[发明专利]冻胀融沉一体化智能测试装置

说明书

一种冻胀融沉一体化智能测试装置，冷源系统和热源系统间隔设置形成联合系统，联合系统的两侧设置保温材料系统，联合系统位于装置箱内，联合系统的内部空间填充内部土层，内部土层区域与内部土体含水量调节系统连接，联合系统外部的装置箱腔体填充外部土层，外部土层区域与外部土体含水量调节系统连接；联合系统两侧分别设置桩基础，桩基础上端与上部结构连接，桩基础上设置桩基应变片，内部土层区域和外部土层区域设有位移计、含水量探头和土压力盒，外部土层区域上部设有土层沉降标。本发明不仅可以实现对不同含水量土体的不均匀冻胀及融沉一体化的测试，而且简单易行、操作方便、费用低、周期短。

技术领域

本发明涉及冻胀融沉一体化智能测试装置，适用于土体冻胀融沉的测试，属隧道工程技术领域。

背景技术

冻结施工法是采用人工制冷技术将土体冻结到一定强度，然后在冻结壁保护下开展地下工程施工的方法。但该工法在土体冻胀过程中产生的冻胀力会对冻结管周边环境产生不利影响，严重的可能会导致周边环境的破坏，常见的破坏类型有地下结构的破坏、建筑物的开裂及地表隆起等工程事故。同样在冻胀土体融化阶段由于冻胀力消失也会对周边环境产生反向的不利影响。土体冻胀和融沉的同时作用会对周边环境产生更严重的破坏，常见的土体含水量也存在较大差异，而且由于施工、环境因素也会造成冻结管周围产生不均匀冻胀及融沉效应。现有冻结装置只能按照先冻胀后融沉的施工顺序测试对周边环境的不利影响，无法考虑土体含水量变化，且冻结管四周产生的冻胀及融沉区域都是均匀的。因此现有方法还存在如下不足：1)只能按照先冻胀后融沉的工序进行测试，不能考虑土体冻胀和融沉的同时作用；2)只能适用于土体含水量不变的工况，不能考虑土体含水量的变化；3)冻结管四周的冻胀或融沉效应都是均匀的，而实际施工过程中冻结管周围常会出现不均匀冻胀及融沉区域。因此，为了能测试冻胀融沉对周围环境的不利影响，发明了冻胀融沉一体化智能测试装置。

发明内容

为了克服现有冻结测试装置及方法无法实现土体的冻胀和融沉效应对周边环境的同时影响，也无法考虑不同区域土体含水量变化，也不能测试土体的不均匀冻胀及融沉效应等不足，本发明提供了一种冻胀融沉一体化智能测试装置，能有效克服常规冻胀测试装置及操作方法的不足，不仅可以实现对不同含水量土体的不均匀冻胀及融沉一体化的测试，而且简单易行、操作方便、费用低、周期短。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种冻胀融沉一体化智能测试装置，包括装置箱、外部土体含水量调节系统、桩基础、上部结构、内部土体含水量调节系统、保温材料系统、冷源系统、热源系统、内部土层和外部土层，所述冷源系统和热源系统间隔设置形成联合系统，所述联合系统的两侧设置所述保温材料系统，所述联合系统位于所述装置箱内，所述联合系统的内部空间填充内部土层，所述内部土层区域与所述内部土体含水量调节系统连接，所述联合系统外部的装置箱腔体填充外部土层，所述外部土层区域与所述外部土体含水量调节系统连接；所述联合系统两侧分别设置桩基础，所述桩基础上端与所述上部结构连接，所述桩基础上设置桩基应变片，所述内部土层区域和外部土层区域设有位移计、含水量探头和土压力盒，所述外部土层区域上部设有土层沉降标。

进一步，所述冷源系统包括冷源、低温计、冷源管导热材料和冷源管，所述冷源上设有低温计，所述冷源的内外侧设有冷源管导热材料，所述冷源被冷源管包围；所述热源系统包括热源、水温计、热源管导热材料和热源管，所述热源上设有水温计，所述热源的内外侧设有热源管导热材料，所述热源被热源管包围。

优选的，所述冷源和热源的截面均为扇环形且交叉设置形成环形联合系统，在相邻的冷源管和热源管左右侧端部粘贴保温材料系统。

再优选的，所述保温材料系统包括隔热材料、导热材料夹具和导热材料夹具松紧螺栓，所述隔热材料中放置导热材料夹具，在夹具上预留的孔位安装导热材料夹具松紧螺栓，将相应厚度的导热材料固定在冷源系统和热源系统的内外两侧。本方案中，固定在冷源系统和热源系统的内外两侧的导热材料的厚度根据工程需要进行设定，不同厚度的导热材料均通过导热材料夹具松紧螺栓进行固定。