[實用新型]土樣凍融試驗裝置

有效

• 申請號: 201420594406.2
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN204154664U
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 張明義;張熙胤;路建國;裴萬勝
• 申請（專利權）人: 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 馬正良

技術領域

本實用新型涉及一種試驗測試裝置，具體是指一種土樣凍融試驗裝置。可有效測量開放及封閉條件下土體凍融過程中的溫度、體積未凍水含量、土水勢、熱通量及變形等物理力學要素的變化情況，為研究土體在凍融過程中的水熱變化過程及凍融變形規律提供了有效的途徑。?

背景技術

凍融試驗是通過人工制冷和制熱技術對指定的試樣進行凍結和融化過程模擬并測定其物理化學及力學性質的過程。凍融試驗技術在材料科學、寒區工程和醫藥等領域有著廣泛應用，例如混凝土材料耐久性、土體凍融過程的物理力學性質研究、新藥品包裝與儲存穩定性等諸多方面。?

凍融試驗是研究土體在凍融過程中水-熱-力特性變化的主要手段。目前國內凍脹、融沉試驗一般采用圓柱狀試樣，直徑有6.18cm~20cm不等，對應的高度為10cm~20cm之間（徐湘田，賴遠明，劉峰，常小曉，董元宏.?凍土中幾類力學試驗方法的探討[J].?冰川凍土，2011，33(5):?1132-1138；Yuanming?Lai,?Wansheng?Pei,?Mingyi?Zhang,?Jiazuo?Zhou.?Study?on?theory?model?of?hydro-thermal–mechanical?interaction?process?in?saturated?freezing?silty?soil?[J].?International?Journal?of?Heat?and?Mass?Transfer,?2014,?78:?805–819），放置在裝有溫度傳感器的有機玻璃桶內，并一同置于恒溫箱中，對試樣上端和下端進行控溫，對試樣內部的溫度變化及外部整體變形進行監測，這些試驗模型的特點為土樣尺寸小，易于操作，只能研究溫度梯度、外部載荷、初始含水量及土體類型等宏觀因素對土體凍融特征的影響，無法監測土體在凍融過程中內部微觀要素的變化過程，如：體積未凍水含量、土水勢等的動態變化；加之野外的實際條件面臨的是水分遷移路線長、溫度場分布范圍廣、凍脹生長空間大等特點。因此，目前這樣的模型試驗由于土樣尺寸小、試驗裝置功能有限，并且容易受到環境的干擾，對內部水分遷移、溫度變化及變形量的準確測量存在很大的難度。?

面對小試樣測量要素單一（試樣內部的溫度和外部整體變形）、測量難度大等問題，為了綜合考慮諸多影響凍融試驗效果的因素，更加真實地模擬野外環境條件，充分發揮室內試驗成本低、效率高的優勢，對多要素（試樣內部的溫度、體積未凍水含量、土水勢變化及外部變形等）進行有效測試，設計合理有效的土樣凍融試驗新型裝置，完成土體試樣在凍融過程中的物理力學性質的有效測試是非常有必要的。?

發明內容

為更加真實地模擬凍土的野外實際狀態，本實用新型的目的旨在提供一種土樣凍融試驗裝置，可以監測土體在凍融過程中內部微觀要素的變化。?

本實用新型所采用的技術方案是：?

一種土樣凍融試驗裝置，是由模型箱體、腳輪、光滑絕熱板、傳感器引線口、冷浴液導管進出口、土樣平臺、下控溫板、上控溫板、固定橫梁、側壁支柱、頂蓋、扣件、冷浴液接口、導液管、1#冷浴、2#冷浴、冷浴液、位移傳感器、其他傳感器、水位控制器、水位測試導管、導水管、導水管接口、硬板、補水槽、風扇、可旋轉灑水噴頭、固定框架、數據采集儀及計算機組成。模型箱體和頂蓋通過扣件形成一封閉整體，底部置有腳輪。模型箱體側壁由不銹鋼夾保溫材料構成，內壁敷有光滑絕熱板，模型箱體每個側壁拐角設側壁支柱，用于支撐和固定上控溫板和下控溫板，上控溫板下方依序置有固定橫梁和硬板，固定橫梁與固定框架）固定在模型箱內壁，固定框架上裝有風扇和可旋轉灑水噴頭；下控溫板位于模型箱體的底部，其上部設置補水槽，補水槽上布設透水膜為土樣平臺，土樣居于硬板與土樣平臺之間；位移傳感器下部穩固于固定橫梁上，其頭部探針通過硬板與土樣頂面接觸，其他傳感器通過模型箱左右兩側壁設有的兩個傳感器引線口埋設在測試土樣的截面處，其引線與數據采集儀相連，數據采集儀再與計算機相連；模型箱體外的水位控制器和水位測試導管通過導水管與補水槽兩側的導水管接口相連，模型箱前側壁上、下部設冷浴液導管進出口與上控溫板、下控溫板的冷浴液接口對應；1#冷浴和2#冷浴內分別盛有冷浴液，2#冷浴通過導液管及冷浴液接口與上控溫板連接、1#冷浴通過導液管及冷浴液接口與下控溫板連接。

上述的其它傳感器為溫度傳感器、體積未凍水含量傳感器、土水勢傳感器、熱通量傳感器和變形傳感器。?

本實用新型的優點和產生的有益效果是：?