一种模拟干湿和冻融循环作用下的边坡模型试验装置的制作方法

本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种模拟干湿和冻融循环作用下的边坡模型试验装置。

背景技术：

对于季节冻土区黄土路基工程而言，边坡黄土长期经历着干湿循环及冻融循环作用。干湿循环作用对黄土的物理力学性质以及结构都有较大的影响，最终导致黄土边坡破坏。在西北地区，冬季温度普遍较低，冻融作用作为一种强风化作用，能够改变土体的结构性进而显著影响土体的物理力学性质，最终影响黄土边坡的稳定性。目前对长期反复干湿和冻融循环作用下黄土边坡的力学性质研究甚少，尚未出现一种可同时实现干湿循环和冻融循环的边坡模型试验装置，这给边坡的干湿循环和冻融循环共同作用下的力学性质研究带来诸多困难。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种模拟干湿和冻融循环作用下的边坡模型试验装置，可以分析干湿和冻融循环后边坡土体的变形演化规律，研究边坡土体在季节性干湿和冻融循环条件下的力学特性变化，对边坡土体的周期性和稳定性的预测预报及边坡病害的防治，具有重要的工程意义。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种模拟干湿和冻融循环作用下的边坡模型试验装置，包括模型箱、温湿度传感器、模拟降雨系统、加热装置、制冷装置和采集显示终端，所述模型箱为上表面开口的箱体，模型箱具有箱内腔，所述模型箱的箱内腔中布置有边坡试样，所述模型箱底部设有用于对模型箱箱内腔的边坡试样进行制冷的制冷装置；所述模型箱的边坡试样中设有若干个温湿度传感器，所述温湿度传感器用于探测和采集边坡试样中的温度数据和湿度数据，所有温湿度传感器分别通过导电线与采集显示终端电通信连接，所述采集显示终端用于显示各个温湿度传感器所采集到的温度数据和湿度数据；所述模型箱的箱内腔上方设有模拟降雨系统，所述模拟降雨系统用于对模型箱中的边坡试样进行降水处理，所述模拟降雨系统包括导流管和设置于导流管上的若干个淋雨喷头，所有淋雨喷头对应模型箱中的边坡试样设置；所述模型箱的箱内腔上方设有加热装置，所述加热装置位于模拟降雨系统上方，所述加热装置对应模型箱中的边坡试样设置，所述加热装置用于对模型箱中的边坡试样进行加热处理；所述边坡试样上设有至少一个位移计。

本实用新型提供第一种优选的加热装置结构技术方案如下：所述加热装置为电加热热风炉，所述加热装置的热风出口对应模型箱中的边坡试样设置。

本实用新型提供第二种优选的加热装置结构技术方案如下：所述加热装置为射灯，在所述加热装置周围设有聚光罩，所述聚光罩对应模型箱中的边坡试样设置。

本实用新型优选的制冷装置结构技术方案如下：所述制冷装置包括冷库腔体、压缩机和设置于冷库腔体中的制冷管，所述制冷管具有两端管口，制冷管的一端管口与冷凝管密闭连通，制冷管的另一端管口与压缩机密闭连通，所述冷凝管与压缩机密闭连通，所述制冷管、压缩机、冷凝管构成一个制冷循环系统。

作为优选，所述制冷管在制冷装置的冷库腔体中呈蛇形布置，所述冷凝管呈螺旋形布置。

作为优选，所述模拟降雨系统的导流管呈“S”或“Z”字形布置，所有的淋雨喷头在导流管上均匀间隔设置；所述导流管的进水端处设有供水阀。

为了便于模型箱的边坡试样的排水，所述模型箱的箱内腔底部设有排水层，所述排水层位于边坡试样底部，所述排水层具有贯穿模型箱底部的排水出口。

作为优选，所述模型箱侧壁上开有圆孔，所述导电线一端与所述温湿度传感器相连接，所述导电线另一端穿过圆孔与采集显示终端相连接；所述采集显示终端为计算机。

作为优选，所述边坡试样在模型箱的箱内腔中呈上下若干层土样布置，所述温湿度传感器设置于相邻两层土样之间。

作为优选，所述模型箱为上表面开口的长方体形状，所述模型箱的四个侧面均由透明有机玻璃制造。

本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本实用新型所述的模拟干湿和冻融循环作用下边坡模型试验装置，充分考虑干湿和冻融循环交替对边坡稳定性的影响，有利于模拟季节冻土区黄土路基工程中边坡土体的真实环境，解决了现有边坡模型试验中忽略干湿和冻融共同作用的问题。

(2)本实用新型可以分析干湿和冻融循环后边坡土体的变形演化规律，便于研究边坡土体在季节性干湿和冻融循环条件下的力学特性变化，对边坡土体的周期性和稳定性的预测预报及边坡病害的防治，具有重要的工程意义。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中模拟降雨系统的结构示意图；

图3为图1中制冷装置的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1-模型箱，2-边坡试样，3-温湿度传感器，4-模拟降雨系统，5-加热装置，6-制冷装置，7-圆孔，8-导电线，9-采集显示终端，10-排水层，11-位移计，12-冷库腔体，13-冷凝管，14-压缩机，15-制冷管，16-导流管，17-淋雨喷头，18-供水阀。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图3所示，一种模拟干湿和冻融循环作用下的边坡模型试验装置，包括模型箱1、温湿度传感器3、模拟降雨系统4、加热装置5、制冷装置6和采集显示终端9，模型箱1为上表面开口的箱体，模型箱1具有箱内腔，模型箱1的箱内腔中布置有边坡试样2，模型箱1底部设有用于对模型箱1箱内腔的边坡试样2进行制冷的制冷装置6。模型箱1的边坡试样2中设有若干个温湿度传感器3，温湿度传感器3用于探测和采集边坡试样2中的温度数据和湿度数据，所有温湿度传感器3分别通过导电线8与采集显示终端9电通信连接，采集显示终端9用于显示各个温湿度传感器3所采集到的温度数据和湿度数据。模型箱1的箱内腔上方设有模拟降雨系统4，模拟降雨系统4用于对模型箱1中的边坡试样2进行降水处理，模拟降雨系统4包括导流管16和设置于导流管16上的若干个淋雨喷头17，所有淋雨喷头17对应模型箱1中的边坡试样2设置。模型箱1的箱内腔上方设有加热装置5，加热装置5位于模拟降雨系统4上方，加热装置5对应模型箱1中的边坡试样2设置，加热装置5用于对模型箱1中的边坡试样2进行加热处理。边坡试样2上设有至少一个位移计11。位移计11用于对模型箱1中的边坡试样2的坡面位移进行监测。

与现有技术相比，本实用新型充分考虑干湿和冻融循环交替对边坡稳定性的影响，有利于模拟季节冻土区黄土路基工程中边坡土体的真实环境，解决了现有边坡模型试验中忽略干湿和冻融共同作用的问题。

如图1所示，本实用新型的加热装置5可以为电加热热风炉，加热装置5的热风出口对应模型箱1中的边坡试样2设置；使用时，电加热热风炉可以对模型箱1中的边坡试样2进行加热。本实用新型的加热装置5还可以为射灯，在加热装置5周围设有聚光罩，聚光罩对应模型箱1中的边坡试样2设置；使用时，射灯模拟日照给模型箱1中的边坡试样2加热。

如图3所示，制冷装置6包括冷库腔体12、压缩机14和设置于冷库腔体12中的制冷管15，制冷管15具有两端管口，制冷管15的一端管口与冷凝管13密闭连通，制冷管15的另一端管口与压缩机14密闭连通，冷凝管13与压缩机14密闭连通，制冷管15、压缩机14、冷凝管13构成一个制冷循环系统。本实施例的制冷管15在制冷装置6的冷库腔体12中呈蛇形布置，冷凝管13呈螺旋形布置。

如图2所示，模拟降雨系统4的导流管16呈“S”或“Z”字形布置，所有的淋雨喷头17在导流管16上均匀间隔设置；导流管16的进水端处设有供水阀18。

如图1所示，模型箱1的箱内腔底部设有排水层10，排水层10位于边坡试样2底部，排水层10具有贯穿模型箱1底部的排水出口，通过排水层10将模型箱1中的边坡试样2中的水分排出。

如图1所示，模型箱1侧壁上开有圆孔7，导电线8一端与温湿度传感器3相连接，导电线8另一端穿过圆孔7与采集显示终端9相连接；采集显示终端9为计算机。

本实用新型的边坡试样2在模型箱1的箱内腔中呈上下若干层土样布置，温湿度传感器3设置于相邻两层土样之间。

如图1所示，模型箱1为上表面开口的长方体形状，模型箱1的四个侧面均由透明有机玻璃制造。

本实用新型的工作原理如下：

在开展干湿和冻融循环作用下边坡模型试验时，具体步骤如下：

第一步、将模型箱1水平放置，分层装入并击实边坡试样2，边坡试样2底部设置排水层10，设置坡试样2的坡比为1:3；

第二步、击实边坡试样2分六层进行，每层击实完成后布置一层温湿度传感器3，温湿度传感器3经穿越圆孔7的导电线8与采集显示终端9相连，用以获取试验过程温湿度数据；

第三步、打开模拟降雨系统4开始模拟降雨，30分钟后将其关闭，并打开加热装置5模拟日照维持30分钟后关闭；

第四步、打开制冷装置6开始模拟冷冻环境，30分钟后将其关闭，并打开加热装置5模拟日照维持30分钟后关闭；

第五步、按照第三步、第四步进行多次干湿和冻融交替循环；

第六步、通过采集显示终端9分析温湿度数据变化规律，研究多次干湿和冻融交替循环对边坡稳定性的影响。

上述实施方式只是本实用新型的一个优选实施例，并不是用来限制本实用新型的实施与权利范围的，凡依据本实用新型申请专利保护范围所述的内容做出的等效变化和近似替换，均应落在本实用新型的保护范围内。