一种可调整冻结管位置的冻胀融沉试验装置及试验方法

文档序号:33505053发布日期:2023-03-17 23:48阅读:63来源:国知局
一种可调整冻结管位置的冻胀融沉试验装置及试验方法

1.本发明涉及岩土工程技术领域,特别是涉及一种可调整冻结管位置的冻胀融沉试验装置及试验方法。


背景技术:

2.人工冻结法广泛应用于富水地层联络通道施工当中,针对采用人工冻结法施工产生的冻胀融沉问题进行研究具有十分重要的现实意义。室内模型试验研究已成为常用的研究冻胀融沉变化规律的手段之一,国内外学者针对冻胀融沉规律研制出不同类型的试验装置用于进行室内冻胀融沉模型试验,根据模型试验结果指导现场施工。从现有的冻胀融沉试验装置来看,大多数试验装置体型较小,便于移动,且增加了很多装置模拟不同情况下的冻胀融沉变化情况,如渗流、荷载等。但仍存在以下缺点:(1)试验装置体型较小,只能模拟冻结管周围一小部分土体的冻胀融沉,其变化规律受到试验装置边界条件的影响较大;(2)冻结管布置形式较为单一,通常一种试验装置只能模拟一种冻结管布置形式,无法进行多种冻结管布置形式的冻胀融沉试验,而现实工程实际中多为双向、三维冻胀融沉过程;(3)试验装置结构简单、可监测数据较少,冻胀融沉过程涉及温度场、位移场以及水分迁移等变化,常规试验装置由于空间受到限制,很难实现对这些变化过程进行监测。
3.因此,亟需一种新型的可调整冻结管位置的冻胀融沉试验装置及试验方法来解决上述问题。


技术实现要素:

4.本发明的目的是提供一种可调整冻结管位置的冻胀融沉试验装置及试验方法,以解决现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的,本发明提供了如下方案:本发明提供一种可调整冻结管位置的冻胀融沉试验装置,包括试验主机框架,所述试验主机框架内设有模拟试验箱体,所述模拟试验箱体内设有试验材料,所述模拟试验箱体的两侧分别可拆卸连接有玻璃板,所述玻璃板设有若干冻结孔,所述冻结孔内安装有冻结管,所述冻结管的一端伸入所述模拟试验箱体内,所述模拟试验箱体的顶部和所述试验主机框架之间设有若干轴向加压机构,所述模拟试验箱体的一侧安装有含水率监测机构,所述模拟试验箱体的另一侧安装有温度监测机构,所述模拟试验箱体的顶部安装有若干位移监测机构,所述冻结管电性连接有高低温冷却循环一体机。
6.优选的,所述试验材料的顶面设有传力板,所述传力板的顶面安装有垫板,所述垫板的顶面安装有所述轴向加压机构。
7.优选的,所述轴向加压机构包括固接在所述垫板顶面的传力座,所述传力座的顶面传动连接有液压千斤顶,所述液压千斤顶通过轴向液压机传感线电性连接有轴向液压伺
服控制器。
8.优选的,所述垫板的顶面安装有若干位移监测机构,所述位移监测机构与所述液压千斤顶交错设置,所述位移监测机构包括安装在所述垫板顶面的若干位移计,所述位移计与所述液压千斤顶交错设置,所述位移计通过位移测线电性连接有位移监测器。
9.优选的,所述冻结管通过冻结管路通道与所述高低温冷却循环一体机电性连接。
10.优选的,所述试验主机框架的两侧分别等间隔开设有若干连接孔。
11.优选的,所述含水率监测机构包括含水率监测器,所述含水率监测器电性连接有若干含水率测线,所述含水率测线穿过位于所述含水率监测器一侧的所述连接孔并伸入所述试验材料中。
12.优选的,所述温度监测机构包括温度监测器,所述温度监测器电性连接有若干温度测线,所述温度测线穿过位于所述温度监测器一侧的所述连接孔并伸入所述试验材料中。
13.一种可调整冻结管位置的冻胀融沉试验装置的试验方法,包括以下步骤:s1:安装试验装置,在试验主机框架的两侧分别安装玻璃板;s2:放置试验材料并安装各监测机构和轴向加压机构;s3:启动s2中的各监测机构和轴向加压机构;s4:启动高低温冷却循环一体机进行土体融沉试验;s5:试验结束,保存数据,关闭各监测机构,并取出试验材料。
14.本发明公开了以下技术效果:本发明在模拟试验箱体前后设置了可拆卸玻璃板,通过更换不同间距形式冻结孔的玻璃板可以对试验材料进行不同形式的冻胀融沉试验。在模拟试验箱体内放置试验材料后并在玻璃板上预先布置的孔中均匀布置多个冻结管,在冻结管附近设置温度、含水率监测机构,轴向加压机构从模拟试验箱体上方向下施加压力,从而模拟隧道上覆地层自重。根据本试验装置可以模拟实际过程中的土体的冻胀融沉过程,通过更换玻璃板可以对冻结管的位置进行优化,根据对比试验结果从而找到适合现场冻结施工的冻结管布置方案。本发明结构简单,设计合理,操作方便,模拟变量多,能够为冻结管的数量和间距的设计提供试验数据支持,使用效果好,便于推广使用。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明可调整冻结管位置的冻胀融沉试验装置的结构示意图;图2为试验主机框架的主视图;图3为试验主机框架的左视图;图4为试验主机框架的俯视图;图5为单个冻结管布置结构示意图;图6为双冻结管布置结构示意图;图7为圆形截面冻结管布置结构示意图;
图8为方形截面冻结管布置结构示意图;图9直墙半圆拱形截面冻结管布置结构示意图;其中,1、试验主机框架;2、垫板;3、传力板;4、玻璃板;5、冻结管;6、位移计;7、液压千斤顶;8、传力座;9、连接孔;10、温度测线;11、温度监测器;12、含水率测线;13、含水率监测器;14、冻结管路通道;15、高低温冷却循环一体机;16、轴向液压伺服控制器;17、轴向液压机传感线;18、位移测线;19、位移监测器。
实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
18.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
19.参照图1-9,本发明提供一种可调整冻结管5位置的冻胀融沉试验装置,包括试验主机框架1,试验主机框架1内设有模拟试验箱体,模拟试验箱体内设有试验材料,模拟试验箱体的两侧分别可拆卸连接有玻璃板4,玻璃板4设有若干冻结孔,冻结孔内安装有冻结管5,冻结管5的一端伸入模拟试验箱体内,模拟试验箱体的顶部和试验主机框架1之间设有若干轴向加压机构,模拟试验箱体的一侧安装有含水率监测机构,模拟试验箱体的另一侧安装有温度监测机构,模拟试验箱体的顶部安装有若干位移监测机构,冻结管5电性连接有高低温冷却循环一体机15。
20.在模拟试验箱体前后设置了可拆卸玻璃板4,通过更换不同间距形式冻结孔的玻璃板4可以对试验材料进行不同形式的冻胀融沉试验。在模拟试验箱体内放置试验材料后并在玻璃板4上预先布置的冻结孔中均匀布置多个冻结管5,在冻结管5附近设置温度、含水率监测机构,轴向加压机构从模拟试验箱体上方向下施加压力,从而模拟隧道上覆地层自重。根据本试验装置可以模拟实际过程中的土体的冻胀融沉过程,通过更换玻璃板4可以对冻结管5的位置进行优化,根据对比试验结果从而找到适合现场冻结施工的冻结管5布置方案。本发明结构简单,设计合理,操作方便,模拟变量多,能够为冻结管5的数量和间距的设计提供试验数据支持,使用效果好,便于推广使用。
21.进一步优化方案,试验材料的顶面设有传力板3,传力板3的顶面安装有垫板2,垫板2的顶面安装有轴向加压机构。
22.进一步优化方案,轴向加压机构包括固接在垫板2顶面的传力座8,传力座8的顶面传动连接有液压千斤顶7,液压千斤顶7通过轴向液压机传感线电性连接有轴向液压伺服控制器16。
23.进一步优化方案,垫板2的顶面安装有若干位移监测机构,位移监测机构与液压千斤顶7交错设置,位移监测机构包括安装在垫板2顶面的若干位移计6,位移计6与液压千斤顶7交错设置,位移计6通过位移测线18电性连接有位移监测器19,用来监测试验材料的冻胀量和融沉量。
24.进一步优化方案,冻结管5通过冻结管路通道14与高低温冷却循环一体机15电性
连接。
25.进一步优化方案,试验主机框架1的两侧分别等间隔开设有若干连接孔9。
26.进一步优化方案,含水率监测机构包括含水率监测器13,含水率监测器13电性连接有若干含水率测线12,含水率测线12穿过位于含水率监测器13一侧的连接孔9并伸入试验材料中。
27.进一步优化方案,温度监测机构包括温度监测器11,温度监测器11电性连接有若干温度测线10,温度测线10穿过位于温度监测器11一侧的连接孔9并伸入试验材料中。
28.一种可调整冻结管5位置的冻胀融沉试验装置的试验方法,包括以下步骤:s1:安装试验装置,在试验主机框架1的两侧分别安装玻璃板4,在试验主机框架1的前后方留有卡槽,将预先设计好的两块玻璃板4分别插入试验主机框架1前后卡槽中,形成冻结试验箱体。由于玻璃板4可拆卸,在进行不同冻结管5布置形式的试验时,只需在试验主机框架1的前后方更换不同的玻璃板4即可。玻璃板4可以有多种形式,可以根据需求进行调整;s2:放置试验材料并安装各监测机构和轴向加压机构,将配置好的具有一定含水率的待试验材料即试验土体,放置在模拟试验箱体中,并在放置过程中将温度、含水率等测线埋置在指定位置,试验土体放置完成后,将冻结管5穿入前后玻璃板4预先设计好的冻结孔中,在试验土体的上方依次放置传力板3和垫板2,最后在垫板2上放置传力座8和位移计6;s3:启动s2中的各监测机构和轴向加压机构,将温度、含水率和位移测线18分别与温度监测器11、含水率监测器13和位移监测器19进行连接,在试验过程可以监测其变化情况,通过轴向液压伺服控制器16连接传感线控制液压千斤顶7向下施加压力用来模拟上覆土重;s4:启动高低温冷却循环一体机15进行土体融沉试验,准备工作完成后,将高低温冷却循环一体机15设置到指定温度后(如-30℃),打开循环开关,冷液将通过冻结管路通道14进入冻结管5循环,从而进行土体冻胀试验。冻胀试验完成后,将高低温冷却循环一体机15设置到指定温度(如70℃),此时热液在冻结管5中循环,从而进行土体融沉试验;s5:试验结束后,关闭高低温冷却循环一体机15、卸荷、保存试验数据,取出试验土体,拆除玻璃板4,进行下一个试验。
29.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
30.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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