[發(fā)明專利]一種量測(cè)人工凍融土凍脹力與凍脹量的試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410531540.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104316671A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐益群;嚴(yán)婧婧;萬(wàn)鵬;孫愷;徐杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種量測(cè)人工凍融土凍脹力與凍脹量的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

人工地層凍結(jié)法是一種較好的地層加固技術(shù)，從1883年由德國(guó)工程師F.H.Poetech開(kāi)始應(yīng)用于礦井開(kāi)鑿后，這一技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于其他地下工程。20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)東南沿海地區(qū)開(kāi)始大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用地下空間，由于這一地區(qū)軟黏土分布較廣，為地下施工帶來(lái)極大不便，人工地層凍結(jié)法以其凍土強(qiáng)度高、隔水性好等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被廣泛應(yīng)用于這一地區(qū)的地下工程施工中。

人工地層凍結(jié)法即在預(yù)加固土體四周布置凍結(jié)管，通過(guò)管內(nèi)低溫冷媒劑的循環(huán)，向地層連續(xù)或間斷供冷，使地層中的水結(jié)冰，將天然巖土轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯鐾粒庸誊浫醯貙樱艚^地下水與地下工程的聯(lián)系，在凍結(jié)壁的保護(hù)下進(jìn)行掘進(jìn)和襯砌。人工凍結(jié)法施工時(shí)，由于水結(jié)冰體積增大、以及水分遷移等因素，土體發(fā)生凍脹，這會(huì)引起地面隆起，并使隧道管片產(chǎn)生巨大的內(nèi)力而可能產(chǎn)生管片破壞。因此研究人工土層凍結(jié)法施工過(guò)程中土體產(chǎn)生凍脹的規(guī)律是很有必要的。

凍結(jié)法施工中的冷源為凍結(jié)管，從徑向來(lái)看為單向凍結(jié)，而許多現(xiàn)有技術(shù)大多采用將土樣置于類似于冷凍箱內(nèi)的裝置進(jìn)行凍結(jié)。申請(qǐng)?zhí)枮?01220482912.3的中國(guó)專利公開(kāi)了一種人工凍土凍融條件下的軸力與變形測(cè)量試驗(yàn)裝置，由反力架、隔熱保溫層、油泵系統(tǒng)構(gòu)成，該裝置中冷量從多個(gè)方向傳遞至土樣，使土樣內(nèi)部水分遷移方向不明確，不能實(shí)現(xiàn)開(kāi)放系統(tǒng)試驗(yàn)過(guò)程中的補(bǔ)水，因而不能很好地模擬實(shí)際工程情況。與此專利相比，本發(fā)明采用單一冷源，使土樣能夠完成單向凍結(jié)，原理明確，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，可以很好地符合工程實(shí)踐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種量測(cè)人工凍融土凍脹力與凍脹量的試驗(yàn)裝置，可以模擬多種土質(zhì)的土體在不同凍結(jié)溫度下的凍融過(guò)程，為研究土體在單向凍結(jié)條件下的凍脹規(guī)律提供便利。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種量測(cè)人工凍融土凍脹力與凍脹量的試驗(yàn)裝置，該裝置包括：

底板，將冷凍液通入裝置，設(shè)有第一密封槽；

土樣腔，嵌于所述底板的第一密封槽上，盛裝土樣；

頂蓋，設(shè)有第二密封槽、通過(guò)第二密封槽蓋設(shè)在所述土樣腔頂部；

支架，連接在所述頂蓋和所述底板之間；

土樣蓋板，設(shè)于所述土樣腔內(nèi)，壓緊土樣；

連桿，貫穿所述頂蓋，下端抵接在所述土樣蓋板上；

補(bǔ)水連接管，貫穿所述頂蓋，連接所述土樣蓋板，向土樣中加水；

第一密封槽和第二密封槽內(nèi)分別設(shè)有密封圈，使所述土樣腔分別與所述底板、所述頂蓋完全密封；

還包括：

冷凍液腔，設(shè)于所述土樣腔內(nèi)，固定在所述底板上，盛裝冷凍液；

測(cè)力計(jì)，承接所述連桿的上端；

反力架，連接所述測(cè)力計(jì)。

所述底板為圓形，底板中心設(shè)有凹槽，所述第一密封槽設(shè)于凹槽外圈，底板沿徑向、等間距設(shè)有連通凹槽和底板外圈的冷凍液流入通孔和冷凍液流出通孔，所述冷凍液腔嵌入凹槽，冷凍液腔的腔壁上設(shè)有與冷凍液流入通孔和冷凍液流出通孔對(duì)應(yīng)連通的孔洞，使冷凍液通入冷凍液腔中并流出。

所述冷凍液腔通過(guò)粘合劑連接底板。

所述土樣腔的材質(zhì)為透明有機(jī)玻璃，土樣腔的內(nèi)壁緊貼冷凍液腔的外壁，土樣腔的腔壁厚度、第一密封槽寬度和第二密封槽寬度均一致。

所述頂蓋的中心設(shè)有使連桿通過(guò)的第一圓孔和使補(bǔ)水連接管通過(guò)的第二圓孔，所述連桿下端為圓弧形，抵接在土樣蓋板上，上端為一半球形凹槽，承接測(cè)力計(jì)。

所述頂蓋設(shè)有使傳感器接線通過(guò)的孔洞。

所述土樣蓋板中心設(shè)有弧形凹槽，使連桿下端放入，土樣蓋板的上部為金屬蓋板，下部為透水石，經(jīng)粘合劑相連，所述金屬蓋板靠近中心位置設(shè)有貫穿金屬蓋板，與補(bǔ)水連接管固定連接的螺紋孔。

所述反力架的材質(zhì)為鋼材。

所述反力架的高度為可調(diào)節(jié)，試驗(yàn)時(shí)，高度滿足使測(cè)力計(jì)下端與連桿上端接觸。

所述測(cè)力計(jì)為應(yīng)變控制式測(cè)力環(huán)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明中冷凍液腔采用突起式，可以保證腔內(nèi)有足量的冷凍液且較均勻混合，可使土樣下表面各處提供所受冷量均勻，從而可以保證土樣單向凍結(jié)；

2)本發(fā)明中底板及冷凍液腔設(shè)置了徑向、等間距的冷凍液進(jìn)出孔，可以保證腔內(nèi)冷凍液能夠較快速地循環(huán)，使與土樣接觸的冷凍液腔頂?shù)臏囟饶軌蚧痉€(wěn)定而不產(chǎn)生較大波動(dòng)；