[發明專利]一種凍脹儀

有效

• 申請號: 201510074655.8
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104655823A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 張升;梁思皓;賀佐躍;滕繼東;劉巖
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 長沙新裕知識產權代理有限公司 43210
• 代理人: 劉熙

技術領域

本發明屬于路基測量設備。具體涉及一種凍脹儀。

背景技術

凍脹是由于土中水的凍結和冰體（特別是凸鏡狀冰體）的增長引起土體膨脹、地表不均勻隆起的作用。由于我國北方覆蓋了大量季節性凍土，隨著工程建設飛速發展與規模不斷擴大，鐵路以及公路路基凍脹已經成為一個不可忽視亟待解決的工程問題，凍脹現象嚴重損害工程質量甚至危機到結構安全，研究凍脹的問題的實質即為研究土中水分遷移以及結凍過程。研究表明，在冬季外界溫度足夠低的情況下，列車通過路基時會產生一定頻率（10-30HZ）的動荷載，動荷載施加在路基土體時會產生超孔隙水壓，使得土體中水份往上遷移至凍結鋒面（溫度為0°C的位置）與冰透鏡體接觸完成凍結過程，進一步加深凍脹。其中現有理論已經完善地論證了循環動荷載與超空隙水壓的數值關系（盛岱超,?張升,?李希“高速列車與路基凍脹相互作用機理”?[J].?《巖土工程學報》,?2013,?35(12):?2186-2191），即可將循環動荷載折算為對應的地下水位水頭高度。一般認為土體的凍脹力大小、凍脹位移等力學參數與土壤種類，外界環境溫度，上覆壓力，以及水頭高度（等價于循環動荷載產生的超空隙水壓作用）有關。因此，在鐵路特別是高速鐵路施工中需要借助專門測量設備獲取沿線路基凍脹以及水分遷移的情況，為工程實踐提供理論支撐與可靠依據。現有測量路基凍脹的設備存在功能少、精度不高、適用性不廣、使用不方便等不足，已不能適應鐵路快速發展的需要。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的問題，提供一種功能多、精度高、適用性廣、使用方便的凍脹儀。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明提供的凍脹儀，包括支撐部分、溫度控制部分、土工試驗部分和數據采集部分；所述支撐部分包括底板、固定在底板上的兩根導向柱、設在所述導向柱上部的連接板、設在連接板上的限位部件；所述土工試驗部分包括土樣裝置和砝碼加載裝置，其中土樣裝置包括設在所述底板上的下溫盤、設在下溫盤上的玻璃試樣筒、設在玻璃試樣筒頂上的上溫盤、設在玻璃試樣筒外圍的保溫罩、通入下溫盤內的補水裝置，砝碼加載裝置包括位于所述限位部件下方且套在所述兩根導向柱上可上下運動的活動板、與所述活動板連接的砝碼盤；所述溫度控制部分包括分別與上溫盤和下溫盤連接的溫度控制系統；所述數據采集部分包括設在所述玻璃試樣筒上的溫度探頭和含水率探頭、設在所述上溫盤與所述活動板之間的壓力傳感器、設在所述砝碼加載裝置和所述支撐部分之間的位移傳感器。

所述保溫罩為鉸接在所述導向柱上的兩片弧形罩。

所述玻璃試樣筒外側設有凹槽。

所述補水裝置采用可調節高度的馬氏瓶量筒。

所述連接板和活動板上分別設有相互配合的掛鉤和吊環。

所述玻璃試樣筒上設有豎直布置的若干溫度測量孔和含水率測量孔、與溫度測量孔和含水率測量孔配套的插銷，所述溫度探頭和含水率探頭的數量及尺寸分別與所述溫度測量孔和含水率測量孔相適配。

所述位移傳感器采用磁環傳感器，包括設在所述導向柱上的固定部分和設在所述活動板上的活動部分。

所述壓力傳感器采用S形壓力傳感器。

本發明的有益效果：

本發明能真實地反映凍結與融化全過程中路基土層的水分遷移及凍脹與融沉規律，可設置不同的溫度梯度、上覆壓力以及水位高度等外界條件以此觀察土樣在其不同環境下的凍脹力大小或者凍脹位移及探究土樣中水分遷移情況，且能實時測出相關試驗數據，包括凍脹位移、凍脹力大小、土樣各點含水率以及土樣的溫度分布，可由PC機及編譯程序實時繪制出相關曲線。具有功能多、測量精度高、適用性廣、使用方便等優點。其特點如下：

1、更高的溫度控制范圍與控制精度，通過溫度控制系統可使上溫盤和下溫盤的溫度各自在-30至90度范圍內調節，精度為0.1°C。

2、通過砝碼加載裝置加載砝碼，可現實上覆壓力的模擬，探究不同上覆壓力條件下對土的凍脹力及凍脹位移的影響。

3、可以通過壓力傳感器測出凍脹力的大小。

4、保溫罩能夠保持玻璃試樣筒內土樣溫度的穩定性。

5、通過補水裝置可模擬調節土樣中地下水位高度，探究不同地下水位高度條件下對土的凍脹力及凍脹位移的影響。

6、通過含水率探測器可測出土中各點的含水率，觀察出溫度梯度下含水率變化的情況，從而探究水分遷移的過程。

7、通過位移傳感器可測出凍脹位移量。