射模組在外部電源的激勵作用下產生電磁感應，利用發射模組內的線圈激發產生電流，進而無線傳遞到所述電源接收模組上，所述電源接收模組可同時給所述無線發射采集器、所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計同時供電。
9.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述蒸發控制系統安裝固定于所述透明有機玻璃箱的頂部中心位置，所述蒸發控制系統為圓柱形，其外徑和所述制樣筒外筒的外徑相同，所述蒸發控制系統底板位于所述蒸發控制腔的下部，所述蒸發控制腔的上部用螺紋固定在所述透明有機玻璃箱上，所述蒸發控制腔為中空圓柱，所述加熱器和所述加濕器在所述蒸發控制腔的內部對稱安裝，所述風扇安裝于所述加熱器和所述加濕器中間，所述風扇控制從所述蒸發控制腔中排出空氣的風速和溫度，所述加熱器使所述蒸發控制腔內產生高溫，所述加濕器控制從所述蒸發控制腔中排出空氣的濕度，所述風扇、所述加熱器和所述加濕器上均設置有旋鈕開關，旋鈕開關均設置在所述透明有機玻璃箱外部，可通過無級調節旋鈕開關來任意調節風扇的風速、腔內空氣溫度和濕度，所述蒸發控制腔內產生的熱空氣可通過所述散熱孔排出，進而均勻擴散到所述土樣的表面。
10.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述土樣的表面距離所述蒸發控制系統底板的范圍為30~150mm，在所述蒸發控制腔內安裝所述溫濕度傳感器，可實時監測所述蒸發控制腔內空氣的溫濕度，根據簡易蒸發試驗所用土...
【技術特征摘要】
1.一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，包括：稱重傳感器、制樣筒外筒、土樣、底盤、第一張力計、第二張力計、第三張力計、無線發射采集器、電源發射模組、電源接收模組、透明有機玻璃箱和蒸發控制系統；
2.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述底盤頂部的表面設置有螺旋凹槽，所述底盤表面的一側開設有排進水孔。
3.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述支撐金屬板設置于所述蒸發控制系統底板的底部，所述散熱孔開設于所述支撐金屬板的底部，所述蒸發控制腔設置于所述蒸發控制系統底板的頂部，所述風扇、加熱器、加濕器和溫濕度傳感器分別設置于所述蒸發控制腔內部的頂部。
4.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述制樣筒外筒為中空圓柱形，底部設置有外螺紋用于和所述底盤匹配安裝固定，制樣筒外筒的內徑大于土樣外徑。
5.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述制樣筒外筒的材質要求使用在熱環境中無變形的金屬，防止所述土樣在蒸發過程中邊壁產生干縮裂縫。
6.根據權利要求1所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述膠液為采用環氧樹脂材料特制而成，能夠與所述土樣進行粘接但不流入所述土樣的孔隙內，并且所述膠液可以和所述制樣筒外筒的內壁很好的粘接。
7.根據權利要求2所述的一種快速測量非飽和土水力參數的簡易蒸發系統，其特征在于，所述第一張力計的上表面與所述底盤的上表面齊平，所述土樣的底面坐落于所述底盤的所述螺旋凹槽上，所述土樣中因飽和而多余的水分能夠自由滴落在所述底盤的所述螺旋凹槽內并通過所述排進水口排出，所述第一張力計的上表面和所述土樣的底面貼緊，可通過所述第一張力計的實時測量吸力值來判定所述土樣底部的初始飽和狀態，所述第二張力計和所述第三張力計分別穿過所述制樣筒外筒的側壁開孔并抵緊所述土樣的表面，所述第二張力計和所述第三張力計的作用是實時測量所述土樣蒸發過程中兩個高度處的基質吸力，所述第二張力計和所述第三張力計在所述土樣的安裝位置分別為所述土樣高度的/和/位置處，當所述第一張力計、所述第二張力計和所述第三張力計所測量吸力值為線性梯度時，即可作為蒸發試驗開始的起點，所述第...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳中奎，魏薇，郭浩文，陳銳，
申請(專利權)人：深圳市巖智科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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