一種室內(nèi)降雨條件下黃土水分遷移規(guī)律模擬試驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于巖±工程技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種室內(nèi)降雨條件下黃±水分遷移 規(guī)律模擬試驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 黃±在我國分布廣泛，主要分布在北締30~49度，東經(jīng)101~114度之間的北 方幾個省區(qū)，總面積大約有63萬平方公里，同時運些區(qū)域存在不同程度的季節(jié)性凍融。由 于地表的黃±大面積暴露于大氣中，受到諸如溫度、福射、蒸發(fā)、降水、邊坡的陰陽坡等外界 因素的影響，W及在季節(jié)凍融區(qū)凍融過程會引起黃±的水分遷移和水分重分布，加劇黃± 中水分的聚積，同時凍融過程會引發(fā)黃±±體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，強度降低、變形增大，運會加 劇黃±的濕陷變形。當(dāng)然，含水量的增大不僅降低黃±的強度，而且導(dǎo)致了一系列病害的發(fā) 生，如在路基工程出現(xiàn)沉陷、波浪、縱裂、水溝失穩(wěn)等病害；水利工程出現(xiàn)凍脹、塌岸、擱體開 裂等病害；市政工程出現(xiàn)沉陷、網(wǎng)裂等病害；在建筑工程中出現(xiàn)基坑邊坡失穩(wěn)，基坑支護結(jié) 構(gòu)破壞等病害；降水使黃±邊坡體的水量分布發(fā)生變化并導(dǎo)致坡體滑動等病害。重視和應(yīng) 用黃±在凍融循環(huán)過程中水分遷移與分布的特性規(guī)律在新世紀(jì)黃±力學(xué)特性和應(yīng)用的研 究中占據(jù)重要的地位。因此對進行黃±在凍融循環(huán)過程中水分遷移問題的研究，具有重要 的理論和實踐意義。目前，許多學(xué)者對黃±的水分遷移進行了大量的研究，但對黃±在凍融 循環(huán)過程中水分遷移機理闡述地還不透徹?，F(xiàn)有技術(shù)中還沒有能夠方便地在室內(nèi)進行黃± 水分遷移規(guī)律模擬的系統(tǒng)，也不能很好地在室內(nèi)進行黃±水分遷移規(guī)律特征參數(shù)的測定。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種室 內(nèi)降雨條件下黃±水分遷移規(guī)律模擬試驗系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)緊湊，使用操作方便，功能完備，為 進一步研究降雨條件下黃±水分遷移規(guī)律提供了途徑，實用性強，使用效果好，便于推廣使 用。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種室內(nèi)降雨條件下黃± 水分遷移規(guī)律模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于：包括室內(nèi)模擬系統(tǒng)箱體、黃±水分遷移規(guī)律特 征參數(shù)測量系統(tǒng)和試驗數(shù)據(jù)采集及控制器，W及設(shè)置在室內(nèi)模擬系統(tǒng)箱體內(nèi)部的冷熱一體 機、降雨模擬系統(tǒng)和地質(zhì)模型系統(tǒng)；
[0005] 所述降雨模擬系統(tǒng)包括嵌入安裝在室內(nèi)模擬系統(tǒng)箱體頂部的降雨槽和設(shè)置在降 雨槽底部的圓形降雨孔，所述降雨槽的頂部設(shè)置有降雨槽內(nèi)壓力控制管和與外部水源連接 的進水管，所述進水管上設(shè)置有進水電磁閥和進水水累，所述降雨槽內(nèi)壓力控制管上設(shè)置 有壓力控制電磁閥和壓力傳感器，所述降雨槽內(nèi)壓力控制管的端部連接有空氣壓縮機，所 述降雨槽的頂部內(nèi)壁上設(shè)置有用于對降雨槽的水位進行實時檢測的水位傳感器，所述降雨 孔的直徑為0. 5mm~Imm;
[0006] 所述地質(zhì)模型系統(tǒng)包括底座和通過多個千斤頂支撐安裝在底座上的地質(zhì)模型槽， 所述地質(zhì)模型槽的底部設(shè)置有用于在地質(zhì)模型槽內(nèi)底部形成儲水空間的經(jīng)締格柵板，所述 經(jīng)締格柵板上設(shè)置有多個出水孔桐，所述經(jīng)締格柵板的頂部設(shè)置有陶±板，所述陶±板的 四周邊沿均與地質(zhì)模型槽內(nèi)壁粘接，所述陶±板的頂部用于放置試驗±樣，所述試驗±樣 內(nèi)埋設(shè)有多個串聯(lián)的用于對試驗±樣進行加熱或制冷的半導(dǎo)體加熱制冷片；
[0007] 所述黃±水分遷移規(guī)律特征參數(shù)測量系統(tǒng)包括±壤溫度及含水率測量系統(tǒng)、降雨 徑流量測量系統(tǒng)和降雨出滲量測量系統(tǒng)，所述±壤溫度及含水率測量系統(tǒng)包括分多層埋設(shè) 在試驗±樣內(nèi)的多個±壤溫濕度傳感器，每層所述±壤溫濕度傳感器的數(shù)量均為多個，各 層中多個所述上壤溫濕度傳感器呈正方形網(wǎng)格均勻布設(shè)，多層中相鄰兩層的多個所述上壤 溫濕度傳感器均按相等間距上下相對布設(shè)；所述降雨徑流量測量系統(tǒng)包括降雨徑流量測量 量杯和設(shè)置在地質(zhì)模型槽側(cè)面的多個降雨徑流量測量孔，W及連接在所述降雨徑流量測量 孔上的降雨徑流量測量分管和與降雨徑流量測量分管連接并接入降雨徑流量測量量杯內(nèi) 的降雨徑流量測量總管；所述降雨出滲量測量系統(tǒng)包括降雨出滲量測量量杯和設(shè)置在地質(zhì) 模型槽底面上的多個降雨出滲量測量孔，W及連接在所述降雨出滲量測量孔上的降雨出滲 量測量分管和與降雨出滲量測量分管連接并接入降雨出滲量測量量杯內(nèi)的降雨出滲量測 量總管；所述降雨徑流量測量總管上設(shè)置有用于對未滲入試驗±樣內(nèi)的水流量進行實時檢 測的第二流量傳感器；
[0008] 所述試驗數(shù)據(jù)采集及控制器包括微控制器和與微控制器相接且用于與計算機連 接的串口通信電路，所述微控制器的輸入端接有按鍵操作電路，所述微控制器的輸出端接 有液晶顯示器、用于驅(qū)動進水電磁閥的第一電磁閥驅(qū)動器、用于驅(qū)動壓力控制電磁閥的第 二電磁閥驅(qū)動器、用于對進水水累的通斷電進行控制的第一繼電器、用于對空氣壓縮機的 通斷電進行控制的第二繼電器和用于驅(qū)動控制多個串聯(lián)的半導(dǎo)體加熱制冷片的加熱制冷 驅(qū)動控制電路，所述進水電磁閥與第一電磁閥驅(qū)動器的輸出端連接，所述壓力控制電磁閥 與第二電磁閥驅(qū)動器的輸出端連接，所述第一繼電器串聯(lián)在進水水累的供電回路中，所述 第二繼電器串聯(lián)在空氣壓縮機的供電回路中，所述半導(dǎo)體加熱制冷片與加熱制冷驅(qū)動控制 電路的輸出端連接，所述水位傳感器、壓力傳感器、第二流量傳感器和多個±壤溫濕度傳感 器均與微控制器的輸入端連接。
[0009] 上述的一種室內(nèi)降雨條件下黃±水分遷移規(guī)律模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述 降雨槽的側(cè)壁上設(shè)置有雨量刻度。
[0010] 上述的一種室內(nèi)降雨條件下黃±水分遷移規(guī)律模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于：各層 中多個所述上壤溫濕度傳感器呈ImXIm的正方形網(wǎng)格均勻布設(shè)，多層中相鄰兩層的多個 所述上壤溫濕度傳感器均按0. 5m的相等間距上下相對布設(shè)。
[0011] 上述的一種室內(nèi)降雨條件下黃±水分遷移規(guī)律模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于：所述 加熱制冷驅(qū)動控制電路包括光禪隔離忍片TLP521-1、運算放大器忍片化084、繼電器Kl、S 極管Q1、二極管D1、電阻Rl和電阻R10,所述光禪隔離忍片TLP521-1的第1引腳與巧V電 源的輸出端連接，所述光禪隔離忍片TLP521-1的第2引腳與電阻Rl的一端連接，所述電阻 Rl的另一端為加熱制冷驅(qū)動控制電路的第一輸入端IN1，所述光禪隔離忍片TLP521-1的第 4引腳與+12V電源的輸出端連接，所述運算放大器忍片TL084的第3引腳通過串聯(lián)的電阻 R3和電阻R2與光禪隔離忍片TLP521-1的第4引腳連接，且通過電阻R4接地，所述光禪隔離 忍片TLP521-1的第3引腳與電阻R3和電阻R2的連接端相接，所述運算放大器忍片化084 的第2引腳通過電阻R5接地，且通過電阻R7與運算放大器忍片化084的第I引腳相接，所 述運算放大器忍片化084的第5引腳通過電阻R6與運算放大器忍片化084的第1引腳相 接，所述運算放大器忍片化084的第6引腳通過電阻R9與運算放大器忍片化084的第7引 腳相接，且通過電阻R8接地；所述繼電器Kl的線圈的一端和二極管Dl的陰極均與+12V電 源的輸出端連接，所述繼電器Kl的線圈的另一端和二極管Dl的陽極均與=極管Ql的集電 極相接，所述繼電器Kl的常開觸點與所述運算放大器忍片化084的第7引腳相接，所述繼 電器Kl的常閉觸點與所述運算放大器忍片TL084的第1引腳相接，所述繼電器Kl的公共觸 點為加熱制冷驅(qū)動控制電路的輸出端OUT,所述S極管Ql的發(fā)射極接地，所述S極管Ql的 基極與電阻RlO的一端相接，所述電阻RlO的另一端為加熱制冷驅(qū)動控制電路的第二輸入 端IN2 ;所述加熱制冷驅(qū)動控制電路的第一輸入端INl和第二輸入端IN2均與微控制器的 輸出端連接，多個串聯(lián)后的所述半導(dǎo)體加熱制冷片與加熱制冷驅(qū)動控制電路的輸出端OUT 連接。
[0012] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點：
[0013] 1、本實用新型的結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計新穎合理，實現(xiàn)方便。
[0014] 2、采用本實用新型進行黃±水分遷移規(guī)律特征參數(shù)測定的使用操作方便，方法步 驟簡單。
[0015] 3、本實用新型是專口針對降雨條件下黃±水分遷移規(guī)律室內(nèi)模擬的試驗儀器，能 夠研究不同坡度、不同降雨強度下黃上在降雨入滲過程中、降雨條件下凍結(jié)過程中W及降 雨條件下消融過程中各特征參數(shù)的變化規(guī)律，W及黃±在降雨條件下凍融循環(huán)的水分遷移 規(guī)律，功能完備，為進一步研究降雨條件下黃±水分遷移規(guī)律提供了途徑。
[0016] 4、本實用新型降雨模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計新穎合理，能夠有效模擬降雨強度， 效果良好。
[0017] 5、本實用新型的地質(zhì)模型系統(tǒng)，能夠通過調(diào)節(jié)多個千斤頂?shù)母叨?，能夠?qū)崿F(xiàn)不同 坡度的工況模擬，與實際試驗工況的一致性較好。
[0018] 6、本實用新型的實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0019] 綜上所述，本實用新型的結(jié)構(gòu)緊湊，使用操作方便，功能完備，為進一步研究降雨 條件下黃±水分遷移規(guī)律提供了途徑，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。
[0020] 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本實用新型一種室內(nèi)降雨條件下黃±水分遷移規(guī)律模擬試驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0022] 圖2為本實用新型冷熱一體機、降雨模擬系統(tǒng)和地質(zhì)模型系統(tǒng)在室內(nèi)模擬系統(tǒng)箱 體的