CN103344748A - 温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置和方法。本装置包括试样室、温度梯度控制装置以及温度和含水量采集装置。试样室由有机玻璃双层中空夹层套筒和盖板组成。温度梯度控制装置的上下端分别为高温控制装置和低温控制装置，包括恒温水浴箱、放置于试样室内部的加热室、置于试样两端的传热板以及全密闭循环管道。采用土体水分温度测试装置，同步实时量测土体的含水量和温度。这种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性的测试装置，设计简便、轻巧，操作方便，一体化性能好，测试精度高。

Description

温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置和方法

技术领域

本发明涉及一种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置和方法，属于岩土工程测量仪器制造技术及测试领域。

背景技术

温度梯度广泛存在于自然界中，比如，高放射性核废料深层地质处置工程中，最内层的核废料持续衰变产生较高的热能，位于外层的围岩屏障温度较低，这样对中间的工程屏障产生温度梯度作用，在该梯度作用下，工程屏障中作为缓冲/回填材料的非饱和高压实膨润土会产生变形，同时，土体内水分也会在温度梯度的作用下而重新分布。另外，埋设在地下的电缆长时间通电发热，温度升高。对周围土体也会产生温度梯度作用。还比如，垃圾填埋场、冻土地区等均存在温度梯度的作用。温度的变化引起热源附近的土体中的吸力、含水量等发生变化，引起土体渗透特性、土水特性以及热-水-力耦合特性的改变。

同时，在温度梯度作用下，土体产生变形。在核废料深层地质处置工程中，用作缓冲/回填材料的膨润土属于高膨胀性土，具有明显的干缩湿胀特性。近核废料一端处于高温区域，膨润土体失水收缩，在温度梯度作用下，土体中水分迁移，引起外围膨润土土体中含水量上升，产生膨胀作用，对周围的围岩又造成膨胀力的作用。而近核废料端膨润土土体的收缩开裂变形以及近围岩端膨润土体的膨胀变形均不利于核废料深层地质处置工程的稳定性与安全性。因此，非常有必要设计开发一种可以模拟温度梯度作用下土体中水分移动，并可量测土体变形的试验装置，用来研究土体在温度梯度作用下的变形规律及水分迁移机制。

土体边界端温度作用如何控制是该测试方法的关键。目前，对土体的温度控制主要是单边控制，即在土体的一端用“电阻丝加热”和“水浴加热”等方法来控制温度。“电阻丝加热”方法加热不均，且温度不易控制。用“水浴”法加热，加热水槽中的水分易蒸发，为保持水槽中水位不变，确保试样箱浸没水中的高度不变，需经常向水槽中注水，并且需要在水浴箱上方加防水布遮盖。另外，在温度梯度作用下土体各部位含水量的确定方法是该测试方法的另一个关键。目前，确定某一温度下土样的含水量，较多采用的是钻孔取样然后烘干称重法，这种方法只能得到试验结束后土体的含水量，不能实时量测到在某一温度下土体的含水量。另一种方法为切片取土烘干法，即在试验过程中打开试样箱，在土体边部切片取土，用烘干法测含水量，再关闭试样箱继续进行试验。这种方法对土样有一定程度的扰动，切片后土样与试样箱内壁贴合问题以及试样箱的密封性问题都会影响试验过程中温度及水分在土体中的传导。最后，量测在温度梯度作用下土体的变形也是该测试方法的关键。目前，对温度梯度作用下土体变形的研究还是在定性的层次，即在高温测土体失水产生收缩变形，在低温测由于水分迁移的作用土体产生膨胀变形，并没有对土体变形进行定量层次上的研究。

本发明所提出的温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性的测试方法，可以用来研究土体在温度梯度作用下的变形规律及水分迁移机制，该方法对饱和土和非饱和土试样均适用。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的不足，提供一种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置和方法，可在实时条件下量测土体的温度和含水量，得到土体不同位置处温度及含水量的变化规律，模拟温度梯度作用下土体中水分传输的过程。同时，该方法还可以量测土体不同位置处与不同温度和含水量对应的变形量，得到温度梯度作用下土体的变形规律。该仪器设计简便、轻巧，操作方便，一体性好，测试精度高。

为达到上述发明目的，解决现有技术问题，本发明的构思是：

一种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性的测试方法所依托的试验装置，包括试样室、温度梯度控制装置及温度和含水量采集装置。试样室由有机玻璃套筒和上下盖板组成。套筒为双层中空夹层结构，分为内套筒和外套筒，内外套筒之间放置隔热保温布，内套筒和外套筒侧面设有一竖排4个小圆孔放置传感器，上下盖板与套筒通过螺栓紧固件组成一体。温度梯度控制装置分为下端高温控制装置和上端低温控制装置，温控装置包括恒温水浴箱、放置于试样室内部的加热室、置于试样两端的传热板以及全密闭循环管道。恒温水浴箱采用温度控制器设定预期目标温度。温度和含水量采集装置采用土体水分温度测试装置，能够检测土体的含水量和温度，水分测量采用频域反射原理（TDR），温度测量采用接触式硅半导体传感方式，包括传感器探头和数据采集装置。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置，包括试样室，温度梯度控制装置以及温度和含水量采集装置，其特征在于：所述试样室由内套筒、外套筒、中间夹层、上盖板和下盖板构成，在内套筒与外套筒的侧面开有竖直均布的4个圆孔，圆孔内插有温度水分传感器探头；由螺栓将内套筒、外套筒与上盖板和下盖板紧密连接成一体；所述温度梯度控制装置是：一个下端高温水浴箱和一个上端低温水浴箱通过全密闭循环管道分别接通放置于试样室内部的一个上下加热室和置于内套筒内试样两端的上下传热板；所述温度和含水量采集装置采用土体水分温度测试装置是所述传感器探头连接数据采集装置；下端高温水浴箱和上端低温水浴箱采用温度控制器设定预期目标温度；所述全密闭循环管道上设有循环水泵；所述试样是直径为50mm±1mm，高为100mm±2mm的圆柱形试样，在试样上预先沿圆周方向画四个圆圈，将试样划分为4个区域，用来在试验结束后量测不同温度和含水量区域试样的竖向变形量。

所述试样室的内套筒和外套筒均为有机玻璃材料，内套筒与外套筒之间的中间夹层为隔热保温材料；内套筒内径为50mm±0.1mm，外径为66mm±0.1mm，高度为150mm±0.1mm，壁厚为8mm±0.2mm；外套筒内径为84mm±0.1mm，外径为100mm±0.1mm，高度为150mm±0.1mm，壁厚为8mm±0.2mm；在内套筒内壁距上下端面15mm±0.1mm处有一环形凹槽，用来固定传热板；该凹槽的半径为1mm±0.1mm；在内套筒与外套筒的侧面分别开有一竖排4个圆孔，直径为5mm±0.1mm，圆心距内套筒与外套筒底部距离依次为38mm±0.1mm，63mm±0.1mm，88mm±0.1mm，113mm±0.1mm，用来插入温度水分传感器探头，传感器不锈钢探头入土深度为25mm±0.5mm，直径为3mm±0.1mm；在内套筒内侧4个圆孔周围开有长方形槽，宽度为20mm±1mm，高度为106mm±1mm，深度为3mm±0.1mm；该方形槽中放置橡胶垫，该橡胶垫上预开4个小孔与内套筒侧面的竖排4个圆孔匹配；在内套筒与外套筒的竖排4个圆孔处塞橡木塞，外径为5mm±0.1mm，深度为25mm±0.5mm，橡木塞中间设孔，孔的直径与温度水分传感器尺寸相匹配，为3mm±0.1mm。

所述上下加热室为不锈钢容器，分别置于试样两侧，高度为30mm±0.2mm，底面直径为46mm±0.1mm；密闭循环管道为不锈钢材料，管路直径为2mm±0.1mm；水分温度传感器穿过内套筒和外套筒侧面的圆形小孔，插入试样室内的试样，圆形小孔直径为5mm±0.1mm；传热板为不锈钢材料，置于试样两侧，直径为50mm±1mm，高度为20mm±0.5mm；在传热板中间位置设有一环形凹槽，该凹槽半径为1mm±0.1mm，用来放置橡皮圈，橡皮圈半径与传热板的环形凹槽与内套筒内壁的环形凹槽匹配，为1mm±0.1mm。

所述试样室内套筒与外套筒的上下两侧的上盖板和下盖板为圆环状，上盖板和下盖板外径为132mm±1mm，圆环直径为30mm±0.5mm，上盖板的下表面和下盖板的上表面设有内外两圈凹槽，内套筒与外套筒安装固定嵌入在上盖板和下盖板的内外凹槽中；内外凹槽下凹深度为5mm±0.1mm，内凹槽的内径与内套筒的内径匹配，为50mm±1mm，外凹槽的内径与外套筒的内径匹配，为84mm±1mm；上盖板和下盖板高度为45mm±0.1mm；沿上盖板圆周方向平均设置3个通孔，通孔圆心距上盖板外缘8mm±0.5mm，通孔无螺纹，直径为6mm±0.1mm；沿下盖板圆周方向平均设置3个沉孔，沉孔圆心距下盖板外缘8mm±0.5mm；沉孔带有内螺纹，直径为6mm±0.1mm，深度为20mm±0.2mm；螺栓穿过上盖板的通孔旋入下盖板的沉孔，使上盖板和下盖板将内套筒和外套筒紧密箍住；螺栓采用外六角螺栓，其螺杆直径为6mm±0.1mm，螺杆高度为195mm±1mm，其螺帽外径为9mm±0.2mm，螺帽的高度为5mm±0.1mm。

一种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试方法，采用上述装置进行测试，其特征在于：测试操作步骤如下：①测试装置安装：将圆环形下盖板放置水平，将下端加热室搁置在下盖板的下凹空间内，并用管道将下端加热室与下端高温恒温水浴箱相连接；内套筒内壁下端的环形凹槽中嵌入橡皮圈，将下端传热板推入内套筒内壁，使橡皮圈卡入传热板中间的环形凹槽内，以固定下端传热板；将橡胶垫嵌入内套筒内壁的矩形凹槽内，然后将内套筒放置在下盖板上的内凹槽上固定；用记号笔在压实好的试样上沿圆周方向画四个圆圈，圆圈间的竖向间隔为25cm，即将试样平均划分为4个区域，用来在试验结束后量测不同温度和含水量区域试样的竖向变形量；将试样推入内套筒与下端传热板接触；在内套筒内壁上端的环形凹槽中嵌入橡皮圈，将上端传热板推入内套筒内壁，使橡皮圈卡入传热板中间的环形凹槽内，以固定上端传热板；在内套筒外壁缠绕保温材料，然后将外套筒放置在下盖板上的外凹槽上固定，注意外套筒与内套筒侧面的竖直均布圆孔应保证在一条直线上，将4个橡木塞依次放入外套筒与内套筒侧面的圆孔；在上端传热板上放置上端加热室，然后安装上盖板，使上盖板下方的外凹槽和内凹槽与外套筒和内套筒紧密接触；用管道将上端加热室与上端低温恒温水浴箱相连接；将温度和水分传感器穿入橡木塞插入试样中，将3个螺栓穿过上盖板的3个通孔旋入下盖板的沉孔，使上盖板和下盖板将内套筒和外套筒紧密箍住，至此，完成测试装置的安装；② 试验测试：通过下端高温恒温水浴箱和上端低温恒温水浴箱控制试样两端的温度；由4个温度和水分传感器实时量测试样不同部位的温度及含水量，画出试样不同高度处温度及含水量随时间的变化曲线，当曲线达到平稳时认为在该温度梯度作用下试样中水分迁移完成；试验结束，取出试样，量测试样上沿圆周方向四个圆圈之间的间距，以及试样上四个区域的径向直径，即可得到不同区域对应某一温度和含水量的土体的轴向变形量及径向变形量，最终得到温度和水分影响下土体的变形规律。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出的实质性特点和显著优点：

这种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试方法所依托的试验装置，采用恒温水水浴控制试样端部的温度，但不同于传统的加热方式，恒温水浴箱不直接接触试样室，而是通过全密闭循环管道将恒定温度的水传输至试样端部的加热室，避免了传统水浴加热的水分蒸发问题。第二，现有测试技术主要为单侧温度控制，试样另一端温度由大气温度控制。该试验装置在试样的两端均设有温控装置，即试样底端设有高温温控装置，在试样顶部还加设了低温温控装置，使试样顶部的温度更加精确，不随空气温度的变化而变化，能更精准的控制试样两端的温度梯度。第三，试样室的内套筒与外套筒间的中空夹层放置隔热布，避免试样室内试样与外界大气的温度交换，更好地保持试样室内的温度，同时，避免了隔热保温布置于试样室内部直接接触试样，产生试样与保温材料贴合不紧密的问题。第四，该试验装置采用土体水分温度测试装置可以实时量测土体的温度和含水量，快速准确，避免了钻孔取样及切片取样测含水量方法对试样的扰动及滞后性问题。同时，在试验结束后，通过量测不同区域对应某一温度和含水量的土体的高度及直径，得到温度和水分影响下土体的变形量，可以分析温度梯度作用及水分迁移影响下土体的变形规律。

这种测试方法所依托的试验装置，构造简单，设计轻巧，操作方便，一体化性能好，测试精度高。

附图说明

图1是本发明温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置的结构示意图。

图2是本发明温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置的内套筒剖视图。

图3是本发明温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置的上盖板俯视图。

图4是本发明温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置的上盖板仰视图。

图5是本发明温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置的上盖板剖视图。

图6是本发明温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置的下盖板剖视图。

具体实施方式

本发明的优选的实施例结合附图详述如下： 

实施例一： 

参见图1-6，本温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置，包括试样室13，温度梯度控制装置以及温度和含水量采集装置。试样室13由内套筒6、外套筒7、中间夹层、上盖板18和下盖板1构成。在内套筒6与外套筒7的侧面开有竖直均布的4个圆孔23，圆孔23内插有温度水分传感器探头11。由螺栓12将内套筒6、外套筒7与上盖板18和下盖板1紧密连接成一体。温度梯度控制装置包括下端高温水浴箱26、上端低温水浴箱15、放置于试样室13内部的上下加热室2、置于试样10两端的上下传热板4以及全密闭循环管道24。温度和含水量采集装置采用土体水分温度测试装置，包括传感器探头11和数据采集装置。下端高温水浴箱26和上端低温水浴箱15采用温度控制器设定预期目标温度。下端高温水浴箱26和上端低温水浴箱15中的全密闭循环管道24上设有循环水泵20。本土体温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置适于测量直径为50mm，高为100mm的圆柱形试样。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

参见图1和2，本发明温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置中试样室13的内套筒6、外套筒7为有机玻璃材料，构成双层中空夹层构造。内套筒6与外套筒7之间放置隔热保温材料8。内套筒6内径为50mm±0.1mm，外径为66mm±0.1mm，高度为150mm±0.1mm，壁厚为8mm±0.2mm；外套筒7内径为84mm±0.1mm，外径为100mm±0.1mm，高度为150mm±0.1mm，壁厚为8mm±0.2mm。在内套筒6内壁距上下底面15mm±0.1mm处有一环形凹槽17，用来固定传热板4。凹槽17的半径为1mm±0.1mm。在内套筒6与外套筒7的侧面分别开有一竖排4个圆孔23，直径为5mm±0.1mm，圆心距内套筒6与外套筒7底部距离依次为38mm±0.1mm，63mm±0.1mm，88mm±0.1mm，113mm±0.1mm，用来插入温度水分传感器探头11，传感器不锈钢探头11入土深度为25mm±0.5mm，直径为3mm±0.1mm。为了隔热止水，在内套筒6内侧圆孔23周围开有长方形槽25，宽度为20mm±1mm，高度为106mm±1mm，深度为3mm±0.1mm。该槽用来放置橡胶垫9，橡胶垫9上预开小孔，与内套筒6侧面的竖排圆孔匹配。在内套筒6与外套筒7的竖排圆孔处塞橡木塞19，外径为5mm±0.1mm，深度为25mm±0.5mm，橡木塞19中间设孔，孔的直径与温度水分传感器11尺寸相匹配，为3mm±0.1mm。

传热板4为不锈钢材料，置于试样10两侧，直径为50mm±1mm，高度为20mm±0.5mm。在传热板4中间位置设有一环形凹槽17，凹槽17半径为1mm±0.1mm，用来放置橡皮圈5，橡皮圈5半径与传热板4的环形凹槽17与内套筒6内壁的环形凹槽17匹配，为1mm±0.1mm。放置橡皮圈，一是为了固定加热板，二是为了密封试样室，使试样处于一个密闭空间。

下端高温水浴箱26和上端低温水浴箱15采用温度控制器设定预期目标温度。当温度传感器测得的水温达到目标值时停止加热，当水温低于预定目标值时重新加热。下端高温水浴箱26和上端低温水浴箱15中的水在循环水泵20的作用下流至试样室13内部的上下加热室2内，对试样10上下两端进行温度控制。试样室13内部的上下加热室2为不锈钢容器，分别置于试样10两侧，高度为30mm±0.2mm，底面直径为46mm±0.1mm。密闭循环管道24为不锈钢材料，管路直径为2mm±0.1mm。

参见图1，图3-6，本发明温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置中试样室13内套筒6与外套筒7的上下两侧设有不锈钢上盖板18和下盖板1。上盖板18和下盖板1为圆环状。上盖板18和下盖板1外径为132mm±1mm，圆环直径为30mm±0.5mm。上盖板18的下表面和下盖板1的上表面设有两圈凹槽27、28，内套筒6与外套筒7安装固定嵌入在上盖板18和下盖板1的凹槽27、28中，保证试样室13的密封性。凹槽27、28下凹深度为5mm±0.1mm，内凹槽28的内径与内套筒6的内径匹配，为50mm±1mm，外凹槽27的内径与外套筒7的内径匹配，为84mm±1mm。上盖板18和下盖板1高度为45mm±0.1mm。沿上盖板18圆周方向平均设置3个通孔16，通孔16圆心距上盖板18外缘8mm±0.5mm，通孔16无螺纹，直径为6mm±0.1mm。沿下盖板1圆周方向平均设置3个沉孔3，沉孔3圆心距下盖板1外缘8mm±0.5mm。沉孔3带有内螺纹，直径为6mm±0.1mm，深度为20mm±0.2mm。螺栓12穿过上盖板18的通孔16旋入下盖板1的沉孔3，使上盖板18和下盖板1将内套筒6和外套筒7紧密箍住。螺栓12采用外六角螺栓，其螺杆直径为6mm±0.1mm，螺杆高度为195mm±1mm，其螺帽外径为9mm±0.2mm，螺帽的高度为5mm±0.1mm。

实施例三：本实施例依托上述实验装置用于温度梯度下土体变形及含水量的测定方法，实验步骤如下：

1. 安装步骤：将圆环形下盖板1放置水平，将下端加热室2搁置在下盖板1的下凹空间内，并用管道24将下端加热室2与下端高温恒温水浴箱26相连接；内套筒6内壁下端的环形凹槽17中嵌入橡皮圈5，将下端传热板4推入内套筒6内壁，使橡皮圈5卡入传热板4中间的环形凹槽17内，以固定下端传热板4；将橡胶垫9嵌入内套筒6内壁的矩形凹槽25内，然后将内套筒6放置在下盖板1上的内凹槽28上固定；用记号笔在压实好的试样10上沿圆周方向画四个圆圈14，圆圈间的竖向间隔为25cm，即将试样10平均划分为4个区域，用来在试验结束后量测不同温度和含水量区域试样10的竖向变形量；将试样10推入内套筒6与下端传热板4接触；在内套筒6内壁上端的环形凹槽17中嵌入橡皮圈5，将上端传热板4推入内套筒6内壁，使橡皮圈5卡入传热板4中间的环形凹槽17内，以固定上端传热板4；在内套筒6外壁缠绕保温材料8，然后将外套筒7放置在下盖板1上的外凹槽27上固定，注意外套筒7与内套筒6侧面的竖直均布圆孔23应保证在一条直线上，将4个橡木塞19依次放入外套筒7与内套筒6侧面的圆孔23；在上端传热板4上放置上端加热室2，然后安装上盖板18，使上盖板18下方的外凹槽27和内凹槽28与外套筒7和内套筒6紧密接触；用管道24将上端加热室2与上端低温恒温水浴箱15相连接；将温度和水分传感器11穿入橡木塞19插入试样10中，将3个螺栓12穿过上盖板18的3个通孔16旋入下盖板1的沉孔3，使上盖板18和下盖板1将内套筒6和外套筒7紧密箍住，至此，完成试样的安装。

2. 试验方法：通过下端高温恒温水浴箱26和上端低温恒温水浴箱15控制试样10两端的温度；由4个温度和水分传感器11实时量测试样10不同部位的温度及含水量，画出试样10不同高度处温度及含水量随时间的变化曲线，当曲线达到平稳时认为在该温度梯度作用下试样10中水分迁移完成；试验结束，取出试样10，量测试样10上沿圆周方向四个圆圈14之间的间距，以及试样10上四个区域的径向直径，即可得到不同区域对应某一温度和含水量的土体的轴向变形量及径向变形量，最终得到温度和水分影响下土体的变形规律。 

Claims (5)

1.一种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置，包括试样室（13），温度梯度控制装置以及温度和含水量采集装置，其特征在于：所述试样室（13）由内套筒（6）、外套筒（7）、中间夹层、上盖板（18）和下盖板（1）构成，在内套筒（6）与外套筒（7）的侧面开有竖直均布的4个圆孔（23），圆孔（23）内插有温度水分传感器探头（11）；由螺栓（12）将内套筒（6）、外套筒（7）与上盖板（18）和下盖板（1）紧密连接成一体；所述温度梯度控制装置是：一个下端高温水浴箱（26）和一个上端低温水浴箱（15）通过全密闭循环管道（24）分别接通放置于试样室（13）内部的一个上下加热室（2）和置于内套筒（6）内试样（10）两端的上下传热板（4）；所述温度和含水量采集装置采用土体水分温度测试装置是所述传感器探头（11）连接数据采集装置；下端高温水浴箱(26)和上端低温水浴箱(15)采用温度控制器设定预期目标温度；所述全密闭循环管道（24）上设有循环水泵（20）；所述试样（10）是直径为50mm±1mm，高为100mm±2mm的圆柱形试样，在试样（10）上预先沿圆周方向画四个圆圈（14），将试样（10）划分为4个区域，用来在试验结束后量测不同温度和含水量区域试样（10）的竖向变形量。

2.根据权利要求1所述的温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置，其特征在于：所述试样室（13）的内套筒（6）和外套筒（7）均为有机玻璃材料，内套筒（6）与外套筒（7）之间的中间夹层为隔热保温材料（8）；内套筒（6）内径为50mm±0.1mm，外径为66mm±0.1mm，高度为150mm±0.1mm，壁厚为8mm±0.2mm；外套筒（7）内径为84mm±0.1mm，外径为100mm±0.1mm，高度为150mm±0.1mm，壁厚为8mm±0.2mm；在内套筒（6）内壁距上下端面15mm±0.1mm处有一环形凹槽（17），用来固定传热板（4）；该凹槽（17）的半径为1mm±0.1mm；在内套筒（6）与外套筒（7）的侧面分别开有一竖排4个圆孔（23），直径为5mm±0.1mm，圆心距内套筒（6）与外套筒（7）底部距离依次为38mm±0.1mm，63mm±0.1mm，88mm±0.1mm，113mm±0.1mm，用来插入温度水分传感器探头（11），传感器不锈钢探头（11）入土深度为25mm±0.5mm，直径为3mm±0.1mm；在内套筒（6）内侧4个圆孔（23）周围开有长方形槽(25)，宽度为20mm±1mm，高度为106mm±1mm，深度为3mm±0.1mm；该方形槽（25）中放置橡胶垫(9)，该橡胶垫(9)上预开4个小孔与内套筒(6)侧面的竖排4个圆孔（23）匹配；在内套筒(6)与外套筒(7)的竖排4个圆孔（23）处塞橡木塞(19)，外径为5mm±0.1mm，深度为25mm±0.5mm，橡木塞(19)中间设孔，孔的直径与温度水分传感器(11)尺寸相匹配，为3mm±0.1mm。

3.根据权利要求1所述的温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置，其特征在于：所述上下加热室（2）为不锈钢容器，分别置于试样（10）两侧，高度为30mm±0.2mm，底面直径为46mm±0.1mm；密闭循环管道（24）为不锈钢材料，管路直径为2mm±0.1mm；水分温度传感器（11）穿过内套筒(6)和外套筒(7)侧面的圆形小孔(23)，插入试样室(13)内的试样(10)；圆形小孔（23）直径为5mm±0.1mm，传感器（11）不锈钢探头入土深度为25mm±0.5mm，直径为3mm±0.1mm；传热板(4)为不锈钢材料，置于试样(10)两侧，直径为50mm±1mm，高度为20mm±0.5mm；在传热板(4)中间位置设有一环形凹槽(17)，该凹槽(17)半径为1mm±0.1mm，用来放置橡皮圈(5)，橡皮圈(5)半径与传热板(4)的环形凹槽(17)与内套筒(6)内壁的环形凹槽(17)匹配，为1mm±0.1mm。

4.根据权利要求1所述的温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置，其特征在于：所述试样室(13)内套筒(6)与外套筒(7)的上下两侧的上盖板(18)和下盖板(1)为圆环状，上盖板(18)和下盖板(1)外径为132mm±1mm，圆环直径为30mm±0.5mm，上盖板(18)的下表面和下盖板(1)的上表面设有内外两圈凹槽(27、28)，内套筒(6)与外套筒(7)安装固定嵌入在上盖板(18)和下盖板(1)的内外凹槽(27、28)中；内外凹槽(27、28)下凹深度为5mm±0.1mm，内凹槽（28）的内径与内套筒(6)的内径匹配，为50mm±1mm，外凹槽（27）的内径与外套筒(7)的内径匹配，为84mm±1mm；上盖板(18)和下盖板(1)高度为45mm±0.1mm；沿上盖板(18)圆周方向平均设置3个通孔(16)，通孔(16)圆心距上盖板(18)外缘8mm±0.5mm，通孔(16)无螺纹，直径为6mm±0.1mm；沿下盖板(1)圆周方向平均设置3个沉孔(3)，沉孔(3)圆心距下盖板(1)外缘8mm±0.5mm；沉孔(3)带有内螺纹，直径为6mm±0.1mm，深度为20mm±0.2mm；螺栓(12)穿过上盖板(18)的通孔(16)旋入下盖板(1)的沉孔(3)，使上盖板（18）和下盖板（1）将内套筒（6）和外套筒（7）紧密箍住；螺栓（12）采用外六角螺栓，其螺杆直径为6mm±0.1mm，螺杆高度为195mm±1mm，其螺帽外径为9mm±0.2mm，螺帽的高度为5mm±0.1mm。

5.一种温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试方法，采用根据权利要求1所述的温度梯度作用下土体变形及水分迁移特性测试装置进行测试，其特征在于：测试操作步骤如下：①测试装置安装：将圆环形下盖板（1）放置水平，将下端加热室（2）搁置在下盖板（1）的下凹空间内，并用管道（24）将下端加热室（2）与下端高温恒温水浴箱（26）相连接；内套筒（6）内壁下端的环形凹槽（17）中嵌入橡皮圈（5），将下端传热板（4）推入内套筒（6）内壁，使橡皮圈（5）卡入传热板（4）中间的环形凹槽（17）内，以固定下端传热板（4）；将橡胶垫（9）嵌入内套筒（6）内壁的矩形凹槽（25）内，然后将内套筒（6）放置在下盖板（1）上的内凹槽（28）上固定；用记号笔在压实好的试样（10）上沿圆周方向画四个圆圈（14），圆圈间的竖向间隔为25cm，即将试样（10）平均划分为4个区域，用来在试验结束后量测不同温度和含水量区域试样（10）的竖向变形量；将试样（10）推入内套筒（6）与下端传热板（4）接触；在内套筒（6）内壁上端的环形凹槽（17）中嵌入橡皮圈（5），将上端传热板（4）推入内套筒（6）内壁，使橡皮圈（5）卡入传热板（4）中间的环形凹槽（17）内，以固定上端传热板（4）；在内套筒（6）外壁缠绕保温材料（8），然后将外套筒（7）放置在下盖板（1）上的外凹槽（27）上固定，注意外套筒（7）与内套筒（6）侧面的竖直均布圆孔（23）应保证在一条直线上，将4个橡木塞（19）依次放入外套筒（7）与内套筒（6）侧面的圆孔（23）；在上端传热板（4）上放置上端加热室（2），然后安装上盖板（18），使上盖板（18）下方的外凹槽（27）和内凹槽（28）与外套筒（7）和内套筒（6）紧密接触；用管道（24）将上端加热室（2）与上端低温恒温水浴箱（15）相连接；将温度和水分传感器（11）穿入橡木塞（19）插入试样（10）中，将3个螺栓（12）穿过上盖板（18）的3个通孔（16）旋入下盖板（1）的沉孔（3），使上盖板（18）和下盖板（1）将内套筒（6）和外套筒（7）紧密箍住，至此，完成测试装置的安装；② 试验测试：通过下端高温恒温水浴箱（26）和上端低温恒温水浴箱（15）控制试样（10）两端的温度；由4个温度和水分传感器（11）实时量测试样（10）不同部位的温度及含水量，画出试样（10）不同高度处温度及含水量随时间的变化曲线，当曲线达到平稳时认为在该温度梯度作用下试样（10）中水分迁移完成；试验结束，取出试样（10），量测试样（10）上沿圆周方向四个圆圈（14）之间的间距，以及试样（10）上四个区域的径向直径，即可得到不同区域对应某一温度和含水量的土体的轴向变形量及径向变形量，最终得到温度和水分影响下土体的变形规律。

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