一种模拟环境气候对土体影响的测试箱

摘要

本发明公开了一种模拟环境气候对土体影响的测试箱，包括箱体和箱盖，箱体的上端敞口，箱盖可拆卸的盖设在箱体上端的敞口处，且箱盖的下端设有加热器，加热器用以对箱体内进行调温，箱体的具有与其内部连通的进水口和出水口，箱体内底壁上具有测试工位，箱体内位于测试工位的上方设有喷头和测量装置，测试工位处用以竖直放置装纳有土样块的样品件，喷头用以向样品件上喷水以模拟降雨渗透至样品件内，测量装置用以测量土样块涨缩量，箱体的侧壁上或箱盖的上端设有抽真空口，抽真空口用以与真空泵的进气口连通，其结构简单，可靠性好且智能化程度高。

说明书

技术领域

本发明属于资源环境与土力学试验技术领域，具体涉及一种模拟环境气候对土体影响的测试箱。

背景技术

通常土体浸水后体积会出现膨胀，失水后体积会收缩，掌握土体在不同天气环境下的宏观和微观性能对农业、滑坡灾害治理及建筑工程极为重要。为了研究不同土体在环境变化下的特性，现有测试岩土干湿状态的试验仪不能较好模拟降雨、日照、风力及温湿度对土体的影响，同时其试验周期长、成本高且效率低。现有的试验仪器需要将试样从试验箱中取出，进行烘干或自然风干，无法连续地模拟岩土实际干与湿的循环试验过程，中途易破坏土样导致试验失败且智能化欠缺。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、试验效率高、测量数据精准、工作量少且经济环保的模拟环境气候对土体影响的测试箱。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种模拟环境气候对土体影响的测试箱，包括箱体和箱盖，所述箱体的上端敞口，所述箱盖可拆卸的盖设在所述箱体上端的敞口处，且所述箱盖的下端设有加热器，所述加热器用以对所述箱体内进行调温，所述箱体的具有与其内部连通的进水口和出水口，所述箱体内底壁上具有测试工位，所述箱体内位于所述测试工位的上方设有喷头和测量装置，所述测试工位处用以竖直放置装纳有土样块的样品件，所述喷头用以向所述样品件上喷水以模拟降雨渗透至所述样品件内，所述测量装置用以测量所述土样块涨缩量，所述箱体的侧壁上或箱盖的上端设有抽真空口，所述抽真空口用以与真空泵的进气口连通。

上述技术方案的有益效果在于：如此可在箱盖盖设时，使得箱体内的空间处于较为封闭的空间，这样使得试验受外界影响较小，另外可由加热器模拟太阳对样品件进行加热，而喷头模拟降雨，从而根据需要在箱体内模拟不同气候环境下土样块的涨缩特性。

上述技术方案中所述测试工位设有多个，且所述喷头和测量装置均设有多个，且每个所述测试工位的上方分别设有一个所述测量装置和至少设有一个所述喷头。

上述技术方案的有益效果在于：如此可在相同条件下对多个同种土质的土样块进行平行实验，或在相同条件下对不同土质的土样块进行比较实验。

上述技术方案中所述样品件包括样品筒和两个透水板，所述样品筒的上下两端敞口，且所述透水板与所述样品筒的内孔相匹配，两个所述透水板分别设置在所述样品筒内的上下两端，所述样品筒内位于两个所述透水板之间填充有所述土样块，位于上方的所述透水板的上方放置有配重块，所述喷头用以向位于上方的所述透水板喷水。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，此时样品筒可对土样块的环向进行保护，而水可经样品筒的上端和下端渗入到样品筒内以将土样块进行湿润。

上述技术方案中所述测量装置为测距探头，所述测量装置的测量端朝下，其用以测量所述配重块或位于上方的所述透水板在所述土样块涨缩时的竖向位移量。

上述技术方案的有益效果在于：如此通过测量土块样向上的涨缩量来衡量土样的特性。

上述技术方案中所述箱体内还设置有布水管，所述布水管具有一个进水端和多个出水端，所述喷头与所述布水管的一个出水端连通，所述布水管的进水端与所述进水口位于所述箱体内的一端连通。

上述技术方案的有益效果在于：如此由布水管将进水口通入的水部分分流至由喷头喷出，而余下部分的水直接流入到箱体内，并最终经出水口排出。

上述技术方案中还包括控制器，所述测量装置和加热器均与所述控制器电连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此可由控制器来控制加热器的工作状态，同时还可由控制器接收测量装置所测量的涨缩量参数

上述技术方案中所述箱体内还设有温度传感器，且所述温度传感器均与所述控制器电连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此可由温度传感器对箱体内的温度进行实时监测，并将测量结果输送至控制器，再由控制器反馈调节加热器的运行状态。

上述技术方案中所述箱体的内底壁上位于所述测试工位处还设有称重传感器，所述称重传感器用以称量所述测试工位处的样品件和土样块的总重，所述称重传感器与所述控制器电连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此可由沉重传感器对测试工位处的样品件和土样块的总重进行实时称量，如样品件和土样块处于干燥状态时的总重和样品件润湿后样品件和土样块的总重，并将测量的结果输送至所述控制器进行处理。

上述技术方案中所述箱体内还设有湿度传感器，所述湿度传感器与所述控制器电连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此可由湿度传感器对箱体内的湿度进行实时监测，并将测量结果实时输送至控制器。

上述技术方案中所述进水口处设有流量传感器，所述流量传感器与所述控制器电连接。

上述技术方案的有益效果在于：如此可由流量传感器实时监测进水口处的流量，并将测量结果实时输送至控制器。

附图说明

图1为本发明实施例所述模拟环境气候对土体影响的测试箱的结构简图；

图2为本发明实施例所述箱体及样品件的分布示意图；

图3为本发明实施例中所述样品件的爆炸图；

图4为本发明实施例中所述样品件与土样块的配合图；

图5为本发明实施例中箱体、样品件、喷头和测量装置的分布示意图；

图6为本发明实施例中控制器的电连接图。

图中：1箱体、11喷头、12测量装置、13进水口、14出水口、15布水管、16抽真空口、2箱盖、21加热器、3样品件、31样品筒、32透水板、33配重块、4土样块、5真空泵、6控制器、71温度传感器、72称重传感器、73湿度传感器、74流量传感器、75压强传感器、8水箱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种模拟环境气候对土体影响的测试箱，包括箱体1和箱盖2，所述箱体1的上端敞口，所述箱盖2可拆卸的盖设在所述箱体1上端的敞口处，且所述箱盖2的下端设有加热器21，所述加热器21用以对所述箱体1内进行调温，所述箱体1的具有与其内部连通的进水口13和出水口14，所述箱体1内底壁上具有测试工位，所述箱体1内位于所述测试工位的上方设有喷头11和测量装置12，所述测试工位处用以竖直放置装纳有土样块4的样品件3，所述喷头11用以向所述样品件3上喷水以模拟降雨渗透至所述样品件3内，所述测量装置12用以测量所述土样块4涨缩量，所述箱体1的侧壁上或箱盖2的上端设有抽真空口16，所述抽真空口16用以与真空泵5的进气口连通，如此可在箱盖盖设时，使得箱体内的空间处于较为封闭的空间，这样使得试验受外界影响较小，另外可由加热器模拟太阳对样品件进行加热，而喷头模拟降雨，从而根据需要在箱体内模拟不同气候环境下土样块的涨缩特性。优选的，所述箱体为方体形箱，所述箱盖为方形，所述箱盖可转动安装在所述箱体的上端，其可转动至将所述箱体的上端打开或关闭，所述箱盖的下端(转动将箱体关闭时的下端)间隔均匀的设有多个加热器(所述加热器可采用电加热板)，此时多个所述加热器可对箱体内进行均匀的加热，另外真空泵的抽真空时一来可以使得箱体内呈负压，另外还可使得气流在箱体内流动以模拟箱体内吹风。

其中，所述喷头可以采用流量可调式喷头。

上述技术方案中所述测试工位设有多个，且所述喷头11和测量装置12均设有多个，且每个所述测试工位的上方分别设有一个所述测量装置12和至少设有一个所述喷头11，如此可在相同条件下对多个同种土质的土样块进行平行实验，或在相同条件下对不同土质的土样块进行比较实验。优选的，多个所述测试工位在所述箱体内底壁上呈矩阵分布(如两行三列)，或多个所述测试工位在所述箱体内直接呈一行分布。

如图3和图4所示，上述技术方案中所述样品件3包括样品筒31和两个透水板32(所述透水板可以是透水石板)，所述样品筒31的上下两端敞口，且所述透水板32与所述样品筒31的内孔相匹配，两个所述透水板32分别设置在所述样品筒31内的上下两端，所述样品筒31内位于两个所述透水板32之间填充有所述土样块4，位于上方的所述透水板32的上方放置有配重块33，所述喷头11用以向位于上方的所述透水板32喷水，其结构简单，此时样品筒可对土样块的环向进行保护，而水可经样品筒的上端和下端渗入到样品筒内以将土样块进行湿润。另外，所述透水板与所述土样块之间还可垫设一张滤纸，如此可避免土样块内的泥渍渗出。其中，所述配重块的重量可以根据需要进行选择。

如图5所示，上述技术方案中所述测量装置12为测距探头(所述测距探头可采用激光测距探头，其测量灵敏度高)，所述测量装置12的测量端朝下，其用以测量所述配重块33或位于上方的所述透水板32在所述土样块4涨缩时的竖向位移量，如此通过测量土块样向上的涨缩量来衡量土样的特性。由于土样块的湿度增加后其会膨胀，而膨胀时会挤压位于上方的透水板向上移动，此时测量装置测得透水板向上移动的位移量即可视为土样块向上的膨胀量，同理，当土样块的湿度降低后其会收缩，而收缩时位于上方的透水板会向下移动，此时测量装置测得透水板向上移动的位移量即可视为土样块的收缩量。

其中，上述技术方案中所述箱体1内还设置有布水管15，所述布水管15具有一个进水端和多个出水端，所述喷头11与所述布水管15的一个出水端连通，所述布水管15的进水端与所述进水口13位于所述箱体1内的一端连通，如此由布水管将进水口通入的水部分分流至由喷头喷出，而余下部分的水直接流入到箱体内，并最终经出水口排出。其中，所述布水管宜为硬质管，其具有主管路以及与主管路连通的第一支管路和第二支管路(主管路、第一支管路和第二支管路均为硬质管)，其中，箱体内上端位于每一列或每一行测试工位的上方横设有一根第一支管路(第一支管路的根数根据需要设定，且第一支管路远离主管路的一端封堵)，每个所述测试工位对应的喷头与经过其上方的第一支管路连通，而第二支管路的根数根据需要设定，且其远离主管路的一端位于箱体内并构成一个出水端，其用以向箱体内加水，模拟地表雨水流动，其中，所述第一支管路上安装有喷头的位点均可构成一个出水端。所述第一支管路还可作为测距装置的安装架。

如图6所示，上述技术方案中还包括控制器6，所述测量装置12和加热器21均与所述控制器6电连接，如此可由控制器来控制加热器的工作状态，同时还可由控制器接收测量装置所测量的涨缩量参数，其中，所述控制器可采用电脑。

上述技术方案中所述箱体1内还设有温度传感器71，且所述温度传感器71均与所述控制器6电连接，如此可由温度传感器对箱体内的温度进行实时监测，并将测量结果输送至控制器，再由控制器反馈调节加热器的运行状态。

上述技术方案中所述箱体1的内底壁上位于所述测试工位处还设有称重传感器72，所述称重传感器72用以称量所述测试工位处的样品件3和土样块4的总重，所述称重传感器72与所述控制器6电连接，如此可由沉重传感器对测试工位处的样品件和土样块的总重进行实时称量，如样品件和土样块处于干燥状态时的总重和样品件润湿后样品件和土样块的总重，并将测量的结果输送至所述控制器进行处理。

上述技术方案中所述箱体1内还设有湿度传感器73，所述湿度传感器73与所述控制器6电连接，如此可由湿度传感器对箱体内的湿度进行实时监测，并将测量结果实时输送至控制器。

上述技术方案中所述进水口13处设有流量传感器74，所述流量传感器74与所述控制器6电连接，如此可由流量传感器实时监测进水口处的流量，并将测量结果实时输送至控制器。

上述技术方案中所述真空泵5的进气口处设有压强传感器75，所述压强传感器75和真空泵5均与所述控制器6电连接，如此可由压强传感器来测量箱体的压强，并将测得的结果实时输送至控制器，同时由控制器根据压强传感器所测得结果实时反馈调节真空泵的工作状态。

还可在箱体外增设水箱8、所述水箱内装纳有水，且所述出水口与所述水箱内连通，另外还设有一个水泵，水泵的进水口与水箱内部连通，而水泵的出水口与所述进水口连通，所述水泵(可采用变频水泵)的也可与控制器电连接，如此由控制器调节水泵的流量，从而模拟不同降水量的气候情景。

本实施例所提供的模拟环境气候对土体影响的测试箱可通过控制器来调节水泵、加热器和真空泵的运行状态，从而智能的模拟环境气候变化来研究多因素的环境气候变化对土体的影响(变形、温度和含水量)。另外，真空泵和箱体内的加热器组合起来可对箱体内加热通风，并对箱体内的温度调节，从而能精准的模拟各种自然环境下的日照、风量、温度和湿度变化，从而提高试验的精准度；另外真空泵可加快箱体内土样块的湿化饱和，以减少试验时间来提高试验效率；设置测量装置能测量土样块在竖向的形变量，能实时监测土样的竖向形变数据；而在测试工位设置称重传感器可实时监测土样块的质量变化，从而实时计算土样块的含水率及其变化趋势；而为了模拟不同地深、不同压力环境下的土样块，在样品件上设置配重块来调节土样块承受的压力。

而设置温度传感器、称重传感器、湿度传感器、流量传感器和压强传感器可由控制器实时的获得相应的数据，从而使得整个模拟环境气候对土体影响的测试箱的智能化程度更高。

本实施例所提供的模拟环境气候对土体影响的测试箱的试验方法包括如下步骤：

步骤1：制备土样块，将其放入到样品筒内，并在样品筒的两端分别放入透水泵(注意土样块与透水板接触的一侧垫设滤纸)，将装有土样块的样品件放入到测试工位处，并根据需要在位于上方的透水板上放置配重块(配重块的重量根据需要而定)，此时需使得与测试工位上方的喷头和测量装置均与样品件上下对齐(优选的，喷头和测量装置与位于上方的透水板对齐)；

步骤2：通过控制器控制水泵运行，并调节水泵出水口处的流量大小，并调节喷头的流量至适当的流量以模拟降雨；

步骤3：盖上箱盖(箱盖与箱体结合处缠设一圈透明胶布以进行密封处理)，并通过控制器控制真空泵运行以让土样块加速达到饱和；

步骤4：当土样块达到湿环境下的有荷饱和后，记录数据(记录箱体内温度、湿度、压强、土样块膨胀量和土样块含水率)，关闭水泵，箱体内的水经出水口排净；

步骤5：打开加热器，并由控制器控制加热器的运行功率，以模拟日照天气对土样块的影响，当土样块达到干环境下的有荷饱和后，记录数据(记录箱体内温度、湿度、压强、土样块膨胀量和土样块含水率)；

步骤6；根据需要重复步骤2-步骤4多遍，即完成实验，并整理实验数据(实验数据的整理属于本领域技术人员的公知尝试，在此不作赘述)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。