[发明专利]一种隧道周围土体冻胀率测试装置

说明书

一种隧道周围土体冻胀率测试装置，属于岩土工程领域。固定装置设置在试样安装测试系统内部并用于该测试系统，补液装置为试样安装测试系统的岩土体测试基体补水以及为岩土体测试基体的内环中部空间补油，试样安装测试系统内部设有为其快速制冷的制冷系统，体积压力控制系统与补液装置连通对试样安装测试系统进行压力控制和测量冻胀后岩土体测试基体中部排出液体的体积，数据采集装置与试样安装测试系统和体积压力控制系统连接，用于采集数据。本发明通过设置合理的热力控制装置，实现圆形隧道周围土体冻胀变形指标的合理测试，突破当前一维冻胀试验所测试冻胀率在隧道工程防冻胀设计中的不足。

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种模拟隧道周围土体冻胀变形的试验装置。

背景技术

近年来。我国寒区隧道建设的规模和数量与日俱增。在寒区修建的隧道都不同程度地遭受冻害，威胁隧道的正常运营。寒区隧道建成后，隧道周围含水土体在冬季冻结膨胀，在衬砌上作用冻胀力，进而导致衬砌混凝土开裂漏水，影响隧道安全运营，危及行车安全，甚至还会影响隧道的健康服役、降低使用年限。因此在工程的设计与建造中需要考虑隧道周围土体的冻胀变形的不利影响。

当前的研究结论表明，土体的冻胀变形呈现出显著的各向异性，即为在热流流动方向上的冻胀量显著大于热流的垂直方向的冻胀量。对于均质地层中的寒区隧道而言，因此其热流方向与隧道衬砌法线方向一致，负温沿衬砌法线向周围土体不断发展，其冻结模式与传统的一维冻结试验所模拟的水平地层一维冻结模式显著不同，因此基于一维冻胀试验所得到土体的冻胀率应用于衬砌冻害评估并不合理。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种隧道周围土体冻胀率测试装置，能适用于寒区隧道周围土体冻胀变形的模拟，可精准测出寒区隧道周围土体的冻胀变形率。

本发明是通过以下技术方案给予实现的：一种模拟隧道周围土体冻胀变形试验装置，包括试样安装测试系统、固定装置、补液装置、制冷系统、体积压力控制系统及数据采集装置；所述固定装置设置在试样安装测试系统内部并用于支撑试样安装测试系统，所述补液装置与试样安装测试系统内部连通，为试样安装测试系统的岩土体测试基体补水以及为岩土体测试基体的内环中部空间补油，所述试样安装测试系统内部设有为其快速制冷的制冷系统，体积压力控制系统与补液装置连通对试样安装测试系统进行压力控制和测量冻胀后岩土体测试基体中部排出液体的体积，所述数据采集装置与试样安装测试系统和体积压力控制系统连接，用于采集数据。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过设置合理的热力控制装置，实现圆形隧道周围土体冻胀变形指标的合理测试，突破当前一维冻胀试验所测试冻胀率在隧道工程防冻胀设计中的不足。

2.本发明压力体积控制器使岩土体测试基体内部压力处于一恒定值，且能实时精准测量岩土体测试基体内环中间部位液体体积变化量，液体采用热胀冷缩值极小的航空油，能进一步减小误差，从而得出精准的冻胀变形率。

3.本发明采用线型温度传感器用于测试岩土体测试基体内部更大范围的温度，横向和纵向均得到有效测量。

4.使用冷浴机与内螺旋冷却管、外螺旋冷却管以及冷却液流通管组成的制冷系统，能快速精确降温到指定温度，能有效模拟实际寒区隧道周围土体的冻胀变形过程。

5.整个测试过程可做到实时监测、实时采集、实时计算，实时反馈岩土体测试基体在整个降温过程中的冻胀变形数据。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1中A-A断面俯视图；

图3是图1中B-B断面俯视图；

图4是图1中C-C断面俯视图；