[發明專利]多參數動態采集的人工地層凍結的實驗裝置與實驗方法

有效

• 申請號: 201810502702.8
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108956937B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 王彬;榮傳新;程樺;姚直書;施鑫;董艷賓;蔡海兵;王曉健;宋海清;黎明鏡;唐彬;段寅;王志;彭世龍;楊凡
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/42
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成;徐麗娜

本發明提供一種多參數動態采集的人工地層凍結的實驗裝置與實驗方法。該實驗裝置包括土樣容器、數據采集系統、液壓系統和凍結系統，所述土樣容器包括上蓋、筒體和底板，所述數據采集系統包括數據采集面板、水分采集設備和鹽分采集設備，所述凍結系統包括凍結機、供液管、回液管和凍結器，所述凍結機用于產生以及泵送低溫或高溫介質，所述介質在所述凍結器內與所述土樣進行熱量交換。該實驗裝置能夠凍結或強制解凍人工地層的土樣，在凍結過程中能夠對土樣的水分、鹽分、溫度以及位移等多個參數的數據進行動態采集，該實驗裝置能夠模擬近海鹽漬地層凍結的試驗環境，用于研究鹽漬凍土的凍結規律，為近海鹽漬地層凍結方案設計與施工提供參考。

技術領域

本發明涉及人工地層凍結法領域，特別涉及一種多參數動態采集的人工地層凍結的實驗裝置與實驗方法。

背景技術

人工地層凍結法是目前富水軟土層地下工程施工的主要工法，該工法已經在我國的立井掘砌、隧道建設中得到了廣泛的運用。近些年在我國東部沿海地區地鐵隧道建設的過程中，遇到了大量近海鹽漬地層，該地層具有鹽分含量高、地下水活躍的特點，該處土體在凍結過程中伴隨著水分遷移、鹽分遷移、凍脹、鹽脹等復雜的物理變化過程，導致凍土的物理力學參數與常規凍土之間存在較大的差異，而目前針對近海鹽漬凍土缺乏系統的試驗研究。

凍土試塊試驗可以比較準確的反映試塊的各種特性，但與實際工程的中土體的凍結規律存在較大的差別，試塊試驗提供的數據無法直觀的為實際的工程提出指導；相似模型試驗是對工程可行性分析的重要的試驗手段，其試驗結果的精度主要受限于試驗模型與實際工程的相似比，相似比越大，模型對工程的還原度越高，試驗結果對工程的參考價值越大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多參數動態采集的人工地層凍結的實驗裝置與實驗方法。該實驗裝置能夠凍結或強制解凍人工地層的土樣，在凍結過程中能夠對土樣的水分、鹽分、溫度以及位移等多個參數的數據進行動態采集。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種多參數動態采集的人工地層凍結的實驗裝置，所述實驗裝置能夠凍結或強制解凍所述人工地層的土樣，用于模擬近海鹽漬地層凍結的試驗環境，其特征在于，所述實驗裝置包括土樣容器、數據采集系統和凍結系統，其中，所述土樣容器包括上蓋、筒體和底板，所述底板與所述筒體的底端固定連接，所述上蓋放置在所述筒體的頂端上，所述上蓋、所述筒體和所述底板圍成一個腔體，所述上蓋能夠上下移動，在所述上蓋上設置有中心孔，所述筒體的側壁上設置有多個第一引線孔；

所述數據采集系統包括數據采集面板、水分采集設備和鹽分采集設備，所述數據采集面板水平設置于所述腔體內并將所述腔體分割為第一容納空間和第二容納空間，所述第一容納空間位于所述第二容納空間的上方，所述第一容納空間用于容納所述土樣，所述數據采集面板上設置有多個鹽分采集元件和多個水分采集元件，所述水分采集設備通過所述水分采集元件動態采集所述土樣的水分數據、所述鹽分采集設備通過所述鹽分采集元件動態采集所述土樣的鹽分數據，所述數據采集面板能夠在所述腔體內上下移動；

所述凍結系統包括凍結機、供液管、回液管和凍結器，所述凍結器豎向設置于所述第一容納空間內，所述凍結器的底端與所述數據采集面板連接，所述凍結器的頂端通過所述中心孔延伸出所述土樣容器外，所述凍結機分別通過所述供液管和所述回液管與所述凍結器的頂端相連，所述凍結機用于產生以及泵送低溫或高溫介質，所述凍結機、所述供液管、所述凍結器、所述回液管和所述凍結機依次連通形成用于所述介質的循環回路，所述介質在所述凍結器內與所述土樣進行熱量交換，用于實現凍結或強制解凍所述土樣。