摘要：氣候環(huán)境的人工模擬是試驗室研究特定氣候特別是極端氣候條件下災(zāi)害發(fā)生機理、土壤特性變化、工程結(jié)構(gòu)安全性和耐久性等方面的重要課題。本文從研究人工氣候環(huán)境發(fā)生器系統(tǒng)組成、工作過程出發(fā)，研制了該系統(tǒng)的工作及控制電路，編寫了相應(yīng)的單片機控制程序，開發(fā)了相應(yīng)的硬件，并在極端氣候條件下的土壤裂隙發(fā)生發(fā)展規(guī)律研究中獲得成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：人工氣候環(huán)境 模擬器 控制 應(yīng)用

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0128-01

氣候環(huán)境的模擬是實驗室基礎(chǔ)試驗條件研究中的熱點問題，通過模擬自然氣候環(huán)境特別是極端氣候環(huán)境，可為開展特定氣候條件下的科學問題研究創(chuàng)造條件。如開發(fā)環(huán)境發(fā)生器，實現(xiàn)對溫度、濕度、降雨等氣候環(huán)境變量的模擬，可研究極端氣候條件下的災(zāi)害發(fā)生機理、土壤特性變化、工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性等[1]。

1 人工氣候條件模擬器工作過程

本文研制的人工氣候環(huán)境條件下土壤的裂隙發(fā)生發(fā)展規(guī)律試驗，需要模擬溫度、濕度、降雨（含酸雨）以及各類極端氣候條件，可以在室內(nèi)人工環(huán)境內(nèi)測定土壤裂隙的發(fā)生規(guī)律，研究土體參數(shù)的變化。根據(jù)試驗要求，本試驗需要的人工環(huán)境模擬器系統(tǒng)包括溫、濕度傳感器、傳感器電路、A/D轉(zhuǎn)換、信息反饋處理CPU、顯示電路、控制輸出電路，降雨系統(tǒng)以及加熱與加濕系統(tǒng)，如圖1所示。

2 模擬器系統(tǒng)組成及控制電路

根據(jù)模擬器系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)，研制并選配的模擬器主要構(gòu)件包括：玻璃纖維加熱帶、超聲波加濕機、人工降雨器、飽和缸、溫濕度傳感器、控制電板、真空泵。其中飽和缸的尺寸：φ50cm×50cm（H）；溫度范圍：0～75℃；升溫速率：從30℃升到40℃，時間不大于1小時；濕度范圍：0～95%RH；降雨面積：3.14×25cm×25cm；降雨類型：根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)，可產(chǎn)生均勻型、遞降型，峰值型和遞增型等降雨類型。本模擬器具有如下功能[2]：

能對土樣進行飽和，開展各種重塑土的飽和試驗；對巖土試樣進行恒溫恒濕試驗，保證試驗環(huán)境的可控制性；模擬干旱、降雨（酸雨）及其耦合的各種工況下，研究巖土力學性質(zhì)變化；研究非飽和土在環(huán)境效應(yīng)影響下的力學響應(yīng)等；模擬器的原理圖及控制系統(tǒng)電路圖圖2所示。

3 土壤裂隙試驗應(yīng)用

粘土在大氣營力（主要是降雨、蒸發(fā)和溫度）的作用下容易產(chǎn)生裂隙，裂隙的存在破壞了土體的完整性，使土體力學性質(zhì)發(fā)生變化，造成邊坡發(fā)生坍塌滑坡災(zāi)害。同時也存在由于裂隙的不斷演化，在施工初期處于穩(wěn)定狀態(tài)的邊坡，隨著氣候的周期變化逐漸發(fā)生失穩(wěn)滑動。因此研究粘土裂隙隨氣候的演化規(guī)律，對土質(zhì)邊坡的設(shè)計和邊坡失穩(wěn)的早期預測預報是有較大意義的。

4 結(jié)語

本文針對氣候環(huán)境的人工模擬，分析并提出了模擬器的系統(tǒng)組成及工作過程，研制了該模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、工作電路圖，編寫了相應(yīng)的單片機控制程序，開發(fā)了相應(yīng)的硬件，并在此設(shè)備完成了干濕循環(huán)作用下土體裂縫演化過程實驗研究，實驗結(jié)果表明，隨著環(huán)境溫度的增加，試驗土樣裂縫形態(tài)越來越簡單，裂隙越來越寬。

參考文獻

[1]王俊，黃本誠，萬才大，等.環(huán)境模擬技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，1996.

[2]張林華.多環(huán)境參數(shù)人工模擬技術(shù)研究[D].西安：西安建筑科技大學，2005.

收稿日期：2016-09-23

作者簡介：羅才高（1973—），男，湖北松滋人，碩士研究生，畢業(yè)于三峽大學，副教授，研究方向：教育裝備與信息化發(fā)展。