岩土介质模型试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种应用于施工技术领域的模型试验装置，具体为一种岩土介质模型试验装置。

背景技术：

研究分析一些特定条件下岩土介质的特性是施工技术领域和工程项目中一项必不可少的工作，现有技术中一般通过岩土介质模型试验装置来进行一些特定条件下岩土介质的特性研究和分析。作者为牛学超、张庆喜和岳中文的现有文献《岩石三轴试验机的现状及发展趋势》中介绍了蠕变、静动态、高低温和剪切等岩土介质模型试验装置的基本情况，这些岩土介质模型试验装置都没有安装输水装置，无法研究岩土介质在富水情况下的特性；作者为刘昕—的现有文献《岩石冻融循环特性试验与低温响应数值模拟研究》中通过岩土介质模型试验装置研究了冻融岩石的力学特性，但其中的岩土介质模型试验装置不能降温，无法进行在低温下的岩土试验，只能通过低温冻结箱进行降温，然后再进行试验，费时费力且结果不准确；可见，现有技术中的岩土介质模型试验装置存在如下问题：①没有输水装置，如果想研究富水情况下的岩土特性，则需要单独把岩土介质放在水中浸泡，然后再进行加载，费时费力，且试验结果不准确；②低温制冷设备没有循环系统，无法长时间保持岩土介质在较低温度，且浪费严重。

技术实现要素：

本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种能够同时满足低温条件和富水条件、试验方便准确的岩土介质模型试验装置。

本实用新型的技术方案是：

一种岩土介质模型试验装置，包括：内部放置有岩土介质的试验盒、置于所述试验盒外的储水装置和低温制冷装置、置于所述试验盒内的冷却液储存装置、用于将所述储水装置中储存的水输送至所述试验盒内的输水装置、用于向所述试验盒中的岩土介质施加动力的动力加载系统、布置在所述试验盒中的岩土特性检测装置、以及与所述岩土特性检测装置相连接的数据采集系统；所述储水装置与所述输水装置之间通过水管连通；所述低温制冷装置具有冷却液浴室；置于所述冷却液浴室中的冷却液通过所述低温制冷装置的降温制冷操作后成为具有预设温度的低温冷却液，所述低温冷却液通过进液管进入所述冷却液储存装置，并通过出液管循环返回至所述冷却液浴室中；

进一步地，所述岩土特性检测装置至少包括用于检测岩土介质轴向位移变化的轴向位移传感器、用于检测岩土介质的土压力信息的土压力盒、用于检测岩土介质的孔隙水压力信息的孔隙水压力计、以及用于检测岩土介质温度的温度传感器；所述轴向位移传感器、土压力盒和孔隙水压力计均布设在所述岩土介质内部；

进一步地，所述冷却液为酒精；

进一步地，所述储水装置采用水箱，该水箱出口安装有流量表；

进一步地，所述低温制冷装置和储水装置均具有至少一个。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的岩土介质模型试验装置，能够同时满足富水和低温两种条件，试验方便快捷准确；低温制冷装置使用的冷却液可以循环利用，避免了浪费，节约成本；通过动力加载系统能够实现对岩土介质进行动力周期加载；通过岩土特性检测装置的配置便于更好的对岩土介质的变形、压力和温度进行监测，进而利于减少试验误差；本实用新型所述装置结构设计紧凑合理，操作方便，有利于新的试验性能的后续添加。

附图说明

图1是本实用新型所述装置的结构示意图；

图2是本实用新型所述岩土特性检测装置的结构框图；

图3是本实用新型所述动力加载系统的应用实例示意图；

图4是本实用新型轴向位移传感器、土压力盒和孔隙水压力计的布设示意图；

图中：1、岩土介质，2、试验盒，3、储水装置，4、低温制冷装置，5、冷却液储存装置，6、输水装置，7、动力加载系统，8、岩土特性检测装置，9、数据采集系统，10、水管，11、进液管，12、出液管，13、流量表，41、冷却液浴室，42、冷却液，71、钢架，72、活塞式加压装置，73、电机动力装置，74、上钢板，75、弹簧，76、下钢板，81、轴向位移传感器，82、土压力盒，83、孔隙水压力计。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种岩土介质1模型试验装置，包括：内部放置有岩土介质1的试验盒2、置于所述试验盒2外的储水装置3和低温制冷装置4、置于所述试验盒2内的冷却液储存装置5、用于将所述储水装置3中储存的水输送至所述试验盒2内的输水装置6、用于向所述试验盒2中的岩土介质1施加动力的动力加载系统7、布置在所述试验盒2中的岩土特性检测装置8、以及与所述岩土特性检测装置8相连接的数据采集系统9；所述储水装置3与所述输水装置6之间通过水管10连通；所述低温制冷装置4具有冷却液浴室41；置于所述冷却液浴室41中的冷却液42通过所述低温制冷装置4的降温制冷操作后成为具有预设温度的低温冷却液，所述低温冷却液通过进液管11进入所述冷却液储存装置5，并通过出液管12循环返回至所述冷却液浴室41中；进一步地，所述岩土特性检测装置8至少包括用于检测岩土介质1轴向位移变化的轴向位移传感器81、用于检测岩土介质1的土压力信息的土压力盒82、用于检测岩土介质1的孔隙水压力信息的孔隙水压力计83、以及用于检测岩土介质1温度的温度传感器；所述轴向位移传感器81、土压力盒82和孔隙水压力计83均布设在所述岩土介质1内部；进一步地，所述冷却液42为酒精；进一步地，所述储水装置3采用水箱，该水箱出口安装有流量表13；进一步地，所述低温制冷装置4和储水装置3均具有至少一个，当低温制冷装置4有两个时，这两个低温制冷装置4分别放置在所述试验盒2两侧，相应地，进液管11和出液管12也具有两套；当储水装置3如水箱有两个时，这两个储水装置3分别放置在所述试验盒2两侧，相应地，每一储水装置3均通过一水管10连通一输水装置6；所述输水装置6通过水管接头与所述水管10相连接；通过流量表13能够监测流入所述试验盒2中的水的流量；冷却液储存装置5可以采用两端密封的酒精储存套筒。

本实用新型通过动力加载系统7向试验盒2中的岩土介质1施加动力，所述动力加载系统7布设在试验盒2中的岩土介质1顶部，图3示出了本实用新型所述动力加载系统7的应用实例示意图，如图3所示，具体地，所述动力加载系统7包括：扣设在试验盒2上的钢架71、固定在所述钢架71上的活塞式加压装置72、用于带动所述活塞式加压装置72具有的活塞上下往复运动的电机动力装置73、以及置于所述活塞式加压装置72底部的缓冲装置；所述缓冲装置由上至下依次包括上钢板74、弹簧75和下钢板76；所述弹簧75两端分别连接上钢板74和下钢板76；所述下钢板76铺设在所述岩土介质1上；进行动力加载时所述动力加载系统7首先启动电机动力装置73，给活塞式加压装置72提供动力，然后活塞式加压装置72通过缓冲装置把循环荷载施加到岩土介质1上；进一步地，可以通过控制动力加载系统7来调控施加给岩土介质1的动力。

本实用新型所述岩土特性检测装置8至少包括轴向位移传感器81、土压力盒82、孔隙水压力计83和温度传感器，其中，所述轴向位移传感器81、土压力盒82和孔隙水压力计83均布设在所述岩土介质1内部，图4示出了本实用新型轴向位移传感器81、土压力盒82和孔隙水压力计83的布设示意图，具体地，如图4所示，轴向位移传感器81、土压力盒82和孔隙水压力计83均可以在岩土介质1内布设多个，轴向位移传感器81布设在岩土介质1上部土层内，土压力盒82和孔隙水压力计83埋设在岩土介质1内部。

本实用新型置于所述冷却液浴室41中的冷却液42通过所述低温制冷装置4的降温制冷操作后成为具有预设温度的低温冷却液，所述预设温度的取值范围为-30℃～0℃；所述岩土介质1温度可以通过低温制冷装置4改变流入试验盒2中的冷却液42的温度和流量来实现调节。

本实用新型所述装置可以应用在实验室中用于测量岩土介质1在低温、富水条件下的受力变形情况等岩土介质特性；具体应用时本实用新型的使用过程如下：①首先在施工项目现场选取待测岩土介质，并密封保护好送至实验室；②将待测岩土介质放置到试验盒2中，同时布置岩土特性检测装置8，具体地，在待测岩土介质中布置轴向位移传感器81、土压力盒82和孔隙水压力计83，在试验盒2中布置温度传感器；③通过输水装置6接通储水装置3；④在低温制冷装置4具有的冷却液浴室41中加入冷却液42比如酒精，冷却液浴室41通过进液管11和出液管12与冷却液储存装置5相连通，打开低温制冷装置4具备的降温开关，将冷却液42（酒精）的温度降低到预设温度，然后开启低温制冷装置4的外循环通路，低温冷却液不断循环进出试验盒2内的冷却液储存装置5，进而降低试验盒2内温度，同时借助温度传感器来实现岩土介质1温度的测量以及进一步的调控；⑤待试验盒2内含水量和试验盒2内温度均达到试验要求后，通过动力加载系统7对固定好的岩土介质1进行动力周期加载；⑥数据采集系统9进行岩土特性数据采集，进一步绘制试验曲线和研究低温富水条件下的岩土介质1力学特性。

本实用新型提供的岩土介质模型试验装置，能够同时满足富水和低温两种条件，试验方便快捷准确；低温制冷装置使用的冷却液可以循环利用，避免了浪费，节约成本；通过动力加载系统能够实现对岩土介质进行动力周期加载；通过岩土特性检测装置的配置便于更好的对岩土介质的变形、压力和温度进行监测，进而利于减少试验误差；本实用新型所述装置结构设计紧凑合理，操作方便，有利于新的试验性能的后续添加；通过数据采集系统可以实现岩土特性数据的自动实时记录，便于试验曲线的自动绘制，节省了人力。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。