[实用新型]一种测试一维土柱冻胀变形的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型具体涉及一种测试一维土柱冻胀变形的试验装置，属于土工试验仪器技术领域。

背景技术

我国冻土面积分布广泛，其中多年冻土约占国土面积的22.3％，高海拔多年冻土面积世界之最，而季节性冻土分布更广泛。近年来，随着寒区工程(冻土区或季冻区所建工程，包括道路、油气管线等)的大量兴建，冻胀已成为我国寒区工程建设过程中所面临的最主要的工程灾害。陆上油气管道历经上述冻土区等地质复杂地段时，由于其输送的高温高压油气易使沿线的冻土发生冻胀和融沉灾害，寒区埋地管道易发生“露管”现象，严重时产生屈曲变形；寒区等级公路途径冻土区时，环境温度的变化易使道路发生不均匀变形和路基纵向裂缝、冻胀融沉和翻浆现象。上述寒区工程的病害特征有所不同，但病害形成的原因归结于(1)寒区工程沿线土体温度的变化，(2)土体内部水分的迁移与结冰膨胀及(3)土体的冻胀变形。土体在冻胀变形过程中，其内部温度随环境温度的变化而变化，土中水结冰膨胀、体积增大，因此，温度变化引起土体中含水量、孔隙水压力等发生变化，并引起土体的孔隙率、渗透特性等主要参数及水-温-力耦合特性的改变；温度变化易使土体内部产生温度梯度，而土中水因温度梯度发生迁移，土中部分水因温度梯度结冰膨胀，从而造成土体冻胀变形。

目前，在冻土的研究和勘察实践中，我国主要采用《土工试验标准》和《冻土工程地质勘查规范》，其规定了研究冻土性能的几种主要试验，包括原位试验和室内试验，其中，几种室内试验分别由不同的仪器完成，不仅操作复杂，而且每次试验获得的试验数据有限。冻结仪是近年来得到应用的一种冻土性能试验设备，中国实用新型专利申请号：201510313671，公开了一种连续变温式多级梯度冻结仪，其仪器只能研究冻土的冻结过程的性能，不能同时获得更多的试验数据。为了研究土体在不同温度梯度作用下的冻胀变形规律，方便在相同温度变化条件下，同时观测土体内部温度梯度引起的温度场、位移场、水分和孔压场。因此需要一种测试一维土柱冻胀变形的试验装置，将圆柱形土样的四周及底部衬以隔热性能良好的透明保温膜，并置于双层透明有机玻璃中，从而保证只在土样顶部进行热交换的一种测试土样冻胀变形的测试装置。

实用新型内容

因此，针对现有技术的上述不足，本实用新型目的旨在提供一种测试一维土柱冻胀变形的试验装置。以期达到不同温度变化条件下，实现土样冻胀变形过程中的温度场、位移场、水分场和孔压场的同时监测。该装置是将包裹有透明保温膜的圆柱形土样置于隔热性能良好的土柱模具中，使其四周与底部不与外界环境进行热交换，通过制冷循环器，只在试样顶部进行热交换，测试不同水分场、温度场作用下的土样冻胀变形。

具体的，一种测试一维土柱冻胀变形的试验装置，包括支架装置、模具装置、检测装置、数据采集装置、补水装置、制冷装置，所述模具装置安装在支架装置上，模具装置包括底座、固定杆、法兰、土柱模具，底座安装在支架装置上，法兰通过固定杆连接底座，土柱模具放置在底座上，所述检测装置包括温度传感器、孔压传感器、应力传感器、应变传感器、位移传感器，温度传感器、孔压传感器均安装在土柱模具侧壁上且深入到土柱试样内部，应力传感器、应变传感器、位移传感器均设置在土柱试样顶部且与土柱试样顶部接触，所述数据采集装置包括数据采集仪、数据采集线、电脑，数据采集线连接全部传感器并通过数据采集仪连接电脑，所述补水装置包括补水箱、补水排水管、排水箱，补水排水管两端分别连通补水箱及土柱模具底部，补水箱高于土柱模具设置，排水箱连通补水排水管且低于土柱模具设置，所述制冷装置包括制冷循环器、制冷液流通管、制冷盘管，制冷盘管设置在土柱试样顶部。

进一步的，所述支架装置包括基座、支脚、立柱、横梁传感器基座，底座通过支脚安装在基座上，横梁通过立柱限位螺母连接横梁，横梁连接基座，横梁上设有传感器基座。

进一步的，所述土柱模具为双层透明有机玻璃制成。

进一步的，所述土柱模具内土柱试样底部及四周设有保温膜，土柱模具内土柱试样顶部设有滤纸，土柱试样底部设有透水石，补水排水管接触透水石。

进一步的，所述法兰通过固定杆限位螺母连接限位杆。

进一步的，所述补水排水管上位于补水箱下方还设有补水阀门及水压表盘。

进一步的，所述补水排水管上连接排水箱的支路上还设有排水阀门，排水箱底部设有电子称。

进一步的，所述温度传感器沿土柱试样高度方向等间距设置。

进一步的，所述孔压传感器与温度传感器间隔对应设置。

进一步的，所述制冷盘管采用黄铜盘管制成。

本实用新型的有益效果在于：