[发明专利]自馈式冻土力学测试系统

说明书

本发明的实施例提供了一种自馈式冻土力学测试系统，涉及冻土测试设备技术领域。自馈式冻土力学测试系统包括提供三轴压力的外压力室、改变试样总体积的内压力室、对试样进行单向冻结试验的冷浴系统、轴向力传感器、位移传感器、弯曲元测试系统、温控测试系统、CT测试系统和自馈式数据采集控制系统，自馈式数据采集控制系统与各个测试部件连接，用于采集各个测试部件的数据，并自动控制试验过程。该系统能够准确模拟试样自然冻结过程、准确测试试样剪切过程中总体积和微结构的变化，还能够实现试样动力特性测试，为冻土工程设计提供技术参数。

技术领域

本发明涉及冻土测试设备技术领域，具体而言，涉及一种自馈式冻土力学测试系统。

背景技术

冻土在我国广泛分布，包括多年冻土和季节性冻土，分布面积占据我国国土面积的75％。众多大型项目在冻土区开展，例如哈大高铁、青藏铁路等，大型工程在冻土区开展，冻土力学特征对于工程的设计、施工以及后期安全运营发挥着举足轻重的作用。

冻土力学特征测试中的关键是：需要通过室内测试系统精准地模拟现场冻土遭遇的应力场、温度场等变化，其获得的物理力学参数才能够为冻土工程设计提供准确可靠的技术参数。现有技术中使用较多的设备为冻土三轴仪试验系统，该系统主要通过预先对试样进行冷冻，然后将试样置入三轴试验系统中，通过冷浴保持负温，进而按照实验计划对试样加载，实现冻土不同应力路径条件下测试工作，获得不同负温条件下冻土的力学特征指标，该设备目前使用较多，且技术较为成熟。

随着测试技术的不断发展，精准模拟现场环境的测试系统大力发展，岩土工程师开始不断追逐技术进步，力求缩小室内测试环境与现场真实环境之间的差距。现有技术中对于试样的冻结可通过冰箱、模型箱等进行冷冻，到达设定的负温后将试样放入三轴试验系统中，这个过程中试样是从各个部位进行逐步冻结的，然而现场岩土体的冻结往往从表面向内逐步冻结，即单向冻结，现有冻土动三轴测试中未考虑单向冻结的客观事实。另外，冻土力学测试中，对于土体结构的变化无法实时监测，现有技术中主要利用CT等进行扫描，但在加载过程中扫描的试验结果往往具有一定的局限性。冻土力学测试中的总体积变化仅通过试样中间的一个圆形传感器进行监测，不能够反映冻土在剪切过程中的总体积变化，仅能获得一个相对的数值。

综上，一种能够真实模拟试样自然冻结过程、实现试样内部结构变化精准测试及总体积变化测试的冻土力学测试系统亟待开发。

发明内容

本发明的目的包括提供一种自馈式冻土力学测试系统，其能够准确模拟试样自然冻结过程、准确测试试样剪切过程中总体积和微结构的变化，还能够实现试样动力特性测试，为冻土工程设计提供技术参数。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种自馈式冻土力学测试系统，自馈式冻土力学测试系统包括：

外压力室，用于提供三轴方向的压力；

内压力室，设置在外压力室内，内压力室包括底座和顶帽，底座用于支撑试样的下端，顶帽盖设在试样的上端，内压力室用于改变试样的总体积；

冷浴系统，安装在内压力室的上方，用于对试样进行单向冻结试验；

传力杆，传力杆的下端支撑到顶帽，传力杆的长度可调；

轴向力传感器，安装在传力杆的上端，轴向力传感器用于检测试样受到的轴向力；

位移传感器，安装在内压力室上，用于检测试样的轴向位移量；

弯曲元测试系统，安装在内压力室上，用于实时获取试样的剪切波速数据；

温控测试系统，安装在内压力室内，用于检测试样的温度；

CT测试系统，安装在外压力室外，用于对试样进行扫描；