[发明专利]基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置及其方法

权利要求书

1.基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置，其特征在于，包括剪切系统、电解系统、温控系统、应力施加系统以及应力应变监测系统；

所述剪切系统包括底座(27)和设置在底座(27)上的钢制框架(3)，钢制框架(3)的顶部设置有一轴压加载板(28)，轴压加载板(28)通过轴压螺栓(16)与钢制框架(3)相连；底座(27)上设置有一圆柱形剪切盒(6)，剪切盒(6)的顶部设置有端盖，剪切盒(6)内设置有土样，所述剪切盒(6)包括上段剪切盒、中段剪切盒和下段剪切盒；上段剪切盒和下段剪切盒分别对应的通过第一刚性触手(19)和第二刚性触手(11)与钢制框架(3)固定连接，中段剪切盒与一变频电机(24)相连，实现往返剪切运动；

所述电解系统包括变压电源(13)、电解液循环端(12)、设置在土样上部的阳极电极(14)以及设置在土样下部的阴极电极(10)，阳极电极(14)与变压电源(13)正极相连，阴极电极(10)与变压电源(13)的负极相连；阳极电极(14)和阴极电极(10)均采用石墨材质，且阳极电极(14)和阴极电极(10)均为双层结构，阳极电极(14)的中间夹层内设置有阳极离子交换管(15)，阴极电极(10)的中间夹层内设置有阴极离子交换管(9)，阳极离子交换管(15)和阴极离子交换管(9)均与电解液循环端(12)相连，且阳极离子交换管(15)和阴极离子交换管(9)通过阳离子浓度测试管(8)相连，阳离子浓度测试管(8)为U型管，U型管内设置有半透膜，以判断电解的程度；

所述温控系统包括水浴装置(23)、设置在剪切盒(6)顶部端盖内的冷凝管(4)，所述冷凝管(4)通过冷凝液输入管(18)和冷凝液输出管(20)与水浴装置相连，并形成循环回路；

所述应力施加系统包括轴压加载板、轴压螺栓(16)和弹簧组件(2)；所述弹簧组件(2)设置在轴压加载板(28)与剪切盒(6)之间，通过调节轴压螺栓(16)，实现弹簧组件(2)提供法向恒刚度加载；

所述应力应变监测系统包括压力数显装置(22)、第一压力传感器、第二压力传感器以及第三压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器以及第三压力传感器均与压力数显装置相连，所述第一压力传感器设置在弹簧组件(2)与剪切盒(6)之间，第二压力传感器设置在第一刚性触手(19)与钢制框架(3)之间，第三压力传感器设置在第二刚性触手(11)与钢制框架(3)之间。

2.根据权利要求1所述的基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置，其特征在于：所述变频电机(24)与一电机数控显示系统(26)电连接，变频电机(24)的输出轴与一齿轮相连，沿中段剪切盒侧壁的圆周方向设置有齿纹圈，所述齿纹圈与齿轮啮合，通过变频电机(24)带动中段剪切盒进行不同速率的往返剪切运动。

3.根据权利要求2所述的基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置，其特征在于：所述剪切盒(6)的内壁上还设置有竖直挡板(5)，以防止土体与剪切盒(6)产生相对位移。

4.根据权利要求3所述的基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置，其特征在于：所述阳极离子交换管(15)和阴极离子交换管(9)采用内外双层结构设计，内层为纤维增强两性离子交换膜。

5.根据权利要求4所述的基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置，其特征在于：所述中段剪切盒的侧壁上设置有亚克力材质的透明窗口(7)，透明窗口(7)的外侧设置有电镜(21)。

6.根据权利要求5所述的基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置，其特征在于：所述阳极离子交换管(15)和阴极离子交换管(9)采用螺旋形结构设计。

7.根据权利要求3所述的基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置，其特征在于：所述竖直挡板(5)为十字形挡板，与剪切盒(6)的内壁固定连接，且在竖直挡板(5)内置含水率探头(25)，所述含水率探头(25)与一含水率数显装置相连。