[发明专利]基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置及其方法

摘要

本发明公开一种基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置及其方法，通过在剪切盒上下两端设置电极对土体进行电解，实现土体内部阳离子置换，从而实现对土体吸水性的改良，改变结合水与自由水的比重，为研究土体吸水性与冻融循环下土体力学性质的变化规律提供依据；剪切盒顶部设计冷凝管循环恒温液进行温度交换，实现对土样进行单端冻融的模拟，土体内部内置含水率探头，可测试土体在冻结时，含水率的变化，对水分迁移进行研究。通过环形剪切盒的设计，可实现循环剪切，避免了循环减中漏土的问题，从而实现对冻融循环条件下土体抗剪强度，动力特性的测试与变化规律的研究，该装置结构设计巧妙，实施方便，具有较高的实用价值及推广价值。

主权项

1.基于电化学改良的季节性冻土综合力学测试装置，其特征在于，包括剪切系统、电解系统、温控系统、应力施加系统以及应力应变监测系统；所述剪切系统包括底座(27)和设置在底座(27)上的钢制框架(3)，钢制框架(3)的顶部设置有一轴压加载板(28)，轴压加载板(28)通过轴压螺栓(16)与钢制框架(3)相连；底座(27)上设置有一圆柱形剪切盒(6)，剪切盒(6)的顶部设置有端盖，剪切盒(6)内设置有土样，所述剪切盒(6)包括上段剪切盒、中段剪切盒和下段剪切盒；上段剪切盒和下段剪切盒分别对应的通过第一刚性触手(19)和第二刚性触手(11)与钢制框架(3)固定连接，中段剪切盒与一变频电机(24)相连，实现往返剪切运动；所述电解系统包括变压电源(13)、电解液循环端(12)、设置在土样上部的阳极电极(14)以及设置在土样下部的阴极电极(10)，阳极电极(14)与变压电源(13)正极相连，阴极电极(10)与变压电源(13)的负极相连；阳极电极(14)和阴极电极(10)均采用石墨材质，且阳极电极(14)和阴极电极(10)均为双层结构，阳极电极(14)的中间夹层内设置有阳极离子交换管(15)，阴极电极(10)的中间夹层内设置有阴极离子交换管(9)，阳极离子交换管(15)和阴极离子交换管(9)均与电解液循环端(12)相连，且阳极离子交换管(15)和阴极离子交换管(9)通过阳离子浓度测试管(8)相连，阳离子浓度测试管(8)为U型管，U型管内设置有半透膜，以判断电解的程度；所述温控系统包括水浴装置(23)、设置在剪切盒(6)顶部端盖内的冷凝管(4)，所述冷凝管(4)通过冷凝液输入管(18)和冷凝液输出管(20)与水浴装置相连、并形成循环回路；所述应力施加系统包括轴压加载板、轴压螺栓(16)和弹簧组件(2)；所述弹簧组件(2)设置在轴压加载板(28)与剪切盒(6)之间，通过调节轴压螺栓(16)，实现弹簧组件(2)提供法向恒刚度加载；所述应力应变系统包括压力数显装置(22)、第一压力传感器、第二压力传感器以及第三压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器以及第三压力传感器均与压力数显装置相连，所述第一压力传感器设置在弹簧组件(2)与剪切盒(6)之间，第二压力传感器设置在第一刚性触手(19)与钢制框架(3)之间，第三压力传感器设置在第二刚性触手(11)与钢制框架(3)之间。