[发明专利]仿真模拟坎儿井井口砂土冻融循环破坏的试验机及方法

权利要求书

1.仿真模拟坎儿井井口砂土冻融循环破坏的试验机，其特征在于，包括：

试样，为坎儿井井口冻融范围内取的土样制做而成；

蒸汽补给装置，给试样提供带压力的蒸汽，用于模拟坎儿井井壁湿热蒸汽的侵蚀；

位移传感器，用于记录试验过程中试样位移变化；

蒸汽盘，用于将蒸汽补给装置输出的一束蒸汽转化成一面蒸汽，均匀的补给到试样上；

透水石，一方面便于蒸汽均匀的透过，另一方面便于在上部施加荷载后，荷载能均匀的传递到试样上；

试样盒，用于放置试样；

温度传感器，用于记录试验过程中试样的温度变化；

制冷装置，用于提供试样所需有的温度；

排气孔，排出多余气体防止试样盒内压力过高；

循环水出口，蒸汽冷凝后，一部分被试样吸收，一部分多余的通过循环水出口排出；

试样盒内从上到下依次设置有蒸汽盘、透水石和试样，蒸汽盘与蒸汽补给装置连接，蒸汽盘上设置有位移传感器，试样内部设置有若干温度传感器，制冷装置设置在试样盒底部，排气孔和循环水出口均设置在试样盒底部。

2.如权利要求1所述的仿真模拟坎儿井井口砂土冻融循环破坏的试验机，其特征在于：所述蒸汽补给装置包括进水口、盛水仓、出水管、增压雾化仓、压力调节阀、压力管，压力油泵、压力表和蒸汽输出管，盛水仓上设有进水口，盛水仓通过出水管与增压雾化仓连接，增压雾化仓通过压力管与压力油泵连接，压力管上设有压力调节阀，增压雾化仓上设有蒸汽输出管，蒸汽输出管与所述蒸汽盘连接，蒸汽输出管上设有压力表。

3.如权利要求2所述的仿真模拟坎儿井井口砂土冻融循环破坏的试验机，其特征在于：所述盛水仓为玻璃缸，玻璃缸上设有刻度。

4.如权利要求1-3中任一项所述的仿真模拟坎儿井井口砂土冻融循环破坏的试验机，其特征在于：所述试样盒为钢化夹层玻璃试样盒。

5.如权利要求4所述的仿真模拟坎儿井井口砂土冻融循环破坏的试验机，其特征在于：所述温度传感器从上到下均匀的设置在所述试样的内部。

6.仿真模拟坎儿井井口砂土冻融循环破坏的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)现场取土样：以坎儿井竖井井口为中心，在半径为1.5m，深度为1.5m的范围取土样，该范围是坎儿井井口砂土受冻融循环破坏影响的范围；

(2)试样制备：为使试验更具针对性并消除取土样可能已经发生冻融现象的影响，根据土样物理性质制备重塑土试样，按试验设计含水率要求将土样在蒸馏水中拌匀浸润24h，然后做成块状的试样，确保试样含水率均匀；

(3)试样恒温：将试样放入试样盒，调节试验机温度为5℃，让试样恒温8h，由温度传感器测得试样内部各点温度一致后可开始下一步试验；

(4)冻融循环试验：按试验方案在不同冻结温度和不同蒸汽补给压力条件下进行冻融试验，一次冻、融周期历时24h，冻结和融化各12h，每个冻融周期结束时记录试样高度和试样内部各点温度，共20次冻融周期；

(5)试验数据统计：将第0、2、4、6、10、15、20次冻融周期结束时取出的每组4个试样，其中2个测其孔隙率，另外2个分别将其切成30mm厚的切片，测试样不同高度的含水率；

(6)数据分析及归纳：根据试验数据分析在不同蒸汽补给压力、不同冻结温度条件下，研究土样冻融循环后孔隙率和水分迁移的变化规律。

7.如权利要求6所述的仿真模拟坎儿井井口砂土冻融循环破坏的方法，其特征在于：所述试样为圆柱状试样，高度为15cm，直径为10cm。