[发明专利]一种离心场下土体冻融风蚀耦合作用模拟加载装置

说明书

本发明涉及一种离心场下土体冻融风蚀耦合作用模拟加载装置，包括模型箱、热交换装置及风力控制装置，所述热交换装置和风力控制装置均设置在所述模型箱的上端，所述风力控制装置设置在所述热交换装置下端；所述模型箱包括有机玻璃垫块、保温垫层及外壳；所述热交换装置包括顶盖、保温填充材料、半导体器件、合金肋筋及换热板；所述风力控制装置包括高性能风扇、导轨系统、可调节支架；本发明实现模拟土体冻融和风蚀耦合，能够反映西北寒旱地区的所有气候特征，能够控制冻结融化温度及变化速率，能够控制现场自然及恶劣极端风速，使试验结果稳定、可靠。

技术领域

本发明涉及土工离心模型测量试验技术领域，具体地说是一种离心场下土体冻融风蚀耦合作用模拟加载装置。

背景技术

离心模型试验已在岩土工程中得到广泛应用，解决了众多复杂的关键技术问题，特别是重大工程长期服役过程中的地基土性能劣化问题。随着我国西部经济建设的进行，寒旱地区铁路、公路及水电等一系类基础设施工程建设也相继得到快速发展。这些工程大多穿越季节性冻土区，面临风沙侵蚀、异常干旱、极端寒冷等恶劣的自然条件，而如何在离心场下实现上述寒旱地区边界条件的精确施加是模拟成功的关键。但目前对于离心场下冻融和风蚀耦合作用下地基土长期劣化问题的研究还不够深入，目前只停留在一些机理性的探讨层面，迫切需要研发一种可在离心场下模拟我国西北寒旱地区冻融和风蚀耦合气候特征的试验加载装置。

就目前的研究来看，在离心场下对地基土施加的边界条件较为单一，均为冻结、融化这一类温度边界条件，且对温度施加精度、施加速率的控制并不完善。

如中国专利CN109083206A公开了一种土工离心机模拟冻融循环过程的试验方法及装置，包括有模型箱、透明观察窗、冷热盖体、测量系统，所述模型箱安装在土工离心机的吊斗中，模型箱为一顶部敞开的箱体结构；所述冷热盖体的下端面可密封盖设在模型箱的顶部，冷热盖体的下端面上安装有制冷装置、制热装置，从而将模型箱中的土壤进行冷冻或者融化。中国专利CN104391103B公开了一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，包括设置在离心模型上方的均布有0.5mm小孔的降雨板，降雨板与离心模型顶面的距离小于10mm，降雨板上方设置有至少一个安装梁，安装梁上设置有多个矩形喷嘴，供水接头上连接有一个一对多的转接头，转接头通过软管与矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴。上述专利均是在离心场下施加单一边界条件的试验装置，试验结果的稳定性和可靠性受限。

因此，如何提供一种离心场下土体冻融风蚀耦合作用模拟加载装置，以实现模拟土体冻融和风蚀耦合，能够反映西北寒旱地区的所有气候特征，能够控制冻结融化温度及变化速率，能够控制现场自然及恶劣极端风速，且控制精度高，使试验结果稳定、可靠，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种离心场下土体冻融风蚀耦合作用模拟加载装置，以实现模拟土体冻融和风蚀耦合，能够反映西北寒旱地区的所有气候特征，能够控制冻结融化温度及变化速率，能够控制现场自然及恶劣极端风速，且控制精度高，使试验结果稳定、可靠。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。

一种离心场下土体冻融风蚀耦合作用模拟加载装置，包括模型箱、热交换装置及风力控制装置，所述热交换装置和风力控制装置均设置在所述模型箱的上端，所述风力控制装置设置在所述热交换装置下端。

优选地，所述模型箱为隔热模型箱，所述模型箱包括有机玻璃垫块、保温垫层及外壳，所述保温垫层设置在所述外壳内侧，所述保温垫层设置在所述保温垫层内侧。

优选地，所述模型箱还包括隔热密封圈，所述隔热密封圈设置在有机玻璃垫块与保温垫层连接的位置，以及所述有机玻璃垫块相邻连接的位置。

优选地，所述保温垫层为聚氨酯材料，所述外壳为不锈钢材料。