[发明专利]一种低温冻土原状试样的土工测试装置

说明书

本发明涉及一种低温冻土原状试样的土工测试装置，包括水银压力加载装置，在水银压力加载装置表面叠设环形冷却装置，在环形冷却装置的中心位置设有放置原状冻土试样的腔室，腔室的开口端覆设上承压板，上承压板上安装剪切波速发射器，在腔室的底部固设下承压板，在下承压板中心安装剪切波速接收器，剪切波速接收器的中心位置垂直固设温度探针，且温度探针向腔室内部方向延伸，剪切波速接收器与剪切波速发射器形成匹配；本发明解决了现有冻土原状试样测试扰动大、测试过程中难以保证低温环境的的缺陷，能够快速精确的确定冻土地区岩土工程相关的设计参数。

技术领域

本发明涉及一种低温冻土原状试样的土工测试装置，属于岩土工程试验研究技术领域。

背景技术

随着寒区经济的发展，在冻土地区掀起了大规模的水利工程、工业与民用建筑及交通运输工程的建设浪潮。由于大型水利工程、高速铁路、超高层建筑、等基础设施在进行设计时对岩土体参数的测试精度的要求越来越高。由于土工试验过程耗时较长，试样内部水份的溶解、流动会破坏试样结构进而影响测试结果。因此为了确保冻土层上部建筑物的稳定与安全，提高冻土试样测试精度，需最大程度的保证冻土试样的原状结构。

静止土压力系数和压缩特性是重要的岩土工程参数，能否准确测定冻土静止土压力系数和压缩特性对于冻土场地的基坑工程、边坡稳定性设计等有直接影响。传统的三轴试验、固结试验测试设备，由于试样制备繁琐，耗时较长，测试过程中无法保证冻土试验内部水份的冻结。即便是将测试设备置于低温环境，试验制备期间溶解的水份无法快速冻结恢复，土体内部孔隙水的流动也会较大的影响试验结果。剪切波速是反应土体剪切模量、杨氏模量等土动力学参数的关键指标，目前剪切波速的测定往往整合于动三轴弯曲元设备中。对于冻土试样的测试，需严格控制试样制备、转移安装至仪器上所花费的时间，对试验技能熟练度有较高要求，且测试为常温下测定，忽略了温度对试样的影响。对于冻土试样的测试精度较低。冻土的热导率系数是表征冻土响应外界热扰动、继发热量传递过程和冻结、消融速率的重要指标。

目前国内外对热导率系数的测定主要为稳态法和瞬态法。稳态法虽然原理简单、计算方法，但耗时长，需持续几个甚至十几个小时才能完成一个试样的测定。瞬态法虽然计算、原理复杂，但耗时短，对于难以保存的冻土试样更为适合，因而较多采用。但传统的瞬态法测试设备只能于室温下、土样不受力的状态下进行测试，不能考虑土体应力状态对测试结果的影响，因而无法精确表征原位土体的热学特性。综上所述，为提高冻土原状试样的测试精度，快速、综合的测试冻土原状试样的静止土压力系数、剪切波速、压缩、应力应变特性等土工参数，需减少测试中温度变化对试样的扰动，并还原土体的原位应力状态。研发一种低温冻土原状试样的土工测试装置是非常必要的。

发明内容

本发明提供一种低温冻土原状试样的土工测试装置，解决了现有冻土原状试样测试扰动大、测试过程中难以保证低温环境的的缺陷，能够快速精确的确定冻土地区岩土工程相关的设计参数。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低温冻土原状试样的土工测试装置，包括放置在反力架内的土工测试装置本体，土工测试装置本体包括水银压力加载装置，在水银压力加载装置表面叠设环形冷却装置，在环形冷却装置的中心位置设有放置原状冻土试样的腔室，腔室的开口端覆设上承压板，上承压板上安装剪切波速发射器，在腔室的底部固设下承压板，在下承压板中心安装剪切波速接收器，剪切波速接收器的中心位置垂直固设温度探针，且温度探针向腔室内部方向延伸，剪切波速接收器与剪切波速发射器形成匹配；

剪切波速发射器与剪切波激发装置形成连通，剪切波速接收器与剪切波速测定及温度监测器形成连通；

水银压力加载装置位于环形冷却装置的底部，通过启动水银压力加载装置实现对放置原状冻土试样的腔室的底部施压，从而对原状冻土试样施加荷载；

作为本发明的进一步优选，前述的环形冷却装置包括环形冷却腔室，其为空心环状的环柱结构，在环形冷却腔室的环形中心设有放置原状冻土试样的腔室；