[发明专利]大型多功能人工冻结平台

说明书

本发涉及大型多功能人工冻结平台。本发明解决了下述问题：因冻结法施工造价高，为了在较低成本的情况下，研究冻结过程中温度场、应力场、水分场等变化规律，以及相互影响关系，需要进行模型试验来模拟实际工程情况。本发明包括制冷系统，模型试验采集系统和试验平台。制冷系统由箱体、室外冷凝机组、外循环管路组成；模型试验采集系统由计算机、温度采集原件、压力采集原件、水分采集原件组成；试验平台由圆柱形基坑和架在基坑上方的反力架组成。本发明相对于实际人工冻土工程，具有结构简单，成本低，功能较多等优点。降低了冻土研究的成本，使得冻土研究不会受时间、地点等因素的限制，方便研究人员对人工冻土展开大量研究。

技术领域

本发明涉及模型试验和人工冻土工程，具体说是通过模型试验方法将现场原型上的基本物理力学现象(冻结壁温度场、应力场、水分场变化规律及相互影响关系)，按照一定几何缩比进行设计，在模拟同等的边界条件下进行室内试验(在室内进行人工多线圈管冻结壁水、热、力耦合模型试验)。

背景技术

模型试验方法是将体现在现场原型上的基本物理力学现象，按一定几何缩比进行设计，在模拟同等的边界条件下进行室内试验。以尽可能小的人力、物力、财力条件下，从本质掌握现场实际物理、力学现象。

冻土即温度低于0℃的土或岩石。冰作为胶结材料，将相邻土颗粒或岩块体胶结连接而结构体的强度增大，同时降低其透水性，所以在冻土工程中，能够利用的冻土有利特性包括其稳定性、高强度、隔水性等，但利用冻结法的工程往往困难程度高，工程造价昂贵。

发明内容

因为冻结法施工造价高，所以，为了在较低成本的情况下，研究冻结过程中温度场、应力场、水分场变化规律，以及相互影响关系，需要进行模型试验来模拟实际工程情况。为了解决上述问题，本发明提出大型多功能人工冻结平台。

为了实现上述目的，解决方案如下：

大型多功能人工冻结平台：

A.制冷系统：包括箱体、室外冷凝机组、外循环管路。可以实现以下功能：在箱体内实现通过压缩制冷剂(如：氟利昂)将冷媒剂(如：酒精)降低(或升高)到指定温度并保持恒温，通过控制系统使冷媒剂进入外循环系统，在外部的循环管路中进行外循环，当冷媒剂循环经过插在土体中的冻结管时，达到降低土体温度的目的。

(1)箱体：箱体应可以实现以下功能。①实现制冷功能。通过压缩制冷剂(如：氟利昂)将冷媒剂(如：酒精)降低(或升高)到指定温度并保持恒温，通过控制系统使降温后的冷媒剂，进入箱体外的管路。冷媒剂流经插在土体内的冻结管(其中冻结管应由导热系数较大的金属材料制成)，依据热传导原理，达到降低土体温度的目的，再由外循环管路流回箱体内部，重新进行降温。②可以对制冷温度以及冷媒剂(如：酒精)的循环进行调节与控制。

(2)室外冷凝机组:箱体内部在压缩制冷剂降温的过程中，会产生热量，这些热量通过冷凝机组排放到室外。

(3)外循环管路：冷媒剂在箱体内降温后，通过循环动力系统进入外循环管路中的去路酒精干路，冷媒剂再流入各支路中，之后需要流入与各支路相连的插在土中的金属冻结管，再由各回路支路流入回路酒精干路。其中金属冻结管的构造是上端开口，下端封闭的空心圆柱形金属管。

B.模型试验采集系统：由计算机、温度采集原件、压力采集原件、水分采集原件组成。可以实现以下功能：能够通过计算机实时对土体温度、水分、内部应力进行监测、收集。

(1)温度采集原件：土体温度变化是试验的基础和关键，因此对温度采集要求较高。要求温度传感器能够在低温条件下工作，温度采集仪要求测量精度达到±0.5℃。