一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法

本发明涉及岩土工程试验，具体为一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法。

背景技术：

1、在土壤科学和环境工程领域，对于土体中水分和盐分的迁移规律的研究具有重要意义。目前，已有的实验仪器主要集中在温度梯度作用下的土体液态水迁移的研究上，同时也有学者对温度梯度影响下的气态水分迁移进行了测定和计算。但这些研究大多数专注于热-水-汽耦合过程，而对于水-热-盐耦合过程的研究相对较少。在盐分的测量方面，传统方法如切片法需要较长的试样和较长的试验时间，这在一定程度上限制了实验的效率和应用范围。此外，常见的加热方式如水浴加热，在实际操作中存在一些不便，如水分易蒸发、热量易损失，且可能会影响盐分迁移的测定结果。

2、有鉴于此，现设计一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法，包括恒温箱、上夹板、下夹板和配套模具；

3、所述恒温箱的内底部固定设有高精度天平；

4、所述上夹板、下夹板设置在恒温箱的内侧，且上夹板、下夹板上下拼接，上夹板、下夹板的外侧等距间隔设有若干组环箍，且上夹板、下夹板的两侧通过螺栓分别设有左夹板和右夹板，上夹板的顶部安装有水平仪，上夹板、下夹板的内侧设有保温外层、固定外衬和隔热内衬，所述保温外层、固定外衬和隔热内衬自外而内依次贴合设置；

5、所述隔热内衬内侧设有隔热棉、隔热板、加热板和盐溶液舱，所述隔热棉、隔热板、加热板、盐溶液舱自左夹板朝向右夹板一侧依次贴合设置，且隔热内衬内侧靠近右夹板处设有一盐溶液舱和一隔热棉；

6、所述保温外层、固定外衬和隔热内衬内穿插安装有水分传感器和盐分传感器；

7、所述恒温箱的顶部内与上夹板内穿插连接有第一注入管，所述第一注入管穿过保温外层、固定外衬、隔热内衬连接至其中一组盐溶液舱，右夹板内穿插连接有第二注入管，所述第二注入管穿过隔热棉连接至另一组盐溶液舱；

8、所述配套模具的外径长度与隔热内衬内径长度相适配，配套模具适于压实土样。

9、优选的，所述左夹板与隔热内衬相靠近的一侧均开设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内嵌设有第一密封圈。

10、优选的，所述隔热内衬的内壁与加热板的表面内均开设有第二环形凹槽，两组所述第二环形凹槽内连接有第二密封圈。

11、优选的，所述盐溶液舱外径长度与隔热内衬内径长度相适配，且盐溶液舱内贯通开设有若干组通孔。

12、优选的，所述水分传感器与盐分传感器均设有若干组，若干组水分传感器与若干组盐分传感器在空间上沿隔热内衬内壁螺旋式分布。

13、优选的，一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置，其测定方法包括以下步骤：

14、s1）准备好预留传感器孔洞的配套模具，取准备好的湿土，按目标干密度分层击实到配套模具中，密封静置24小时，使土柱内水分分布均匀；

15、s2）准备土柱模型，将实心塑料管从配套模具上抽出，将保养好的土体从配套模具内取出，从侧面预留开口放入测定装置中，使得土体置于隔热内衬内侧，将土体内的孔洞与传感器探头对齐，接着将保温外层、固定外衬、隔热内衬安装到位，接着将隔热棉、隔热板、加热板、盐溶液舱安装后，并将上夹板、下夹板、左夹板、右夹板等其它组件安装固定；

16、s3）将土柱模型放置在恒温箱中的高精度电子天平上，连接好相关线路，关注水分是否发生损失；

17、s4）在数据管理及处理系统上设置加热板温度t1（℃），将恒温箱温度设置为t2（℃），则试验土柱的温度梯度为，式中，为温度梯度（℃/cm），l为土样长度（cm）；

18、s5）开始试验，记录并保存数据；

19、s6）盐分采用电导率盐度盐分传感器测得在数据系统直接输出盐分浓度；

20、s7）在记录时，各传感器实时保存数值并记录，针对每一点绘制出该处含水量和盐分随时间的变化曲线，待整体稳定后，可以选择输出试验土柱含水量与测点位置的关系图；

21、s8）一组试验结束后，将土柱分成若干试样，将土柱的每一薄片分成两份，一份测定含水量，一份测定盐分浓度，最后各自结果默认直接乘2，在测量含水量时，采用烘干法测定，盐分浓度按照美国epa1312（usepa，1994）规定，用去离子水稀释干燥和粉碎土壤样品，使其固水比为1：20，准备样品进行化学分析，化学浓度数据通过电感耦合等离子体质谱获得，然后将水萃取物浓度以mol/kg的形式转换为化学浓度，将最终所得到的含水量及盐分浓度分别制图，汇成分布曲线。

22、优选的，s1）步骤中，传感器预留孔洞处设有相同粗细的可抽取实心塑料管，所述的可抽取实心塑料管直径长度与水分传感器探头直径长度、盐分传感器探头直径长度相适配。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1、该温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法通过在土柱封闭端施加温度，在土柱敞口端保持恒定环境温度，可模拟温度梯度作用下水分及盐分扩散现象，设置有严格隔热和密封措施，使得温度施加过程中热量和水分的损失尽可能减少；

25、2、该温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法通过集成高精度天平和传感器，能够实时监测水分和盐分的迁移量，提高了测定的准确性和实验的可重复性；

26、3、该温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法通过加热板和温控器施加温度梯度，采用隔热内衬和加热板的设计，避免了水浴加热中的热量损失问题，确保了温度的均匀和稳定，从而提高了实验结果的准确性；

27、4、该温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法结构紧凑，操作简便，能够适应不同的实验条件和需求，提高了实验的灵活性。

技术特征：

1.一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置，其特征在于：包括恒温箱（1）、上夹板（3）、下夹板（4）和配套模具（24）；

2.根据权利要求1所述的一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置，其特征在于：所述左夹板（6）与隔热内衬（10）相靠近的一侧均开设有第一环形凹槽（11），所述第一环形凹槽（11）内嵌设有第一密封圈（12）。

3.根据权利要求1所述的一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置，其特征在于：所述隔热内衬（10）的内壁与加热板（15）的表面内均开设有第二环形凹槽（23），两组所述第二环形凹槽（23）内连接有第二密封圈（19）。

4.根据权利要求1所述的一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置，其特征在于：所述盐溶液舱（22）外径长度与隔热内衬（10）内径长度相适配，且盐溶液舱（22）内贯通开设有若干组通孔。

5.根据权利要求1所述的一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置，其特征在于：所述水分传感器（16）与盐分传感器（17）均设有若干组，若干组水分传感器（16）与若干组盐分传感器（17）在空间上沿隔热内衬（10）内壁螺旋式分布。

6.根据权利要求1所述的一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置，其测定方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种温度控制下水分与盐分迁移测定方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法，该温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法通过在土柱封闭端施加温度，在土柱敞口端保持恒定环境温度，可模拟温度梯度作用下水分及盐分扩散现象，设置有严格隔热和密封措施，使得温度施加过程中热量和水分的损失尽可能减少，通过集成高精度天平和传感器，能够实时监测水分和盐分的迁移量，提高了测定的准确性和实验的可重复性，通过加热板和温控器施加温度梯度，采用隔热内衬和加热板的设计，避免了水浴加热中的热量损失问题，确保了温度的均匀和稳定，从而提高了实验结果的准确性，该温度控制下水分与盐分迁移测定装置及方法结构紧凑，操作简便，能够适应不同的实验条件和需求。技术研发人员：刘平,刘心瑶受保护的技术使用者：兰州大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25