CN106841015B - 一种智能型模拟岩土体劣化的试验装置及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能型模拟岩土体劣化的试验装置，包括：远端中心计算机，其与气象采集器通讯连接，气象采集器将采集到的外界环境数据输出至所述远端中心计算机；试验箱，其包括外箱和内箱，所述内箱的容纳腔被一托物架分割成容纳被测岩土体的上下两层，所述外箱的外侧壁设置有分别与所述远端中心计算机通讯连接的数据采集器和智能控制器；环境模拟构件，其与所述智能控制器通讯连接；环境检测构件，所述环境检测构件与所述数据采集器通讯连接。本发明还公开了一种使用智能型模拟岩土体劣化的试验装置进行劣化试验的模拟方法。本发明提供的试验装置能够实现在岩土体劣化模拟试验的过程中，准确地模拟外界环境，自动化程度高。

Description

一种智能型模拟岩土体劣化的试验装置及其模拟方法

技术领域

本发明涉及劣化试验模拟技术领域，更具体地说，本发明涉及一种智能型模拟岩土体劣化的试验装置及其模拟方法。

背景技术

目前，随着新技术的发展以及学科交叉的不断发展，实验室用试验箱也获得了大力发展。目前实验室常用的试验箱有干燥箱、生化培养箱、霉菌培养箱等，干燥箱主要是进行试验样品的烘干操作，其特点是可以人工控制干燥箱的温度，使得试验样品在人工设定的温度条件下进行脱水的过程。内部的组成结构主要为加热用炉丝、智能开关以及鼓风电机等，在岩土工程试验中适用范围较广。

生化培养箱在岩土工程中的主要功能是进行样品的养护，培养箱的特点是可以人工设定温度和湿度，其中温度通过电热炉丝以及制冷等温控系统进行控制，而湿度的控制则主要依靠外面提供的加湿器进行操作控制，操作相对较为繁琐。

霉菌培养箱在岩土工程中的应用相对较少，主要在生物工程中使用。该培养箱的主要特点是在生化培养箱的基础上增加了紫外线光源，实现了紫外光、以及温湿度同时控制的目标。培养箱的升级系列可以实现试验箱内部二氧化碳控制、温湿度控制以及白炽灯控制，但此种试验箱价格较高，一般实验室无法承担。

现有的试验箱内的温度主要通过加热炉丝以及鼓风电机吹风等方式进行提供，部分试验箱采用空压机进行温度调控；湿度的控制主要通过试验箱的箱体外部设置单独的加湿器进行湿度的操作和控制，试验箱内的湿度通过水蒸气提供；试验箱中能够提供的光源为白炽灯或者紫外线灯光，两种光源在试验箱内均预先设计好进行了固定操作。

现有的试验箱内的温度的控制，不论是电热炉丝和鼓风电机控温还是空压机控制温度，两种温控系统设置的温度只能反映试验箱内人工设定的温度，不能够模拟自然环境中由于太阳光光照强度变化而产生的温度变化，太阳光光照强度主要通过太阳光光照总辐射量这一指标来反映；湿度控制主要通过加湿器的形式雾化液态水进行湿度控制，该装置不能够反映自然界岩土体表面由于降雨前后的湿度变化，降雨过程中水直接喷洒在岩土体表面，而加湿器产生的雾化水蒸气只能够反映环境的湿度变化，无法反映水喷洒在岩土体表面这一过程，此外，降雨中雨水淋湿岩土体表面还有一种溅湿作用也是现有技术无法进行模拟的；

现有试验箱中提供的光源较为单一，霉菌培养箱只能够提供紫外线光源，而升级版的培养箱只能够提供白炽灯光源，且此中试验箱的成本往往很高，两种培养箱中的光源无法切换，光源较为单一，且上述已有的两种光源不能够模拟自然界中太阳光光照强度变化对于岩土体劣化的影响。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供了一种智能型模拟岩土体劣化的试验箱，该试验箱可真实地模拟自然界中岩土体的劣化过程，并且能实现模拟过程中的自动化和智能化。

本发明还有一个目的是提供了一种使用智能型模拟岩土体劣化的试验箱进行岩土体劣化试验的模拟方法，其能够实现智能化地模拟外界真实环境，从而获得岩土体的劣化数据。

为了实现上述目的，本发明提供了一种智能型模拟岩土体劣化的试验装置，包括：

远端中心计算机，其与气象采集器通讯连接，所述气象采集器接收来自所述远端中心计算机的指令，并将采集到的外界环境数据输出至所述远端中心计算机；

试验箱，其包括外箱和容置在所述外箱内的内箱，所述内箱的容纳腔被一托物架分割成容纳被测岩土体的上下两层，所述外箱的外内侧壁设置有分别与所述远端中心计算机通讯连接的数据采集器和智能控制器；

环境模拟构件，其与所述智能控制器通讯连接，所述环境模拟构件设置在所述内箱的内侧壁，以对内箱中的被测岩土体进行光照和/或喷淋；

环境检测构件，其与所述数据采集器通讯连接，所述环境检测构件设置在所述内箱的内侧壁，以将检测到的内箱中被测岩土体的所处环境数据；

其中，所述智能控制器接收所述远端中心计算机发送的外界环境数据和所处环境数据，并进行比较，以根据比较结果控制所述环境模拟构件调节内箱中被测岩土体的所处环境，使得所处环境数据与外界环境数据相同。

优选的是，所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中，所述环境模拟构件包括太阳光模拟灯、水雾化喷头以及雨水喷头。

优选的是，所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中，所述环境检测构件包括太阳总辐射传感器、温度传感器以及湿度传感器。

优选的是，所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中，所述环境模拟构件包括一个太阳光模拟灯、两个水雾化喷头以及四个雨水喷头。

优选的是，所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中，所述环境检测构件包括三个太阳总辐射传感器、五个温度传感器以及五个湿度传感器。

优选的是，所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中，所述远端中心计算机将接收到的所述三个太阳总辐射传感器检测的总辐射量、所述五个温度传感器检测的温度以及所述五个湿度传感器检测的湿度分别进行平均值计算，并将各自的平均值发送至所述智能控制器。

优选的是，所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中，所述一个太阳光模拟灯设置在所述内箱顶部的中心处；

所述两个水雾化喷头分别设置在所述内箱的左侧壁和右侧壁；

所述四个雨水喷头分别设置在所述内箱顶部，且所述一个太阳光模拟灯位于所述四个雨水喷头的中心。

优选的是，所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中，所述三个太阳总辐射传感器分别设置在所述内箱的底部、内箱的左侧壁以及内箱的右侧壁；

所述五个温度传感器中，其中两个温度传感器设置在内箱的顶部，剩下的三个温度传感器分别设置在内箱的底部、内箱的左侧壁以及内箱的右侧壁；

所述五个湿度传感器中，其中两个湿度传感器设置在内箱的顶部，剩下的三个湿度传感器分别设置在内箱的底部、内箱的左侧壁和内箱的右侧壁。

本发明还提供了一种使用智能型模拟岩土体劣化的试验装置对岩土体进行模拟的方法，包括：

制备或者选取一定密度以及含水量的岩土体试块，作为被测岩土体；并将所述被测岩土体放置在内箱的托物架上，并关闭内箱的箱门和外箱的箱门；

气象采集器将采集到的外界环境数据传输至远端中心计算机，环境检测构件将检测到的内箱中的被测岩土体的所处环境数据发送至远端中心计算机，所述远端中心计算机将所处环境数据和外界环境数据发送至智能控制器；所述智能控制器将外界环境数据和所处环境数据进行比较，以根据比较结果控制环境模拟构件调节内箱中被测岩土体的所处环境，使得所处环境数据与外界环境数据相同，从而实现被测岩土体的劣化试验模拟；

其中，在劣化试验模拟时，智能控制器选择性的开启和关闭环境模拟构件中的雨水喷头，当气象采集器采集到外界正处于下雨的状态，远端中心计算机将外界下雨的状态发送至智能控制器，智能控制器控制打开雨水喷头；当气象采集器采集到外界未处于下雨的状态，远端中心计算机将外界下雨的状态发送至智能控制器，智能控制器控制关闭雨水喷头。

本发明提供的试验装置中的试验箱包括外箱和内箱，内箱内设置有太阳光模拟灯、雨水喷头和水雾化喷头，结合相应的太阳总辐射传感器、温度传感器和湿度传感器，以及远端中心计算机、智能控制器和数据采集器，能够准确模拟自然界中一定湿度和一定光照辐射量条件下岩土体的劣化过程。

本发明中的太阳光模拟灯可以通过更换不同形式的灯泡进行替代以及采用全辐射光源与滤光镜结合的方法替代；本发明中的雨水喷头可以通过喷壶喷洒的方式进行替换，水雾化喷头也可以通过调节喷壶的流量进行替换，浇花用喷壶可以替代本发明中的雨水喷头和水雾化喷头。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置能够智能化自动化的真实的模拟外界环境，实现真实的模拟自然界中岩土体的劣化过程。

2、本发明所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中的内箱内设置了模拟太阳光照的光源，可模拟太阳光中不同波长的光照，能够实现内箱内的温度控制以及模拟自然界中太阳光照对岩土体劣化的影响，为了扩大该试验装置的使用范围，可以人工更换光源，根据需要更换不同的光源以满足不同的试验要求。

3、本发明所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中通过雨水喷头和水雾化喷头进行内箱的湿度的调节，雨水喷头的主要特点是可以根据当地的降水量资料进行当地不同降雨强度的模拟，能够模拟出降雨对于岩土体的溅蚀作用。另外在内箱设置了水雾化喷头，该水雾化喷头能够配合雨水喷头控制内箱的湿度变化。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例中所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置的结构示意图；

图2为本发明其中一个实施例中所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中内箱的结构示意图；

图3为本发明其中一个实施例中所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中内箱顶部的结构示意图；

图4为本发明其中一个实施例中所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中内箱底部的结构示意图；

图5为本发明其中一个实施例中所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中内箱左侧壁的结构示意图；

图6为本发明其中一个实施例中所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置中内箱右侧壁的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供了一种智能型模拟岩土体劣化的试验装置，包括：

远端中心计算机1；内箱2；外箱3；智能控制器4；数据采集器5；设置在内箱2中的四个雨水喷头6、两个水雾化喷头7、一个太阳光模拟灯8、三个太阳总辐射传感器9、五个温度传感器10以及五个湿度传感器11；电源13；其中，智能控制器4和数据采集器5分别与远端中心计算机1通讯连接；四个雨水喷头6、两个水雾化喷头7和一个太阳光模拟灯8分别与智能控制器4连接；三个太阳总辐射传感器9、五个温度传感器10以及五个湿度传感器11分别与数据采集器5连接；

如图2所示，在内箱2设置在托物架12，以将内箱2的容纳腔分成上下两部分，并且被测岩土体直接整齐排列在托物架12上，或者在托物架12上放置亚克力板，将被测岩土体放置在亚克力板上；内箱2为不锈钢材质，内箱2和外箱3之间设置保温层，避免外箱3与内箱2进行热交换而影响试验结果；对智能控制器4和数据采集器5做好良好的隔热和抗腐蚀处理，防止试验中对智能控制器4和数据采集器5产生破坏而影响试验顺利进行；托物架12则通过支撑螺丝固定在内箱2的中间；

如图3所示，内箱2的顶部设置有一个太阳光模拟灯8、四个雨水喷头6、两个温度传感器10、两个湿度传感器11；

如图4所示，内箱2的底部设置有一个太阳总辐射传感器9、一个温度传感器10、一个湿度传感器11；

如图5所示，内箱的左侧壁设置有一个水雾化喷头7、一个温度传感器10、一个湿度传感器11、一个太阳总辐射传感器9；

如图6所示，内箱的右侧壁设置有一个水雾化喷头7、一个温度传感器10、一个湿度传感器11、一个太阳总辐射传感器9。

本发明还提供了一种使用智能型模拟岩土体劣化的试验箱对岩土体进行劣化试验的模拟方法，包括：

制备或者选取一定密度以及含水量的岩土体试块，作为被测岩土体；并将所述被测岩土体放置在内箱2的托物架12上，并关闭内箱2的箱门和外箱3的箱门；并使用门把手上的锁扣卡住试验箱门，防止试验箱门受到震动等原因的影响而自由开启；

气象采集器将采集到的外界环境数据传输至远端中心计算机1，数据采集器5将接收到环境检测构件检测的内箱2中的被测岩土体的所处环境数据发送至远端中心计算机1，所述远端中心计算机1将所处环境数据和外界环境数据发送至智能控制器4；所述智能控制器4将外界环境数据和所处环境数据进行比较，以根据比较结果控制环境模拟构件调节内箱中被测岩土体的所处环境，使得所处环境数据与外界环境数据相同，从而实现被测岩土体的劣化试验模拟；

其中，在劣化试验模拟时，智能控制器4选择性的开启和关闭环境模拟构件中的雨水喷头，当气象采集器采集到外界正处于下雨的状态，远端中心计算机1将外界下雨的状态发送至智能控制器4，智能控制器4控制打开雨水喷头；当气象采集器采集到外界未处于下雨的状态，远端中心计算机1将外界下雨的状态发送至智能控制器4，智能控制器4控制关闭雨水喷头6，只通过水雾化喷头7调节内箱的湿度；

同时在试验结束后，关闭试验装置后才可取出被测岩土体样品，取样品过程中务必注意不要将样品的碎屑物掉落在内箱中，防止腐蚀不锈钢内箱。待所有样品取出之后利用柔性抹布清理试验箱的不锈钢内箱。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种智能型模拟岩土体劣化的试验装置，其特征在于，包括：

远端中心计算机，其与气象采集器通讯连接，所述气象采集器接收来自所述远端中心计算机的指令，并将采集到的外界环境数据输出至所述远端中心计算机；试验箱，其包括外箱和容置在所述外箱内的内箱，所述内箱的容纳腔被一托物架分割成容纳被测岩土体的上下两层，所述外箱的外侧壁设置有分别与所述远端中心计算机通讯连接的数据采集器和智能控制器；

环境模拟构件，其与所述智能控制器通讯连接，所述环境模拟构件设置在所述内箱的内侧壁，以对内箱中的被测岩土体进行光照和/或喷淋；

环境检测构件，其与所述数据采集器通讯连接，所述环境检测构件设置在所述内箱的内侧壁，以将检测到的内箱中被测岩土体的所处环境；

其中，所述智能控制器接收所述远端中心计算机发送的外界环境数据和所处环境数据，并进行比较，以根据比较结果控制所述环境模拟构件调节内箱中被测岩土体的所处环境，使得所处环境数据与外界环境数据相同。

2.如权利要求1所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置，其特征在于，所述环境模拟构件包括太阳光模拟灯、水雾化喷头以及雨水喷头。

3.如权利要求1所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置，其特征在于，所述环境检测构件包括太阳总辐射传感器、温度传感器以及湿度传感器。

4.如权利要求2所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置，其特征在于，所述环境模拟构件包括一个太阳光模拟灯、两个水雾化喷头以及四个雨水喷头。

5.如权利要求3所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置，其特征在于，所述环境检测构件包括三个太阳总辐射传感器、五个温度传感器以及五个湿度传感器。

6.如权利要求5所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置，其特征在于，所述远端中心计算机将接收到的所述三个太阳总辐射传感器检测的总辐射量、所述五个温度传感器检测的温度以及所述五个湿度传感器检测的湿度分别进行平均值计算，并将各自的平均值发送至所述智能控制器。

7.如权利要求4所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置，其特征在于，所述一个太阳光模拟灯设置在所述内箱顶部的中心处；

所述两个水雾化喷头分别设置在所述内箱的左侧壁和右侧壁；

所述四个雨水喷头分别设置在所述内箱顶部，且所述一个太阳光模拟灯位于所述四个雨水喷头的中心。

8.如权利要求5所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置，其特征在于，所述三个太阳总辐射传感器分别设置在所述内箱的底部、内箱的左侧壁以及内箱的右侧壁；

所述五个温度传感器中，其中两个温度传感器设置在内箱的顶部，剩下的三个温度传感器分别设置在内箱的底部、内箱的左侧壁以及内箱的右侧壁；

所述五个湿度传感器中，其中两个湿度传感器设置在内箱的顶部，剩下的三个湿度传感器分别设置在内箱的底部、内箱的左侧壁和内箱的右侧壁。

9.一种使用如权利要求1～8所述的智能型模拟岩土体劣化的试验装置对岩土体进行模拟的方法，其特征在于，包括：

制备或者选取一定密度以及含水量的岩土体试块，作为被测岩土体；并将所述被测岩土体放置在内箱的托物架上，并关闭内箱的箱门和外箱的箱门；

气象采集器将采集到的外界环境数据传输至远端中心计算机，数据采集器将接收到的环境检测构件检测到的内箱中的被测岩土体的所处环境数据发送至远端中心计算机，所述远端中心计算机将所处环境数据和外界环境数据发送至智能控制器；所述智能控制器将外界环境数据和所处环境数据进行比较，以根据比较结果控制环境模拟构件调节内箱中被测岩土体的所处环境，使得所处环境数据与外界环境数据相同，从而实现被测岩土体的劣化试验模拟；

其中，在劣化试验模拟时，智能控制器选择性的开启和关闭环境模拟构件中的雨水喷头，当气象采集器采集到外界正处于下雨的状态，远端中心计算机将外界下雨的状态发送至智能控制器，智能控制器控制打开雨水喷头；当气象采集器采集到外界未处于下雨的状态，远端中心计算机将外界下雨的状态发送至智能控制器，智能控制器控制关闭雨水喷头。