[发明专利]环境温度梯度式冻融过程试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对不同的土壤进行土体的冻胀融沉检测，可获得土体冻胀融沉现象与温度变化关系试验数据的环境温度梯度式冻融过程试验装置。

技术背景

我国是世界上多年冻土分布面积第三大国多年冻土和季节冻土区分布面积分别占全国面积的21.5％和53.5％，冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩。冻土是一种特殊土类，其特殊性主要表现在它的性质与温度密切相关，寒区地表土层由于气温年周期波动产生反复冻结和融化，导致土壤剖面再造，这种再造现象突出地表现为水分迁移引起分凝冰层出现，最终导致土体冻胀，当土体表面温度升高后又可产生融沉现象，这种冻胀融沉现象会造成寒区各项工程建筑物的破坏和工程建筑物的使用安全。针对不同的土壤进行土体的冻胀融沉检测研制一种冻土冻融过程试验装置，可获得土体冻胀融沉现象与温度变化关系试验数据，为冻土与冻土工程在针对自然界冻胀融沉现象的研究方面提供一种检测装置和试验方法。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种环境温度梯度式冻融过程试验装置，是针对不同土质和扰动或原状土体样品，在不同密度不同含水量以及不同温度条件下，进行开放系统(补水)和封闭系统。冻土冻胀融沉试验检测，土体的冻胀量是通过电子位移传感器采集获得，温度采集采用热敏电阻测温探头获得，开放系统补水装置采用马廖特瓶进行补水，来模拟自然界地下水补给方式。此试验方法，可满足冻土与冻土工程研究针对冻胀融沉试验所提出的试验要求。

本发明的目的是这样实现的：

一种环境温度梯度式冻融过程试验装置，包括上保温罩、控温顶板、环境温度导温罩、测温探头、有机玻璃筒、控温底板、下保温罩、外接顶板控温冷浴、外接底板控温冷浴、位移传感器、外接数据采集仪、马廖特瓶、补水管路、支架和土体样品，其特征是恒温室是则由控温顶板、有机玻璃筒、和控温底板组成，控温顶板置于有机玻璃筒上部，控温底板位于有机玻璃筒的下部，土体样品置于其中；有机玻璃筒有测温探头，测温探头通过导线外接数据采集仪，控温顶板和控温底板分别与外部外接顶板控温冷浴和外接底板控温冷浴相连，土体样品中补水管和调节管穿过控温底板上的小孔，补水管接马廖特瓶，调节管接保温罩，温度导温罩处于上保温罩、下保温罩和恒温室之间，温度导温罩上插接位移传感器，马廖特瓶和保温罩置于支架上。

本发明的优点：

1、恒温室由控温顶板、控温底板和有机玻璃筒一起组成一个封闭的装土容器，恒温室外又罩有上、下保温罩、环境温度导温罩，隔绝外界温度对试验样品的干扰，保证土体样品冻融过程的精度。

2、有机玻璃筒插有不同梯度的测温探头，测温探头通过导线外接数据采集仪，数据采集仪可以采集不同梯度土体样品冻融过程的数据，为人工冻土冻融机理的研究提供技术保证。

3、调节管用来调节马廖特瓶中的水位。使马廖特瓶中的气压、水压、外部大气压以及有机玻璃筒中土样底端的压力四者达到平衡状态。

4、恒温室温度控制采用控温顶板和底板内循环酒精通过低温冷浴制冷控温来调节所需试验温度，使恒温室温度处于恒温状态。

附图说明

图1为本发明示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明：

如图1所示，一种环境温度梯度式冻融过程试验装置，包括上保温罩1、控温顶板2、环境温度导温罩3、测温探头4、有机玻璃筒5、控温底板6、下保温罩7、外接顶板控温冷浴8、外接底板控温冷浴9、位移传感器10、外接数据采集仪11、马廖特瓶12、导水管13、支架14、土体样品15和调节管16，恒温室是则由控温顶板2、有机玻璃筒5和控温底板6组成，控温顶板2置于有机玻璃筒5上部，控温底板6位于有机玻璃筒5的下部，土体样品15置于其中。控温顶板2，控温底板6和土体样品环境温度导温罩3采用导温效果好的铝合金或铜质金属材料制做。土体样品15为高100mm直径100mm圆柱形土样，有机玻璃筒5采用厚度20mm有机玻璃管制作，筒内插有测温探头4，测温探头4通过导线外接数据采集仪11，控温顶板2和控温底板6分别与外部外接顶板控温冷浴8和外接底板控温冷浴9相连，土体样品15中补水管13和调节管16穿过控温底板6上的小孔，导水管13接马廖特瓶12，调节管16置于保温罩1外，用来调节马廖特瓶12中的水位。温度导温罩3处于上保温罩(1)、下保温罩7和恒温室之间，温度导温罩3上插接位移传感器10，马廖特瓶12和保温罩1置于支架14上。

下面结合具体试验过程进行说明，试验前按要求制备土样并装入试验罐体5中，并连接管路进行试验。试验时通过控制控温顶板2和控温底板6的温度达到所需的试验上、下端温度，通过马廖特瓶导水管16的开启与封闭控制补水条件来模拟自然界地下水补给方式，通过与控温顶板2接触电子位移传感器10采集试验过程中土体的轴向位移，通过置于罐体壁上与土样接触的温度探头4采集试样不同层位的温度，从而获得整个试验过程中试样单向冻结条件下的温度、体积变化情况，进而可得到不同土质、不同含水量土样的冻胀融沉量及其随温度条件、补水条件变化的变化趋势。