本实用新型专利技术公开了一种多孔介质冻融过程渗流试验装置。该装置由渗流系统、流速压力控制系统、温度控制系统和数据采集系统四部分构成。渗流系统包括试样夹持器、试样、试样堵头、渗透液注入泵和渗透液；温度控制系统包括冷却板、低温弦变控制槽和保温材料；流速压力控制由恒压恒流计量泵实现对注水压力和流速的控制；数据采集系统包括温度探头、盐分探头、测压管及相对应的数据采集器。本实用新型专利技术结构简单，操作简便，可以实现温度从常温到低温到冻结再到融化全过程的模拟，并且可以测得冻融过程多孔介质饱和渗透水力参数，试验精度高。试验精度高。试验精度高。
【技术实现步骤摘要】
一种多孔介质冻融过程渗流试验装置
[0001]本技术涉及渗流试验领域，尤其涉及一种冻融条件下多孔介质渗流试验装置。
技术介绍
[0002]冬季冻结、夏季全部融化的土层为季节性冻土。我国季节性冻土主要分布于北纬30
°
以北地区，约占全国陆地面积的53.3％。冻融过程直接改变了冻融层多孔介质的渗透性，进而影响着季节性冻土区水文循环过程。开展冻融过程中多孔介质渗流特征研究对季节性冻土区水资源演变和水资源可持续开发利用与保护具有重要意义。
[0003]由于冻融作用主要发生于近地表范围内，当前的试验研究主要关注非饱和带的冻融过程水分和溶质迁移问题。对于不同含水饱和度情况下，多孔介质冻融过程中渗透性演化研究有待深入。
[0004]目前已有的模拟冻融过程渗流的试验装置，一般通过顶、底端对试样进行温度控制，由侧壁进行温度、压力监测，但是仍存在着以下问题和不足：
[0005](1)目前在进行冻融试验过程中，主要是借助于冷冻泵瞬时冷冻、瞬时回温，或梯形降温、梯形回温以实现对冻融过程的模拟，而自然界实际温度变化过程更接近弦变，现有试验装置所模拟的冻融过程与自然界温度变化过程不符，试验结果不能代表真实的自然冻融过程。
[0006](2)目前在进行冻融试验的过程中，制冷液通过冷却液进液管与冷却液出液管在冷却板上表面上进上出，试验样品的顶部和底部的面状均匀降温和升温不能够实现很好的控制，需要对顶部和底部的冷却板结构进行重新设计，以实现温度的均匀分布。
[0007](3)目前通常采用的在渗流试验样品夹持器外包裹保温材料的方式，还是无法避免外部环境对试验试样的温度影响。
[0008](4)已有的冻融试验系统在开展渗流试验时，通常采用先对样品进行冻结，然后再进行冻结后样品渗流试验，冻结
‑
渗流过程人为拆分成两个独立过程，不能够模拟不同冻结情况下的渗透性演化规律。
[0009]因此，目前缺乏一种精确、科学且全面的针对自然冻融过程中渗流发生过程的多孔介质渗流的试验装置与方法。
技术实现思路
[0010]本技术要解决的问题是针对现有冻融试验装置的不足，提供一种符合自然冻融过程中渗流发生过程的多孔介质渗流试验装置，该试验装置能够实现不同含水饱和度的多孔介质冻融过程中的渗透性演化规律的试验模拟。
[0011]为解决现有试验装置上的不足，本技术采用的技术方案是：
[0012]一种多孔介质冻融过程渗流试验装置，包括渗流系统、流速压力控制系统、温度控制系统、实验装置托架和数据采集系统；
[0013]进一步地，渗流系统包括试样夹持器和水流模拟系统。
[0014]进一步地，所述流速压力控制系统包括恒压恒流计量泵和测压管，所述恒压恒流计量泵与所述试样夹持器外接。
[0015]其中，试样夹持器内部放置试样。
[0016]其中，水流模拟系统与高精度的恒压恒流计量泵相连接，实现对注水压力和流速的控制。
[0017]优选地，试样夹持器为直径30cm、高50cm的内空双筒有机玻璃柱。
[0018]优选地，试样夹持器设置有真空抽气孔。
[0019]进一步地，该装置还包括位于上部的进水口和下部的出水口，其结构相同。
[0020]其中，位于上部的进水口包括渗流进水管、冷却板、试样堵头以及尼龙网，渗流进水管穿过冷却板连接相应的试样堵头上部的入口。
[0021]其中，位于下部的出水口包括渗流出水管、冷却板、试样堵头以及尼龙网，渗流出水管穿过冷却板连接相应的试样堵头下部的出口。
[0022]其中，尼龙网布置在试样堵头与试样之间，用于避免水流冲击等因素对试样表层的影响。
[0023]优选地，试样堵头的材质为铝合金，其表面分布有沟槽，以使水流可以均匀分布于试样。
[0024]进一步地，流速压力控制系统包括高精度的恒压恒流计量泵，且恒压恒流计量泵与试样夹持器外接，实现对注水压力和流速的控制。
[0025]进一步地，温度控制系统包括冷却板、低温弦变控制槽和保温材料。
[0026]其中，冷却板的上表面边缘处均匀布设多个出流孔，且中间设置有冷却液进液孔。
[0027]优选地，冷却板为传热性能好的内部中空的铝合金圆盘，其上表面均匀布设10个出流孔。
[0028]优选地，保温材料为厚4cm左右的绝热制品，包裹在试样夹持器外部。
[0029]进一步地，该装置还包括冷却液回液管和冷却液回流集液器。
[0030]其中，循环制冷液由10个出流孔经由与各孔相连的冷却液回液管汇集到冷却液回流集液器；冷却液回流集液器通过顶部出液口排出制冷液到低温弦变控制槽。
[0031]其中，低温弦变控制槽输出和回收循环制冷液，低温弦变控制槽与温度控制器外接，实现试验过程温度的弦变控制。
[0032]进一步地，数据采集系统包括温度探头、盐分探头、测压管及相对应的数据采集器。
[0033]优选地，数据采集系统由4个温度探头、4个盐分探头、4个测压管及相对应的数据采集器组成。
[0034]其中，每个探头与测压管由高到低排列在试样夹持器侧面，且每个探头的监测端均穿过保温材料，并埋设在试样中。
[0035]其中，每个探头均与数据采集仪相连接，在试验过程中对数据进行实时监测。
[0036]进一步地，该装置还包括托架，由托盘、长螺杆和螺帽构成，用于固定试样夹持器。
[0037]优选地，托架包括两个托盘、6根长螺杆以及12个螺帽。
[0038]与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：
[0039](1)本技术可以根据野外实际温度条件，通过低温弦变控制槽外接的温度控制器，实现试验温度的自然变化控制，使冻融试验过程温度变化与野外实际温度变化一致。
[0040](2)本技术在当前广泛采用的试验夹持器外部包裹隔热材料的方法基础上，设计出双筒有机玻璃作为试验样品夹持器，双筒之间进行密封抽真空的方法，更大程度上降低了试验过程中试样夹持器中的样品受外部环境温度的影响。
[0041](3)本技术通过连接高精度的恒速恒压计量泵控制注水压力和流速，保证了不同工况下的渗流试验精度。
[0042](4)本技术设计了中空圆盘式冷却板结构，在其上表面边缘处均匀布设10个出流孔，中间设置冷却液进液孔，使冷却液中心进，四周出，很好地实现了冷却板上温度的均匀分布。
[0043](5)本技术通过顶部冷却板和底部冷却板实现对试样施加稳定的温度边界条件，真实模拟自然界冻融过程温度场变化。
[0044](6)本技术通过数据采集系统对试验过程进行实时监测，避免了人为读数产生的误差。
附图说明
[0045]图1是多孔介质冻融过程渗流试验装置示意图。
[0046]图2是冷却板系统示意图。
[0047]图3是传感器布设示意图。
[0048]图4是试样堵头的断面结构示意图。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多孔介质冻融过程渗流试验装置，其特征在于：包括渗流系统、流速压力控制系统、温度控制系统、实验装置托架和数据采集系统；其中，所述渗流系统包括试样夹持器和水流模拟系统；所述流速压力控制系统包括恒压恒流计量泵和测压管，所述恒压恒流计量泵与所述试样夹持器外接；所述温度控制系统包括冷却板、低温弦变控制槽、温度探头以及保温材料；实验装置托架包括上托盘和下托盘，试样夹持器附接至上托盘和下托盘之间；所述数据采集系统包括温度探头、盐分探头、测压管以及相对应的数据采集器；其中，低温弦变控制槽连接有温度控制器，以用于实现实验温度根据自然温度变化而变化。2.根据权利要求1所述的多孔介质冻融过程渗流试验装置，其特征在于：所述装置还包括位于上部的进水口和下部的出水口，其中，上部的进水口包括渗流进水管、冷却板、试样堵头以及尼龙网，所述渗流进水管穿过冷却板连接相应的试样堵头上部的入口；下部的出水口包括渗流出水管、冷却板、试样堵头以及尼龙网，所述渗流出水管穿过冷却板连接相应的试样堵头下部的出口；其中，所述尼龙网布置在试样堵头与试样之间；其中，所述试样堵头的材质为铝合金，其表面分布有沟槽。3.根据权利要求1所述的多孔介质冻融过程渗流试验装置，其特征在于：所述试样夹持器为内空双筒有机玻璃柱，其设置有真空抽气孔，所述试样夹持器内部放置试样；所述水流模拟系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：王福刚，孙璟玮，王贺，于策廷，田海龙，袁益龙，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：
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