[发明专利]试验装置及非饱和土冻胀应变试验方法

说明书

本发明提供了一种试验装置及非饱和土冻胀应变试验方法，涉及岩土工程技术领域，该装置包括恒温箱体，以及恒温箱体内腔中的试验模块；该试验模块包括样品试验筒、检测模块和支架；检测模块至少包括位移检测器、温度检测器和水分检测器；当样品容纳空间放置有试验样品时，配置在样品试验筒上的移动部与试验样品接触；位移检测器对移动部的位移进行测量；设置在样品试验筒的内侧壁上的温度检测器和水分检测器通过接触试验样品来检测试验样品的温度参数和水分参数。通过调控恒温箱体的内腔环境温度，模拟实际环境的温度变化，检测模块观测试验样品在不同温度下的冻胀情况，试验装置简单，操作容易且直观，具有很好的实用性。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是涉及一种试验装置及非饱和土冻胀应变试验方法。

背景技术

冻胀是由于土中水的冻结和冰体的增长而引起的土体膨胀、地表不均匀隆起的一种现象，在寒区工程建设和运营中所面临的主要问题之一即为土体的冻胀问题。作为工程结构物承载体的土体变形直接影响其上工程的运营性能，其变形过大会使得路基、铺砌物、构筑物的基础、管道、栅栏等被抬起、扭曲甚至断裂破坏。特别在高纬度的寒带，一年四季的温差过大，气温的巨变对路基、钢轨、接触网等都有更高的施工要求。在这种区域，设计和建设高铁时，需要对地基土体的冻胀变形量进行预算。

地基土体分为饱和土体和非饱和土体，饱和土在冻结过程中，土体中水分相变成冰所膨胀的体积全部用于挤压骨架，产生冻胀，故可通过土体中水分相变成冰体积膨胀来建立冻胀应变与水热场的关系；而非饱和土体存在非饱和孔隙，在冻结过程中，土体中水分相变成冰所膨胀的体积一部分用于填充非饱和孔隙，不对土体造成冻胀，另一部分用于挤压骨架，造成土体冻胀。目前工程设计中通常使用冻胀率公式对土体的冻胀变形量进行计算，而这种计算方法没有考虑到土体是否饱和的问题，因此该计算方法具有局限性，且存在较大的误差，另外，非饱和土水热力三场耦合模型因缺乏土体冻胀应变与水热场关系而无法对其冻胀进行预测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种试验装置及非饱和土冻胀应变试验方法，以缓解了现有技术方法中无法准确获得非饱和土冻胀应变的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种试验装置，该试验装置包括恒温箱体，以及设置在恒温箱体内腔中的试验模块；试验模块包括一端开口的样品试验筒、检测模块和支架；其中，检测模块至少包括位移检测器、温度检测器和水分检测器；位移检测器设置在支架的顶端；样品试验筒配置有移动部，样品试验筒的筒底、样品试验筒的内侧壁和移动部组成样品容纳空间；温度检测器和水分检测器设置在组成样品容纳空间的内侧壁上；当样品容纳空间放置有试验样品时，移动部与试验样品接触；位移检测器的检测探头与移动部接触，用于检测移动部的位移参数；温度检测器和水分检测器与试验样品接触，用于检测试验样品的温度参数和水分参数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，支架包括支架底座，以及设置在底座上的支撑架；支撑架包括支撑杆和设置在支撑杆上，且与支撑杆垂直设置的横杆，横杆组成支架的顶端，位移传感器设置在横杆上。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，组成样品容纳空间的内侧壁上还设置有与温度检测器和水分检测器匹配的通孔；温度检测器和水分检测器的检测探头通过通孔延伸至试验样品内部，与试验样品接触。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，移动部为透水板。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，样品试验筒的筒底也设置有透水板。

结合第一方面的第三种或第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，透水板的径向尺寸与样品试验筒的内径相匹配。