专利名称：室内冻土冻融循环过程试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种室内冻土冻融循环过程试验装置。利用此装置，可以模拟土体的冻结过程，同时可实现对土体冻结过程中温度、冻胀量、融沉量等因素变化过程的实时监测。
背景技术：
冻胀和融沉是寒区工程中建设中要遇到的主要问题。土体在冻结过程中，土中水分(原位水和迁移水)冻结成冰，并形成冰晶体、冰透镜体、分凝冰层等形式的冰侵入体，弓丨起土颗粒间的相对位移，使土体产生不同程度的冻胀，冻胀能产生巨大的力，使得挡土构筑物产生位移，铺砌物、构筑物的基础、管道、栅栏等隆起、扭曲甚至断裂破坏。而冻结土体的融化则会引起沉陷，会引起建于其上边的构筑物产生不均匀沉降，路基翻浆等工程病害。这些都对实际工程造成了很大的危害。以往的一些研究显示土体冻融过程中的水分迁移是引起冻胀和融沉的主要因素。因此对土体在冻融过程中水分迁移进行研究，了解冻融过程中温度场、水分场及应力场的变化状况，对防治冻胀和融沉的有很强的现实意义。对冻融循环进行研究，需对试验装置有以下要求1.可以对土样两端温度进行分别控制，来模拟土体的实际温度环境；2.试验装置应可以使得土体冻融过程中的进行补水；3.可以对土体体积的动态变化进行测定；4.需能对冻融过程中土体内部温度进行测定。总的来说，需要同时满足冻融过程中所需的温度条件、补水条件、温度采集及冻胀融沉量测定等条件，从而可以对冻结土体所处的环境进行室内模拟，对野外冻土区工程中冻胀、融沉等工程问题的预防与防治提供技术及理论支持。
发明内容鉴于上述，本实用新型的目的在于提供一种简洁、易行的室内冻土冻融循环过程试验装置。利用此装置，可实现对土体冻融过程中，冻胀、融沉量，补、排水量的测量，为预防与防治土体冻胀和融沉引起的工程问题提供技术支撑。本实用新型的目的通过以下措施来实现一种室内冻土冻融循环过程试验装置，包括马廖特瓶、支架、支架杆、温度探头孔、滤纸、控温底板、导水管、水头调节管、密封圈、金属多孔板、有机玻璃筒、固定夹杆、位移传感器、拉杆、控温顶板、土样、控温箱。控温箱内装有土样，其壁面上开有温度探头孔，温度探头可以通过探头孔插入箱体内部土样中，土样的底部置有滤纸和金属多孔板，控温顶板和控温底板分别嵌入有机玻璃筒，并分别与外部冷浴连接，控温顶板设有位移传感器和拉杆，有机玻璃筒置于支架、支架杆和固定夹杆连成一体的框架内，控温底板外圈有一凹槽，凹槽上装一密封圈与耐高压有机玻璃筒相接触，控温底板上开有两个小孔，导水管穿过一孔与马廖特瓶相连，水头调节管穿过另一孔置于框架外。本实用新型的优点是I.本实用新型充分利用有机玻璃筒导热性差的特点，可以减少试验过程中环境温、度对土样温度的影响。2.控温顶板与位移传感器连接，冻融过程中土体体积的变化将会直接反应在位移传感器上，达到对土体冻胀、融沉量的监测。3.通过在有机玻璃管壁面上钻取温度探头孔，可以方便的将温度探头插入土体内部，可得到试验过程中土样不同层位温度的动态变化过程。4.有机玻璃筒与控温底板之间用密封圈密封，可以防止土体中水分从罐体底端渗出，可以保证补水过程的顺利进行。5.采用支架将有机玻璃筒、控温底板、控温顶板连为一体，保证了整个试验装置的整体性，方便试验操作。6.控温顶板顶面设有拉杆，可以方便将控温顶板放入、取出有机玻璃筒中。
图I为本实用新型的冻融过程试验装置的结构示意图；图2为本实用新型的冻融过程试验装置测定的土样在冻融过程中轴向位移变化曲线；图3为本实用新型的冻融过程试验装置测定的试验过程中土样在冻融过程中不同层位温度变化曲线。
具体实施方式
下面，结合附图，对本实用新型技术方案做进一步说明如图I所示，一种室内冻土冻融循环过程试验装置，包括马廖特瓶I、支架2、支架杆3、温度探头孔4、滤纸5、控温底板6、导水管7、水头调节管8、密封圈9、金属多孔板10、有机玻璃筒11、固定夹杆12、位移传感器13、拉杆14、控温顶板15、土样16、控温箱17。控温箱17可保证其内部温度达到试验所需的环境温度。控温箱17内装有土样16，其壁面上纵向开有一排温度探头孔4，温度探头可以通过探头孔4插入箱体内部土样16中，可以采集土体实验过程中不同层位的温度变化。土样16的底部置有滤纸5和金属多孔板10，即可以保证土样16在补水过程中路径的贯通，又可以将控温底板6的温度很好的反应在土样16底面。控温顶板15和控温底板6分别嵌入有机玻璃筒11，并分别与外部冷浴连接，可以对实验过程中土样16上、下端温度进行控制。控温顶板15设有位移传感器13和拉杆14，有机玻璃筒11置于支架2、支架杆3和固定夹杆12连成一体的框架内，控温底板6外圈有一凹槽，凹槽上装一密封圈9与耐高压有机玻璃筒11相接触，可以保证在补水过程中，水分不至于从有机玻璃筒11罐壁与控温底板6之间的空隙渗出。控温底板6上开有两个小孔，导水管7穿过一孔与马廖特瓶I相连，其可根据不同的试验条件要求连通或断开，保证试验所需的补水条件。水头调节管8穿过另一孔置于框架外，使得水头高度达到土样16底面，然后固定水头调节管8。实现对土体补水条件的控制。位移传感器13与控温顶板15顶面良好接触，使得控温顶板15的纵向位移可以直接带动位移传感器13。温度探头引线与位移传感器13引线分别与外界数据采集仪连接，实现对数据的连续采集。控温顶板15上设有拉杆14，借助拉杆14可以方便的将控温顶板15从有机玻璃筒11放入与取出。为了验证整个试验装置的可行性，进行了室内试验，试验对含水量为24%的黄土在无压开放系统条件下进行冻融循环。控温箱17和控温底板6温度均为rc，控温顶板15 温度为-20°C，试验过程中对土样温度、位移进行连续采集，试验结果见图2和图3。
权利要求1.一种室内冻土冻融循环过程试验装置，包括马廖特瓶(I)、支架(2)、支架杆(3)、温度探头孔(4)、滤纸(5)、控温底板(6)、导水管(7)、水头调节管(8)、密封圈(9)、金属多孔板(10)、有机玻璃筒(11)、固定夹杆(12)、位移传感器(13)、拉杆(14)、控温顶板(15)、土样(16)、控温箱(17)，其特征是控温箱(17)内装有土样(16)，其壁面上开有温度探头孔⑷，温度探头可以通过探头孔⑷插入箱体内部土样(16)中，土样(16)的底部置有滤纸(5)和金属多孔板(10)，控温顶板(15)和控温底板(6)分别嵌入有机玻璃筒(11)，并分别与外部冷浴连接，控温顶板(15)设有位移传感器(13)和拉杆(12)，有机玻璃筒(11)置于支架(2)、支架杆(3)和固定夹杆(12)连成一体的框架内，控温底板(6)外圈有一凹槽，凹 槽上装一密封圈(9)与耐高压有机玻璃筒(11)相接触，控温底板(6)上开有两个小孔，导水管(7)穿过一孔与马廖特瓶(I)相连，水头调节管(8)穿过另一孔置于框架外。
专利摘要本实用新型涉及一种室内冻土冻融循环过程试验装置，其结构特征是控温箱内装有土样，其壁面上开有温度探头孔，温度探头可以通过探头孔插入箱体内部土样中，土样的底部置有滤纸和金属多孔板，控温顶板和控温底板分别嵌入有机玻璃筒，并分别与外部冷浴连接，控温顶板设有位移传感器和拉杆，有机玻璃筒置于支架、支架杆和固定夹杆连成一体的框架内，控温底板外圈有一凹槽，凹槽上装一密封圈与耐高压有机玻璃筒相接触，控温底板上开有两个小孔，导水管穿过一孔与马廖特瓶相连，水头调节管穿过另一孔置于框架外。本实用新型可以较系统的研究土体的冻融过程，获得不同温度梯度、不同土性下冻结时补水量、冻胀融沉量等参数，为防止与预防冻胀融沉等工程问题提供技术及理论依据。
文档编号G01N33/24GK202486125SQ20122000485
公开日2012年10月10日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者关辉, 王贵荣, 顾同欣, 马巍 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所