[发明专利]考虑相对湿度和冻融耦合作用的粗粒料劣化试验装置及方法

权利要求书

1.一种考虑相对湿度和冻融耦合作用的粗粒料劣化试验方法，其特征在于：包括白天融化状态劣化模拟和夜间冻结状态劣化模拟；

其中，白天融化状态劣化模拟，包括如下步骤：

步骤1，试样制备与安装：采用与堆石坝中垫层料相同级配的粗粒料，在试样放置台上，进行分层装填、压实，形成设定高度的圆柱状的试样；同时，在试样的上端面和下端面均布设一层透水层，在试样上端面的透水层上放置试样上压头；最后将压力罩密封罩设在压力室底座外周；

步骤3，形成温度梯度：首先，将恒温室温度控制在大于0℃的一个设定恒温温度T1；接着，开启三台恒温循环浴槽并分别设置不同的温度，使得恒温室温度、下“蚊香型”流道温度、柱状螺旋流道温度和上“蚊香型”流道温度形成逐渐递减的温度梯度；且柱状螺旋流道温度小于0℃；下“蚊香型”流道温度、柱状螺旋流道温度和上“蚊香型”流道温度分别为1℃、-5℃和-10℃；一方面能真实模拟单向冻结方式下的温度边界条件；另一方面，在温度梯度的作用水汽迁移过程能顺利完成，进而能真实考虑相对湿度和冻融的耦合作用；

步骤4，试样劣化：试样在步骤3形成的逐渐减小的温度梯度下连续冻结12h，然后关闭三台恒温循环浴槽，使试样连续融化12h，形成一个冻融循环；重复N此冻融循环；在第一个冻融循环中三台恒温循环浴槽开启的同时，开启湿度气体生成装置，湿度气体生成装置生成的设定湿度的气体顺着逐渐递减的温度梯度方向在试样内流动；

步骤5，劣化试样三轴压缩实验，包括如下步骤：

步骤51，试样固结：与下“蚊香型”流道相连接的恒温循环浴槽为第三恒温循环浴槽，与柱状螺旋流道温度相连接的恒温循环浴槽为第二恒温循环浴槽，与上“蚊香型”流道温度相连接的恒温循环浴槽为第一恒温循环浴槽；白天融化状态劣化模拟时，在试样固结前，将第三恒温循环浴槽内的循环液体输送至压力室内，对压力室进行恒温，从而将压力室温度控制在1℃；夜间冻结状态劣化模拟时，在试样固结前，将第二恒温循环浴槽内的循环液体输送至压力室内，对压力室进行恒温，从而将压力室温度控制在-5℃；然后，开启围压加载装置，对试样施加设定的围压固结；试样固结时，应保持压力室的温度在T1，从而使得试样保持融化状态；待试样的体积不再发生变化或者变化速率小于限定值时，试样固结结束；从而能够真实反映高海拔、高寒地区高土石坝筑坝料的真实作用机制，提高试验精度的同时增强试验结果的可信度；

温控调节装置采用变频电机，变频电机能根据试验实际温度和目标温度之间的温差大小自动调节每个恒温循环浴槽的进出液波纹管中冷却液的流量大小，进而能降低内部温控室温度波动幅度、缩短内部温控室温度恒定时间；

步骤52，试样加载：轴压加载装置按照设定加载速度，通过试样上压头对试样施加轴向压力，压力传感器和位移传感器对试样所受的轴向压力和轴向位移进行实时监测，数据采集系统对轴向压力和轴向位移数据进行采集并传递给计算机，计算机绘制轴力-位移实时试验曲线，待轴力-位移实时试验曲线出现明显峰值点或者应变达到20%时停止加载；

步骤53，装置养护：关闭整个粗粒料劣化试验装置，打开恒温室内的风机，降低恒温室内部环境相对湿度；

步骤54，数据处理与分析：将试验后的试样拍照记录，统计粗粒料的破碎状况，绘制偏应力-轴向应变和体积应变-轴向应变曲线，分析讨论相对湿度和冻融耦合作用对试验结果的影响；

夜间冻结状态劣化模拟与白天融化状态劣化模拟的步骤基本相同，不同点在于步骤51中，试样固结时，应保持压力室的温度低于0℃，从而使得试样保持冻结状态。