一种单向冻融循环土样的制备装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单向冻融循环土样的制备装置。
【背景技术】
[0002]在自然状态条件下，受大气变化的影响，地表岩土会发生百余次的冻结与融化，这个影响过程属于单向温度变化对土体的影响。而单向的冻融循环，它可以导致土结构、性质均发生较大的变化，而这些土的工程性质变化会直接影响到地基及上部建筑物的稳定，这也是寒区工程破坏的最主要原因之一。土样在冻融过程中，土样内部水分冻结会发生体积膨胀，并且向冻结区迀移；融化过程中，冰转化为水，在土体中重新分布。在冻融作用下试样含水量及干密度重新分布，造成试样的结构和均匀性发生变化。随着冻融循环次数的不同，其土的性质也会发生不同的变化。
[0003]为了研宄土在不同冻融次数下的变化规律，方便在相同温度变化环境下，实现多平行样品统一次数的冻融循环和多样品不同次数冻融循环。因此需要一种单向冻融装置，将多个(或单个)柱形土样的四周及底部以隔热性能良好的保温材料包裹，将其放入低温冷冻恒温箱体中，从而保证只在试样顶部进行热交换的一种冻融循环制样方法。
【发明内容】
[0004]鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种单向冻融循环土样的制备装置。以期在相同温度变化环境下，实现多平行样品统一次数的冻融循环和多样品不同次数冻融循环。在多平行样品统一次数的冻融循环过程中，将平行样品全部放入其中，样品经历规定次数冻融循环后，全部取出进行平行测试试验。在多样品不同次数冻融循环过程中，将平行样品全部放入其中，对样品进行冻融循环，达到规定次数的样品取出测试，剩余样品继续冻融，直到所有的样品达到拟定的冻融循环次数。该装置是将多个(或单个)圆柱形土样放置于隔热性能良好的保温材料所制成的模具中，使其四周及底部不与环境进行热交换，将其放入低温冷冻恒温箱体中，从而保证在低温下，只在试样顶部进行热交换，反复冻融循环多次的一种制作冻结或融化土样的方法。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
一种单向冻融循环土样的制备装置，是由制冷制热循环系统、环境温度传感器、恒温箱、箱体保温材料、试样温度传感器、圆柱形土样、导线、笔记本电脑、数据采集仪、补水瓶、补水阀门、水压表、试样保温材料、排水瓶、排水管、渗水石、补水管组成。制冷制热循环系统为恒温箱内部环境温度提供冷、热源，恒温箱内壁衬有箱体保温材料；圆柱形土样的底部垫有渗水石，且四周及底部均被试样保温材料包裹，补水瓶连通补水管通过渗水石与排水管和排水瓶连接，补水管上装有水压表和补水阀门；环境温度传感器和试样温度传感器分别置于土样冻结室内和土样内，并且通过导线与数据采集仪连接，数据采集仪又与笔记本电脑连接。
[0006]本发明的优点和产生的有益效果是: 1、本发明采用制冷制热循环系统为恒温箱内环境温度降温或者升温，实现多次冻融循环，并可以同时在恒温箱箱体内进行多组冻融循环土样的制作。可实现在相同温度变化环境下，多平行样品统一次数的冻融循环和多样品不同次数冻融循环。
[0007]2、本发明带有补水、排水装置，可以达到试样冻融过程中补水的目的，冻融循环过程中水分自由迀移，更好的模拟自然界土样。
[0008]3、本发明带有温度监控装置；利用数据采集仪和笔记本电脑可实时监测土样内部及可控温恒温室环境温度，可更好的监测冻土变化特性与温度之间的关系。
【附图说明】
[0009]图1是本发明结构示意图。
[0010]图2是图1中恒温箱箱体与补水、排水装置结构示意图。
[0011]图3是图1中圆柱形土样周围局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0012]本发明所用的控温箱3 (ZL201110055580.0)可以自主调节温度值，恒温效果好，操作方便；数据采集仪9选用澳大利亚dataTaker公司的DT80数据采集仪，配合数据采集软件8采集数据；
下面结合附图对本发明的技术方案再作进一步说明:
如图1-3示，一种单向冻融循环土样的制备装置，是由制冷制热循环系1、环境温度传感器2、恒温箱3、箱体保温材料4构成试验环境温度控制装置；补水瓶10、补水阀门11、水压表12、排水瓶14、排水管15、渗水石16、补水管17构成补水排水装置；环境温度传感器2、试样温度传感器5、导线7、笔记本电脑8、数据采集仪9组成实验数据采集监控装置；土样隔热装置由圆柱形土样6、试样保温材料13组成。制冷制热循环系统I为恒温箱3内部环境温度提供冷、热源，恒温箱3内壁衬有箱体保温材料4 ;圆柱形土样6的底部垫有渗水石16，且四周及底部均被试样保温材料13包裹，补水瓶10连通补水管17通过渗水石16与排水管15和排水瓶14连接，补水管17上装有水压表12和补水阀门11 ;环境温度传感器2和试样温度传感器5分别置于土样冻结室内和土样6内，并且通过导线7与数据采集仪9连接，数据采集仪9又与笔记本电脑8连接。
[0013]制冷制热循环系统I给恒温箱3内部降温或者升温，实现土样的冻融循环过程，恒温箱3内壁衬有PVC保温材料4，保证了箱体内部温度稳定；补水瓶10连通补水管17通过渗水石16与排水管15和排水瓶14连接，补水管17上装有水压表12和补水阀门11，可以根据制样要求设定水压。补水瓶10连通补水管17通过渗水石16是给圆柱形土样6补水，通过补水管17将补水瓶10水通入渗水石16，从而达到圆柱形土样6补水的目的，补水阀门11可控制补水的通、断及水压大小，水压表12可实时显示当前补水水压。排水管15将多余的水排出恒温箱3外；环境温度传感器2和试样温度传感器5分别置于恒温箱3内和圆柱形土样6内，并且通过导线7与数据采集仪9连接，数据采集仪9又与笔记本电脑8连接。环境温度传感器2反馈实际环境温度值来控制恒温箱3温度，实时采集圆柱形试样6内部温度及恒温箱3环境温度值；土样隔热装置采用的PVC试样保温材料13将圆柱形土样6的四周及底面包裹，从而保证冻融只从试样6顶部发生，实现单向冻结。埋入圆柱形土样6内样温度传感器5可实时监测圆柱形土样6内部温度的变化。
[0014]本发明能够在低温下使用，并带有补水、排水装置，可以给土样冻融过程中补水；可同时制备多个(或单个)圆柱形土样的多次单向冻融循环冻结土样或融化土样的制作；可实时监测试样内部及环境温度。反复冻融循环后，所制作土样更接近于天然形成自然土样。
【主权项】
1.一种单向冻融循环土样的制备装置，是由制冷制热循环系统(1)、环境温度传感器(2)、恒温箱(3)、箱体保温材料(4)、试样温度传感器(5)、圆柱形土样(6)、导线(7)、笔记本电脑(8)、数据采集仪(9)、补水瓶(10)、补水阀门(11)、水压表(12)、试样保温材料(13)、排水瓶(14)、排水管(15)、渗水石(16)、补水管(17)组成，其特征是制冷制热循环系统(I)为恒温箱(3)内部环境温度提供冷、热源，恒温箱(3)内壁衬有箱体保温材料(4);圆柱形土样(6)的底部垫有渗水石(16)，且四周及底部均被试样保温材料(13)包裹，补水瓶(10)连通补水管(17)通过渗水石(16)与排水管(15)和排水瓶(14)连接，补水管(17)上装有水压表(12 )和补水阀门(11);环境温度传感器(2 )和试样温度传感器(5 )分别置于土样冻结室内和土样(6)内，并且通过导线(7)与数据采集仪(9)连接，数据采集仪(9)又与笔记本电脑(8)连接。
【专利摘要】本发明涉及一种单向冻融循环土样的制备装置。其特征是制冷制热循环系统为恒温箱内部环境温度提供冷、热源，恒温箱内壁衬有箱体保温材料；圆柱形土样的底部垫有渗水石，且四周及底部均被试样保温材料）包裹；补水瓶连通补水管通过渗水石与排水管和排水瓶连接，补水管上装有水压表和补水阀门；环境温度传感器和试样温度传感器分别置于土样冻结室内和土样内，并且通过导线与数据采集仪连接，数据采集仪又与笔记本电脑连接。本发明能够在低温下使用、并能同时制作多个试样；带有补水、排水装置，可以给土样冻结过程中补水，更好的达到水分迁移、积聚与冻胀的目的；可实时监测试样内部及环境温度。反复冻融循环后，所制作土样更接近于天然形成自然土样。
【IPC分类】G01N1-28
【公开号】CN104749011
【申请号】CN201510153602
【发明人】张泽, 杜玉霞, 周泓, 明姣, 冯文杰, 侯鑫
【申请人】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月1日