[發(fā)明專利]開放系統(tǒng)凍融土動靜三軸測試儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611112502.9
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號: CN106644750B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌賢長;羅軍;唐亮;馮杰;耿琳
• 申請（專利權(quán)）人: 凌賢長
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N25/14
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 李長春

本發(fā)明公開了一種開放系統(tǒng)凍融土動靜三軸測試儀，所述測試儀包括溫控系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)和數(shù)采系統(tǒng)五大系統(tǒng)，其中：溫控系統(tǒng)包括冷端端頭、暖端端頭、高低溫恒溫液浴循環(huán)裝置、多孔傳壓介質(zhì)、橡膠膜；補(bǔ)水系統(tǒng)包括補(bǔ)水槽、補(bǔ)水瓶和高進(jìn)氣值陶土板；加載系統(tǒng)包括激振器、反力架、試驗(yàn)臺座、中央傳力桿和配重；圍壓系統(tǒng)包括直線軸承、氣壓閥、外壓力室和內(nèi)壓力室；數(shù)采系統(tǒng)包括位移傳感器、環(huán)形液面標(biāo)定室、體變測量室、差壓傳感器、壓電式力傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器。本發(fā)明的開放系統(tǒng)凍融土動靜三軸測試儀可以實(shí)現(xiàn)《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》(TB10102?2010)中涉及的常規(guī)凍土試驗(yàn)、動荷載作用時不同應(yīng)力狀態(tài)下試樣單向凍融試驗(yàn)等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于凍土工程、路基工程和隧道工程土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于研究開放系統(tǒng)中靜動荷載作用下普通土、特殊土和路基填料單向凍融物理力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)儀器。

背景技術(shù)

我國在東北、華北、西北等地區(qū)分布廣闊的季節(jié)凍土，占國土面積的54%，其中凍深達(dá)0.5m且能夠引起工程問題的季節(jié)凍土占4.46×10⁶km²，凍深達(dá)1.5m且能夠引起嚴(yán)重工程問題的深季節(jié)凍土占3.67×10⁶km²。東北地區(qū)屬于典型的高寒深季節(jié)凍土區(qū)，季節(jié)性凍害問題頻繁且相對嚴(yán)重。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國高速鐵路、快速客運(yùn)專線、重載鐵路、高速公路、鐵路隧道、公路隧道和城市地鐵建設(shè)日益加快，其中大多數(shù)重大基礎(chǔ)設(shè)施均分布在季節(jié)凍土區(qū)和深季節(jié)凍土區(qū)，面臨著不同程度的凍融問題。對于鐵路工程，路基填料的凍融問題是影響軌道不平順的重要因素之一，其對鐵路工程的階段提速、行車安全和使用壽命均有重要影響。此外相關(guān)研究表明，在行車荷載作用下，凍土路基中水分遷移速率將顯著增大，水分遷移量大幅增加，這將導(dǎo)致凍融問題更加嚴(yán)重。同時隨著高速鐵路行車速度的提高以及重載鐵路軸重的增加，行車荷載較之從前顯著提高，在路基中的影響深度可達(dá)6~8m，遠(yuǎn)超目前路基設(shè)計所考慮的行車振動影響深度—基床上部70cm范圍，從而使得由列車荷載作用導(dǎo)致水分遷移速率增加的影響范圍顯著擴(kuò)大，凍害問題不容樂觀。對于公路工程，雖然其行車荷載形式和鐵路工程不同，但所涉及的問題與之基本相似，宏觀表現(xiàn)為路面開裂和不均勻沉降。對于隧道工程，凍融問題影響著隧道的行車安全和使用壽命，由凍融作用引起的襯砌結(jié)構(gòu)大變形、裂縫乃至坍落并不鮮見。因此針對面臨的季節(jié)性凍害問題，以室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M為手段，研究季節(jié)凍土區(qū)土體或路基填料的物理力學(xué)性質(zhì)是必須且重要的。

近年來，關(guān)于土體或路基填料凍融問題的研究大多停留在封閉系統(tǒng)、側(cè)向約束和靜載作用的層面上，對于動載作用下的凍融問題和不同固結(jié)狀態(tài)下更一般的凍融問題的研究還很鮮見，同時基于封閉系統(tǒng)進(jìn)行的凍融問題研究存在一定局限性，開放系統(tǒng)下成套試驗(yàn)設(shè)施的開發(fā)能夠彌補(bǔ)其不足，因此提出一種用于研究開放系統(tǒng)中靜動荷載作用下不同固結(jié)狀態(tài)試樣凍融性質(zhì)的試驗(yàn)儀器具有現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種開放系統(tǒng)凍融土動靜三軸測試儀，它可以真實(shí)模擬土體和路基填料的凍融過程，可以考慮側(cè)向約束、圍壓、上部靜載、上部動載、溫度梯度、初始含水率和密實(shí)度等因素對試樣單向凍融性質(zhì)的影響，可以實(shí)時監(jiān)測試樣凍融過程中溫度場、濕度場、系統(tǒng)補(bǔ)水量、凍脹力、體應(yīng)變和軸向應(yīng)變等物理力學(xué)技術(shù)指標(biāo)的變化情況。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種開放系統(tǒng)凍融土動靜三軸測試儀，包括溫控系統(tǒng)、補(bǔ)水系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)和數(shù)采系統(tǒng)五大系統(tǒng)，其中：

所述溫控系統(tǒng)包括冷端端頭、暖端端頭、高低溫恒溫液浴循環(huán)裝置、多孔傳壓介質(zhì)、橡膠膜，高低溫恒溫液浴循環(huán)裝置分別與冷端端頭和暖端端頭相連通，冷端端頭和暖端端頭分別位于試樣的頂面和底面，橡膠膜包裹在試樣外側(cè)，多孔傳壓介質(zhì)包裹在橡膠膜的外側(cè)；

所述補(bǔ)水系統(tǒng)包括補(bǔ)水槽、補(bǔ)水瓶和高進(jìn)氣值陶土板，補(bǔ)水槽與補(bǔ)水瓶連通，高進(jìn)氣值陶土板位于補(bǔ)水槽內(nèi)且與試樣的底面連接；