[發明專利]氣冷式土體凍脹試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 201811518149.3
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109490350A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 胡田飛;王天亮;劉建勇;盧玉婷;尹趙愛;何亞夢
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;G01N25/58
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產權代理事務所(普通合伙) 13128
• 代理人: 侯迎新

本發明適用于土工試驗技術領域，提供了一種氣冷式土體凍脹試驗裝置，包括試樣筒、冷風輸出單元、用于監測土樣豎直位移的位移監測單元、用于監測土樣溫度的溫度監測單元、用于監測土樣含水量的水分監測單元和用于為土樣補充水分的補水單元，試樣筒的頂端設有頂板，底端設有底板，冷風輸出單元的冷氣輸出口穿過頂板位于試樣筒內部的頂端，位移監測單元的測頭穿過頂板和試樣筒內部的土樣表面接觸，溫度監測單元的探頭穿過試樣筒的側壁位于土樣的內部，水分監測單元的探頭穿過試樣筒的側壁位于土樣的內部，補水單元的出水口穿過底板位于試樣筒的底端。解決試驗與實際環境的凍脹發生條件不符造成土體凍脹試驗結果不準確的問題。

技術領域

本發明屬于土工試驗技術領域，尤其涉及一種氣冷式土體凍脹試驗裝置及試驗方法。

背景技術

中國分布著面積廣大的季節性凍土和多年凍土，總計約占國土面積的70％。季節性凍土層和多年凍土上部的季節性活動層，都會在冬季發生凍結膨脹現象，而且在下年春季來臨時產生融沉和翻漿等次生現象，進而引起地基上部構筑物的變形與破壞。對于土體的凍脹性而言，一方面是由于土體溫度低于土水的冰點時，部分的原位水凍結，使得土體體積膨脹；另一方面土體中未凍結部分孔隙水在多種勢梯度作用下向著凍結緣發生遷移，由此引起土體膨脹。因此，土體的凍脹性是一個由各類土性條件和環境條件影響的物理現象，具有極大不確定性和多樣性。凍土工程在土木工程建設中占有十分重要的地位。

在凍土區工程建設中，針對不同的地基土類型及賦存環境，必須預先對地基土體的凍脹性進行專門試驗與評價，以指導工程設計和進行構筑物穩定性預測。相應地，凍脹試驗及試驗裝置是揭示土體凍脹性特征，進而指導與預測凍土工程穩定性的必要手段。

目前，土體凍脹試驗的冷源形式普遍采用固體冷源，冷源與土樣之間的傳熱方式為固體與固體之間的熱傳導。但是，自然環境中，土體凍脹實際上主要是由大氣環境中冷風在地表流動而引起。在實際過程中，冷源為氣體，冷源與土體之間的傳熱方式主要為固體與氣體之間的熱對流。試驗與實際環境的凍脹發生條件不符，會造成土體凍脹試驗結果不準確。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種氣冷式土體凍脹試驗裝置及試驗方法，以解決現有技術中試驗與實際環境的凍脹發生條件不符造成土體凍脹試驗結果不準確的問題。

為解決上述技術問題，本發明的第一實施例提供了一種氣冷式土體凍脹試驗裝置，包括用于盛放土樣的試樣筒、用于提供冷氣流的冷風輸出單元、用于監測土樣豎直位移的位移監測單元、用于監測土樣溫度的溫度監測單元、用于監測土樣含水量的水分監測單元和用于為土樣補充水分的補水單元，所述試樣筒的頂端設有頂板，底端設有底板，所述冷風輸出單元的冷氣輸出口穿過所述頂板位于所述試樣筒內部的頂端，所述位移監測單元的測頭穿過所述頂板和所述試樣筒內部的土樣表面接觸，所述溫度監測單元的探頭穿過所述試樣筒的側壁位于土樣的內部，所述水分監測單元的探頭穿過所述試樣筒的側壁位于土樣的內部，所述補水單元的出水口穿過所述底板位于所述試樣筒的底端。

進一步地，所述冷風輸出單元包括制冷機、鼓風機和冷媒盤管，所述冷媒盤管的進口端通過冷媒連接管連接所述制冷機的出口端，所述冷媒盤管的出口端通過冷媒連接管連接所述制冷機的進口端，所述鼓風機的扇葉位于所述試樣筒內部的頂端，所述冷媒盤管位于所述扇葉的正下方。

進一步地，所述位移監測單元為百分表，所述百分表的測頭位于所述試樣筒的內部，并與所述土樣的表面接觸。

進一步地，所述溫度監測單元包括若干個溫度傳感器和溫度采集儀，若干個溫度傳感器連接所述溫度采集儀，所述試樣筒的側部設有若干個溫度監測孔，每個溫度傳感器的探頭穿過一個溫度監測孔進入土樣的內部。

進一步地，所述水分監測單元包括若干個水分傳感器和水分采集儀，若干個水分傳感器連接所述水分采集儀，所述試樣筒的側部設有若干個水分監測孔，每個水分傳感器的探頭穿過一個水分監測孔進入土樣的內部。