專利名稱：室內(nèi)凍土凍融循環(huán)過程試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種室內(nèi)凍土凍融循環(huán)過程試驗裝置。利用此裝置，可以模擬土體的凍結(jié)過程，同時可實現(xiàn)對土體凍結(jié)過程中溫度、凍脹量、融沉量等因素變化過程的實時監(jiān)測。
背景技術(shù)：
凍脹和融沉是寒區(qū)工程中建設(shè)中要遇到的主要問題。土體在凍結(jié)過程中，土中水分(原位水和遷移水)凍結(jié)成冰，并形成冰晶體、冰透鏡體、分凝冰層等形式的冰侵入體，弓丨起土顆粒間的相對位移，使土體產(chǎn)生不同程度的凍脹，凍脹能產(chǎn)生巨大的力，使得擋土構(gòu)筑物產(chǎn)生位移，鋪砌物、構(gòu)筑物的基礎(chǔ)、管道、柵欄等隆起、扭曲甚至斷裂破壞。而凍結(jié)土體的融化則會引起沉陷，會引起建于其上邊的構(gòu)筑物產(chǎn)生不均勻沉降，路基翻漿等工程病害。這些都對實際工程造成了很大的危害。以往的一些研究顯示土體凍融過程中的水分遷移是引起凍脹和融沉的主要因素。因此對土體在凍融過程中水分遷移進行研究，了解凍融過程中溫度場、水分場及應(yīng)力場的變化狀況，對防治凍脹和融沉的有很強的現(xiàn)實意義。對凍融循環(huán)進行研究，需對試驗裝置有以下要求1.可以對土樣兩端溫度進行分別控制，來模擬土體的實際溫度環(huán)境；2.試驗裝置應(yīng)可以使得土體凍融過程中的進行補水；3.可以對土體體積的動態(tài)變化進行測定；4.需能對凍融過程中土體內(nèi)部溫度進行測定?？偟膩碚f，需要同時滿足凍融過程中所需的溫度條件、補水條件、溫度采集及凍脹融沉量測定等條件，從而可以對凍結(jié)土體所處的環(huán)境進行室內(nèi)模擬，對野外凍土區(qū)工程中凍脹、融沉等工程問題的預(yù)防與防治提供技術(shù)及理論支持。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述，本實用新型的目的在于提供一種簡潔、易行的室內(nèi)凍土凍融循環(huán)過程試驗裝置。利用此裝置，可實現(xiàn)對土體凍融過程中，凍脹、融沉量，補、排水量的測量，為預(yù)防與防治土體凍脹和融沉引起的工程問題提供技術(shù)支撐。本實用新型的目的通過以下措施來實現(xiàn)一種室內(nèi)凍土凍融循環(huán)過程試驗裝置，包括馬廖特瓶、支架、支架桿、溫度探頭孔、濾紙、控溫底板、導(dǎo)水管、水頭調(diào)節(jié)管、密封圈、金屬多孔板、有機玻璃筒、固定夾桿、位移傳感器、拉桿、控溫頂板、土樣、控溫箱?？販叵鋬?nèi)裝有土樣，其壁面上開有溫度探頭孔，溫度探頭可以通過探頭孔插入箱體內(nèi)部土樣中，土樣的底部置有濾紙和金屬多孔板，控溫頂板和控溫底板分別嵌入有機玻璃筒，并分別與外部冷浴連接，控溫頂板設(shè)有位移傳感器和拉桿，有機玻璃筒置于支架、支架桿和固定夾桿連成一體的框架內(nèi)，控溫底板外圈有一凹槽，凹槽上裝一密封圈與耐高壓有機玻璃筒相接觸，控溫底板上開有兩個小孔，導(dǎo)水管穿過一孔與馬廖特瓶相連，水頭調(diào)節(jié)管穿過另一孔置于框架外。本實用新型的優(yōu)點是I.本實用新型充分利用有機玻璃筒導(dǎo)熱性差的特點，可以減少試驗過程中環(huán)境溫、度對土樣溫度的影響。2.控溫頂板與位移傳感器連接，凍融過程中土體體積的變化將會直接反應(yīng)在位移傳感器上，達到對土體凍脹、融沉量的監(jiān)測。3.通過在有機玻璃管壁面上鉆取溫度探頭孔，可以方便的將溫度探頭插入土體內(nèi)部，可得到試驗過程中土樣不同層位溫度的動態(tài)變化過程。4.有機玻璃筒與控溫底板之間用密封圈密封，可以防止土體中水分從罐體底端滲出，可以保證補水過程的順利進行。5.采用支架將有機玻璃筒、控溫底板、控溫頂板連為一體，保證了整個試驗裝置的整體性，方便試驗操作。6.控溫頂板頂面設(shè)有拉桿，可以方便將控溫頂板放入、取出有機玻璃筒中。
圖I為本實用新型的凍融過程試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的凍融過程試驗裝置測定的土樣在凍融過程中軸向位移變化曲線；圖3為本實用新型的凍融過程試驗裝置測定的試驗過程中土樣在凍融過程中不同層位溫度變化曲線。
具體實施方式
下面，結(jié)合附圖，對本實用新型技術(shù)方案做進一步說明如圖I所示，一種室內(nèi)凍土凍融循環(huán)過程試驗裝置，包括馬廖特瓶I、支架2、支架桿3、溫度探頭孔4、濾紙5、控溫底板6、導(dǎo)水管7、水頭調(diào)節(jié)管8、密封圈9、金屬多孔板10、有機玻璃筒11、固定夾桿12、位移傳感器13、拉桿14、控溫頂板15、土樣16、控溫箱17。控溫箱17可保證其內(nèi)部溫度達到試驗所需的環(huán)境溫度?？販叵?7內(nèi)裝有土樣16，其壁面上縱向開有一排溫度探頭孔4，溫度探頭可以通過探頭孔4插入箱體內(nèi)部土樣16中，可以采集土體實驗過程中不同層位的溫度變化。土樣16的底部置有濾紙5和金屬多孔板10，即可以保證土樣16在補水過程中路徑的貫通，又可以將控溫底板6的溫度很好的反應(yīng)在土樣16底面?？販仨敯?5和控溫底板6分別嵌入有機玻璃筒11，并分別與外部冷浴連接，可以對實驗過程中土樣16上、下端溫度進行控制?？販仨敯?5設(shè)有位移傳感器13和拉桿14，有機玻璃筒11置于支架2、支架桿3和固定夾桿12連成一體的框架內(nèi)，控溫底板6外圈有一凹槽，凹槽上裝一密封圈9與耐高壓有機玻璃筒11相接觸，可以保證在補水過程中，水分不至于從有機玻璃筒11罐壁與控溫底板6之間的空隙滲出?？販氐装?上開有兩個小孔，導(dǎo)水管7穿過一孔與馬廖特瓶I相連，其可根據(jù)不同的試驗條件要求連通或斷開，保證試驗所需的補水條件。水頭調(diào)節(jié)管8穿過另一孔置于框架外，使得水頭高度達到土樣16底面，然后固定水頭調(diào)節(jié)管8。實現(xiàn)對土體補水條件的控制。位移傳感器13與控溫頂板15頂面良好接觸，使得控溫頂板15的縱向位移可以直接帶動位移傳感器13。溫度探頭引線與位移傳感器13引線分別與外界數(shù)據(jù)采集儀連接，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的連續(xù)采集?？販仨敯?5上設(shè)有拉桿14，借助拉桿14可以方便的將控溫頂板15從有機玻璃筒11放入與取出。為了驗證整個試驗裝置的可行性，進行了室內(nèi)試驗，試驗對含水量為24%的黃土在無壓開放系統(tǒng)條件下進行凍融循環(huán)。控溫箱17和控溫底板6溫度均為rc，控溫頂板15 溫度為-20°C，試驗過程中對土樣溫度、位移進行連續(xù)采集，試驗結(jié)果見圖2和圖3。
權(quán)利要求1.一種室內(nèi)凍土凍融循環(huán)過程試驗裝置，包括馬廖特瓶(I)、支架(2)、支架桿(3)、溫度探頭孔(4)、濾紙(5)、控溫底板(6)、導(dǎo)水管(7)、水頭調(diào)節(jié)管(8)、密封圈(9)、金屬多孔板(10)、有機玻璃筒(11)、固定夾桿(12)、位移傳感器(13)、拉桿(14)、控溫頂板(15)、土樣(16)、控溫箱(17)，其特征是控溫箱(17)內(nèi)裝有土樣(16)，其壁面上開有溫度探頭孔⑷，溫度探頭可以通過探頭孔⑷插入箱體內(nèi)部土樣(16)中，土樣(16)的底部置有濾紙(5)和金屬多孔板(10)，控溫頂板(15)和控溫底板(6)分別嵌入有機玻璃筒(11)，并分別與外部冷浴連接，控溫頂板(15)設(shè)有位移傳感器(13)和拉桿(12)，有機玻璃筒(11)置于支架(2)、支架桿(3)和固定夾桿(12)連成一體的框架內(nèi)，控溫底板(6)外圈有一凹槽，凹 槽上裝一密封圈(9)與耐高壓有機玻璃筒(11)相接觸，控溫底板(6)上開有兩個小孔，導(dǎo)水管(7)穿過一孔與馬廖特瓶(I)相連，水頭調(diào)節(jié)管(8)穿過另一孔置于框架外。
專利摘要本實用新型涉及一種室內(nèi)凍土凍融循環(huán)過程試驗裝置，其結(jié)構(gòu)特征是控溫箱內(nèi)裝有土樣，其壁面上開有溫度探頭孔，溫度探頭可以通過探頭孔插入箱體內(nèi)部土樣中，土樣的底部置有濾紙和金屬多孔板，控溫頂板和控溫底板分別嵌入有機玻璃筒，并分別與外部冷浴連接，控溫頂板設(shè)有位移傳感器和拉桿，有機玻璃筒置于支架、支架桿和固定夾桿連成一體的框架內(nèi)，控溫底板外圈有一凹槽，凹槽上裝一密封圈與耐高壓有機玻璃筒相接觸，控溫底板上開有兩個小孔，導(dǎo)水管穿過一孔與馬廖特瓶相連，水頭調(diào)節(jié)管穿過另一孔置于框架外。本實用新型可以較系統(tǒng)的研究土體的凍融過程，獲得不同溫度梯度、不同土性下凍結(jié)時補水量、凍脹融沉量等參數(shù)，為防止與預(yù)防凍脹融沉等工程問題提供技術(shù)及理論依據(jù)。
文檔編號G01N33/24GK202486125SQ20122000485
公開日2012年10月10日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者關(guān)輝, 王貴榮, 顧同欣, 馬巍 申請人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所