[实用新型]用于研究饱和土体单向冻结的试验装置

说明书

本实用新型公开了一种用于研究饱和土体单向冻结的试验装置，属于冻土试验技术领域，包括外设保温结构的试验筒，试验筒底部与补水系统连通、顶部与顶盖密封连接；顶盖上设有与抽真空系统相连的抽气孔及与供水系统相连的进水口，试验筒上部侧壁设有高于内部土样上表面的排水管；土样内部设有若干个温度传感器；试验筒底部设有恒温系统、上部设有置于土样上方的测量组件。通过供水系统及抽真空系统向试验筒内的土样注水及抽真空，能够快速实现土样饱和，打开试样筒顶盖，不需取样可直接进行单向冻结实验研究，避免了取样对土体的扰动；采用保温结构对试验筒保温隔热，消除了外界温度对实验结果的影响，减小了实验误差，缩短了实验时间，方便快捷。

技术领域

本实用新型属于冻土试验技术领域，尤其涉及一种用于研究饱和土体单向冻结的试验装置。

背景技术

土体在冻结过程中往往会产生冻胀位移，水分迁移的现象，这与冻结深度和冻结锋面的移动速率相关，涉及到水-热-力三场动态耦合过程。随着人工冻结技术的发展，针对富水地区地下工程中采用冻结法施工时，土体发生冻胀位移时可能会导致地下临近管道崩塌，建筑物隆起、开裂等一系列现象，因此关于饱和浸水土层冻结规律的研究尤为重要。

目前，已有的单向冻结装置大部分采用保温棉进行保温隔热，考虑到冻土区属于半无限区域，边界温度对实验结果影响较大。大部分是针对普通含水率土体进行冻结的实验装置，而针对饱和土体单向冻结的试验的研究，往往会出现制样缓慢、取样困难、边界隔热效果差等一系列问题。因此，研发一种在不需要取样的前提下快速制备饱和土样并能应用于单向冻结实验研究的装置是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于研究饱和土体单向冻结的试验装置，旨在解决上述现有技术中针对饱和土体单向冻结的试验存在制样缓慢、取样困难、边界隔热效果差等技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种用于研究饱和土体单向冻结的试验装置，包括用于容纳土样的试验筒，所述试验筒的外壁设有保温结构，所述试验筒的底部与补水系统连通，所述试验筒的顶部与顶盖密封连接；所述顶盖上设有与抽真空系统相连的抽气孔及与供水系统相连的进水口，所述试验筒的上部侧壁设有高于土样上表面的排水管；所述土样的内部设有若干个温度传感器；所述试验筒的底部设有用于保持土样温度恒定的恒温系统 ；所述试验筒的上部设有用于测量土样位移的测量组件，所述测量组件设置于土样的上方。

优选的，所述保温结构为真空腔体外壳，所述排水管贯穿真空腔体外壳与试验筒内腔连通，所述排水管上设有阀门。

优选的，所述试验筒的底部设有底座，所述底座与试验筒密封连接；所述底座上设有与补水系统相连的补水通道；所述恒温系统包括冷却液管、恒温循环冷浴机及设置于底座内的冷却液循环槽，所述底座的一侧设有冷却液进口、另一侧设有冷却液出口，所述冷却液进口及冷却液出口均与冷却液循环槽连通、且通过冷却液管与恒温循环冷浴机相连。

优选的，所述补水系统包括马氏瓶和补水管，所述补水管的一端与马氏瓶连通、另一端与试验筒的底部连通，所述补水管上设有阀门。

优选的，所述抽真空系统包括真空泵、抽气管和设置于顶盖上的压力表，所述抽气管的一端与真空泵相连，所述抽气管的另一端与顶盖上的抽气孔相连；所述抽气管上设有阀门。

优选的，所述供水系统包括供水箱和供水管，所述供水管的一端与供水箱相连，所述供水管的另一端与顶盖上的进水口相连，所述供水管上设有阀门。

优选的，所述测量组件包括支架、位移传感器和压板，所述支架设置于试验筒的内腔顶部，所述压板放置于土样上表面，所述位移传感器设置于支架上、且其探头与压板相连。

优选的，若干个温度传感器自上而下间隔设置在土样的内部，相邻两个温度传感器间隔5cm。

优选的，所述温度传感器为无线温度传感器。