[發(fā)明專利]凍融環(huán)境下受荷載土體水-熱-力-位移實驗系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711478646.0
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108344850B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏海斌;李清林;王富玉;張仰鵬;韓雷雷;李子奇;張繼;陳昭
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N25/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61223
• 代理人: 韓曉娟

本發(fā)明提供了一種凍融環(huán)境下受荷載土體水?熱?力?位移實驗系統(tǒng)及方法，屬于季節(jié)凍土地區(qū)路基地基土體室內(nèi)凍融試驗測試領(lǐng)域，包括通過制冷或制熱對實驗土體頂部進行凍結(jié)或融化的上部恒溫單元和保持土體底部恒溫的下部恒溫單元，模擬地下水補給的恒溫供水單元，容納土體的承載筒，土體溫度水分、內(nèi)部壓力和土體土水勢的土體狀態(tài)監(jiān)測單元、土體加載和荷載監(jiān)測單元、可調(diào)節(jié)水平的載物試驗臺及土體位移監(jiān)測單元。該系統(tǒng)可實現(xiàn)在室內(nèi)荷載條件下的土體凍融實驗過程，并對土體的水熱力、整體和分層位移進行在線監(jiān)測，為土體凍融研究提供支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于季節(jié)凍土地區(qū)路基地基土體室內(nèi)凍融試驗測試領(lǐng)域，具體涉及一種凍融環(huán)境下受荷載土體水-熱-力-位移實驗系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

我國季節(jié)凍土分布廣泛，分布面積約占國土面積的53.5％，在季節(jié)凍土區(qū)修筑的路基地基存在不同形式的破壞形式，如路基的凍脹和翻漿，地基的不均勻沉降。以上的破壞形式，雖然表現(xiàn)形式不同，但都是土體水-熱-力綜合作用的結(jié)果。

因為室內(nèi)試驗成本低，效率高，可對多種影響因素進行測試，所以室內(nèi)試驗仍是研究土體水-熱-力耦合特性的主要手段，目前針對室內(nèi)土體水-熱-力耦合試驗單元已有一些相關(guān)報道，如2013年李海鵬等提出了一種大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用實驗系統(tǒng)(參見李海鵬,胡琛琛,宋雷,汪汝鋒,張濤,任彥龍,楊志江.大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用實驗系統(tǒng)[P].江CN103116014A,2013-05-22.)，該試驗單元可以對試驗土體施加荷載，但其在施加荷載后使用限定位移的鐵板將土體頂部固定，使得土體固定空間內(nèi)進行凍脹試驗，這樣限定了土體的凍脹融沉位移，對水分遷移，壓力變化等也產(chǎn)生了一定影響；2015年毛雪松等提出了一種土體凍結(jié)過程水熱力綜合實驗系統(tǒng)及試驗方法(參見毛雪松,侯仲杰,張慧軍,王鐵權(quán).土體凍結(jié)過程水熱力綜合實驗系統(tǒng)及試驗方法[P].陜西：CN104749205A,2015-07-01.)；該實驗系統(tǒng)可以使土體自由凍脹并測試相關(guān)水-熱-力耦合參數(shù)，但該實驗系統(tǒng)不對試驗土體提供荷載，僅可以用于研究土體在自重情況下凍結(jié)過程的水-熱-力耦合機制。

如上所述，目前還未見一種報道展示了可以對上部施加荷載的土體在凍融環(huán)境下的溫度變化，水分遷移，壓力變化，以及由凍脹融沉導(dǎo)致的土體整體和內(nèi)部位移進行監(jiān)測的試驗單元，但是一般實際工程條件下，路基土基上部都是要有荷載存在的，并且在上部荷載條件下凍結(jié)和融化存在著凍脹和融沉現(xiàn)象，該凍脹或融沉現(xiàn)象是土體水-熱-力綜合作用的結(jié)果，并且由土體的溫度變化，水分遷移，壓力變化，位移變化表現(xiàn)出來，

因此設(shè)計一個綜合實驗系統(tǒng)實現(xiàn)凍融環(huán)境下受荷載土體的溫度、水分、壓力、位移測試具有實際工程和科學(xué)研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種凍融環(huán)境下受荷載土體水-熱-力-位移實驗系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

凍融環(huán)境下受荷載土體水-熱-力-位移實驗系統(tǒng)，包括承載筒、載物試驗臺、上部恒溫單元、下部恒溫單元、恒溫供水單元、土體狀態(tài)監(jiān)測單元、土體加載與荷載監(jiān)測單元及土體位移監(jiān)測單元；

所述承載筒設(shè)置在所述載物試驗臺上，所述承載筒為上下開放的圓柱體鋼筒，所述承載筒外壁粘貼有PVC卷材保溫層，所述承載筒頂部設(shè)置有環(huán)狀的法蘭，所述承載筒兩側(cè)均設(shè)置有螺桿，所述螺桿的上端和下端分別穿過所述法蘭和載物試驗臺并通過螺母固定，所述承載筒內(nèi)側(cè)底部鋪有粉細砂層；

所述上部恒溫單元包括頂部低溫恒溫槽、頂部恒溫板護板、頂部恒溫板、頂部恒溫液回流管和頂部恒溫液流入管，所述頂部恒溫板內(nèi)部裝有頂部恒溫盤管，所述頂部恒溫板設(shè)置在所述承載筒的上端入口處，所述頂部恒溫板護板設(shè)置在所述頂部恒溫板上面，所述頂部低溫恒溫槽、頂部恒溫液流入管、頂部恒溫盤管、頂部恒溫液回流管、頂部低溫恒溫槽依次連通形成循環(huán)通路；