[发明专利]一种可考虑应力与含水率耦合的冻融循环实验装置

权利要求书

1.一种可考虑应力与含水率耦合的冻融循环实验装置，包括实验箱，其特征在于，还包括：

若干加压系统，设置在实验箱内部，所述加压系统内设置试件(13)，每个试件(13)由一套加压系统进行固定；所述实验箱包括：实验箱外箱(1)，所述实验箱外箱(1)内设置实验箱内箱(2)，所述实验箱外箱(1)与实验箱内箱(2)之间设置保温层(6)；所述实验箱外箱(1)上端设置实验箱盖(4)，所述实验箱外箱(1)及实验箱内箱(2)上端与所述实验箱盖(4)接触位置设置双层密封圈(5)；所述实验箱盖(4)上表面设置实验箱盖把手(3)与真空阀门(26)，所述真空阀门(26)与所述实验箱内箱(2)连通；

真空电渗系统，包括：若干阳极电极板(12)和阴极电极板(14)，与所述若干加压系统中试件(13)一一对应接触，用于在电流作用下，通过电泳现象在试件(13)内部形成渗流，进而改变试件(13)在冻融循环过程中的含水率；

温控系统，与所述实验箱连接；

数据采集系统，包括若干数据采集传感器，所述数据采集传感器设置在所述实验箱和加压系统内，所述数据采集系统与所述加压系统、温控系统及真空电渗系统电连接；所述若干数据采集传感器包括：力传感器(10)、体积含水率传感器(16)、温度传感器(27)、第一压力传感器(30)；

所述加压系统包括：上层盖板(8)、下层盖板(17)、框架立柱(9)、圆形套筒(15)、螺杆(37)；

四个所述框架立柱(9)一端与所述实验箱内底壁固定连接，所述下层盖板(17)的四个角通过螺栓(7)分别与四个所述框架立柱(9)下部固定连接，所述上层盖板(8)的四个角通过螺栓(7)分别与四个所述框架立柱(9)上部固定连接；

所述圆形套筒(15)安装在所述下层盖板(17)上表面中心位置，所述圆形套筒(15)内部粘贴有绝缘层，试件放置在所述圆形套筒内(15)；

所述螺杆(37)固定在上层盖板(8)中心位置处，所述螺杆(37)、力传感器(10)、阳极电极板(12)三者依次固定连接在一条轴线上，通过转动螺杆(37)控制阳极电极板(12)的上下移动，进而控制试件在冻融循环过程中的应力状态，并通过力传感器(10)测试螺杆(37)、阳极电极板(12)之间的应力；

圆形套筒(15)、螺杆(37)、力传感器(10)、阳极电极板(12)和阴极电极板(14)一一对应，所述阳极电极板(12)设置在所述圆形套筒(15)内上部；所述阴极电极板(14)设置在所述圆形套筒(15)内底部，所述阴极电极板(14)与所述阳极电极板(12)之间设置试件(13)，所述试件(13)上下两端分别与所述阳极电极板(12)、所述阴极电极板(14)内表面接触；

所述数据采集系统还包括：温度表(28)、压力表(31)、数据采集装置(32)和控制面板(29)；所述圆形套筒(15)外壁等间距设置若干体积含水率传感器(16)，所述体积含水率传感器(16)的探针穿过所述圆形套筒(15)外壁插入所述试件(13)内部，所述温度传感器(27)设置在所述实验箱内侧壁，所述温度表(28)设置在所述实验箱外部，所述温度传感器(27)与所述温度表(28)电性连接，所述第一压力传感器(30)设置在所述实验箱内侧壁，所述压力表(31)设置述所述实验箱外部，所述第一压力传感器(30)与所述压力表(31)电性连接；所述数据采集装置(32)设置在所述实验箱外部，所述数据采集装置(32)分别与所述力传感器(10)、体积含水率传感器(16)、温度传感器(27)、第一压力传感器(30)、控制面板(29)、所述电渗装置(23)电性连接；

所述真空电渗系统还包括：电渗装置(23)、整流器(24)、抽气抽水泵(21)；

所述电渗装置(23)及所述整流器(24)均设置在所述实验箱内下部，所述整流器(24)与所述电渗装置(23)电性连接，所述电渗装置(23)的正负极分别与所述阳极电极板(12)、所述阴极电极板(14)电性连接；

所述真空电渗系统还包括：抽水管道(19)、进水管道(33)、进水阀门(22)、地漏(36)、排水管道(18)、排水阀门(20)；

所述抽气抽水泵(21)设置在所述实验箱外部，所述抽气抽水泵(21)输入端通过抽水管道(19)连接外部水源，所述抽气抽水泵(21)输出端与进水管道(33)连接，所述抽气抽水泵(21)通过所述进水管道(33)与所述实验箱内部连通，所述抽水管道(19)上设置进水阀门(22)；

所述地漏(36)设置在所述实验箱内底部，所述排水管道(18)一端与所述地漏(36)连接，所述排水管道(18)另一端位于实验箱外部，所述排水管道(18)上设置排水阀门(20)；

所述温控系统包括：空调装置(35)、空调出风口(25)、电热丝(34)；

所述空调装置(35)设置在所述实验箱外部，所述空调出风口(25)设置在所述实验箱内部，所述空调出风口(25)通过通风管道与所述空调装置(35)连接，所述电热丝(34)设置在所述实验箱内部；

冻融循环实验装置还包括抽真空控制装置，所述抽真空控制装置包括：

流量传感器，所述流量传感器设置在所述进水阀门(22)处，用于检测所述进水阀门(22)处的实际空气流量；

第二压力传感器，所述第二压力传感器设置在所述实验箱外箱(1)外部，用于检测所述实验箱外箱(1)外部的气压值；

报警器，所述报警器设置在所述实验箱外箱(1)外部；

控制器，所述控制器设置在所述实验箱外箱(1)外部，所述控制器分别与所述流量传感器、所述第一压力传感器(30)、所述第二压力传感器、所述控制器电性连接；

所述控制器基于所述流量传感器、所述第一压力传感器(30)、所述第二压力传感器控制所述报警器工作，包括以下步骤：

步骤1：基于所述流量传感器、所述第一压力传感器(30)、所述第二压力传感器的检测值，通过公式(1)计算所述实验箱内箱(2)的渗透量：

其中，θ₁为所述实验箱内箱(2)的渗透量，S₁为所述实验箱内箱(2)外壁的表面积，为所述实验箱内箱(2)外壁材料的渗透率，P₁为所述第一压力传感器(30)检测的所述实验箱内箱(2)的气压值，P₂为所述第二压力传感器检测的所述实验箱外箱(1)外部的气压值，Q₁为所述流量传感器检测的所述进水阀门(22)处的实际空气流量，t₁为所述抽气抽水泵(21)的预设工作时长，V₁为所述实验箱内箱(2)的容积，L为所述实验箱内箱(2)外壁的壁厚；

步骤2：基于步骤1，通过公式(2)计算所述抽气抽水泵(21)的实际抽气效率：

其中，η₁为所述抽气抽水泵(21)的实际抽气效率，Q₂为所述抽气抽水泵(21)的预设空气流量,μ₁为所述进水管道(33)内空气的动力粘度，ln为以常数e为底数的对数,h为预设渗透量；

步骤3：所述控制器将所述抽气抽水泵(21)的实际抽气效率与所述抽气抽水泵(21)的预设抽气效率进行比较，当所述抽气抽水泵(21)的实际抽气效率低于所述抽气抽水泵(21)的预设抽气效率时，所述控制器控制所述报警器发出报警提示。