[实用新型]土样冻融试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种试验测试装置，具体是指一种土样冻融试验装置。可有效测量开放及封闭条件下土体冻融过程中的温度、体积未冻水含量、土水势、热通量及变形等物理力学要素的变化情况，为研究土体在冻融过程中的水热变化过程及冻融变形规律提供了有效的途径。 

背景技术

冻融试验是通过人工制冷和制热技术对指定的试样进行冻结和融化过程模拟并测定其物理化学及力学性质的过程。冻融试验技术在材料科学、寒区工程和医药等领域有着广泛应用，例如混凝土材料耐久性、土体冻融过程的物理力学性质研究、新药品包装与储存稳定性等诸多方面。 

冻融试验是研究土体在冻融过程中水-热-力特性变化的主要手段。目前国内冻胀、融沉试验一般采用圆柱状试样，直径有6.18cm~20cm不等，对应的高度为10cm~20cm之间（徐湘田，赖远明，刘峰，常小晓，董元宏. 冻土中几类力学试验方法的探讨[J]. 冰川冻土，2011，33(5): 1132-1138；Yuanming Lai, Wansheng Pei, Mingyi Zhang, Jiazuo Zhou. Study on theory model of hydro-thermal–mechanical interaction process in saturated freezing silty soil [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 78: 805–819），放置在装有温度传感器的有机玻璃桶内，并一同置于恒温箱中，对试样上端和下端进行控温，对试样内部的温度变化及外部整体变形进行监测，这些试验模型的特点为土样尺寸小，易于操作，只能研究温度梯度、外部载荷、初始含水量及土体类型等宏观因素对土体冻融特征的影响，无法监测土体在冻融过程中内部微观要素的变化过程，如：体积未冻水含量、土水势等的动态变化；加之野外的实际条件面临的是水分迁移路线长、温度场分布范围广、冻胀生长空间大等特点。因此，目前这样的模型试验由于土样尺寸小、试验装置功能有限，并且容易受到环境的干扰，对内部水分迁移、温度变化及变形量的准确测量存在很大的难度。 

面对小试样测量要素单一（试样内部的温度和外部整体变形）、测量难度大等问题，为了综合考虑诸多影响冻融试验效果的因素，更加真实地模拟野外环境条件，充分发挥室内试验成本低、效率高的优势，对多要素（试样内部的温度、体积未冻水含量、土水势变化及外部变形等）进行有效测试，设计合理有效的土样冻融试验新型装置，完成土体试样在冻融过程中的物理力学性质的有效测试是非常有必要的。 

发明内容

为更加真实地模拟冻土的野外实际状态，本实用新型的目的旨在提供一种土样冻融试验装置，可以监测土体在冻融过程中内部微观要素的变化。 

本实用新型所采用的技术方案是： 

一种土样冻融试验装置，是由模型箱体、脚轮、光滑绝热板、传感器引线口、冷浴液导管进出口、土样平台、下控温板、上控温板、固定横梁、侧壁支柱、顶盖、扣件、冷浴液接口、导液管、1#冷浴、2#冷浴、冷浴液、位移传感器、其他传感器、水位控制器、水位测试导管、导水管、导水管接口、硬板、补水槽、风扇、可旋转洒水喷头、固定框架、数据采集仪及计算机组成。模型箱体和顶盖通过扣件形成一封闭整体，底部置有脚轮。模型箱体侧壁由不锈钢夹保温材料构成，内壁敷有光滑绝热板，模型箱体每个侧壁拐角设侧壁支柱，用于支撑和固定上控温板和下控温板，上控温板下方依序置有固定横梁和硬板，固定横梁与固定框架）固定在模型箱内壁，固定框架上装有风扇和可旋转洒水喷头；下控温板位于模型箱体的底部，其上部设置补水槽，补水槽上布设透水膜为土样平台，土样居于硬板与土样平台之间；位移传感器下部稳固于固定横梁上，其头部探针通过硬板与土样顶面接触，其他传感器通过模型箱左右两侧壁设有的两个传感器引线口埋设在测试土样的截面处，其引线与数据采集仪相连，数据采集仪再与计算机相连；模型箱体外的水位控制器和水位测试导管通过导水管与补水槽两侧的导水管接口相连，模型箱前侧壁上、下部设冷浴液导管进出口与上控温板、下控温板的冷浴液接口对应；1#冷浴和2#冷浴内分别盛有冷浴液，2#冷浴通过导液管及冷浴液接口与上控温板连接、1#冷浴通过导液管及冷浴液接口与下控温板连接。

上述的其它传感器为温度传感器、体积未冻水含量传感器、土水势传感器、热通量传感器和变形传感器。 

本实用新型的优点和产生的有益效果是：