[發(fā)明專利]一種高精度土體凍脹過程自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910049004.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN109738478A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫斌祥;陳曉;那圓圓;于周平;蔣震震;苗佳琪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 紹興文理學(xué)院元培學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N25/14
• 分類號(hào): G01N25/14;G01B11/02;G01K7/16
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊天嬌

本發(fā)明公開了一種高精度土體凍脹過程自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，包括試樣本體、溫控機(jī)構(gòu)、補(bǔ)水機(jī)構(gòu)、測量機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)與隔震支座；試樣本體包括有機(jī)玻璃筒和土樣，土樣放置在有機(jī)玻璃筒內(nèi)部，隔震支座連接在有機(jī)玻璃筒底部；溫控機(jī)構(gòu)包括恒溫箱，有機(jī)玻璃筒放置在恒溫箱內(nèi)，控溫頂板和控溫底板分別設(shè)置在土樣的上下兩側(cè)；補(bǔ)水機(jī)構(gòu)包括水泵，水泵的出水端連接有補(bǔ)水導(dǎo)管，補(bǔ)水導(dǎo)管貫穿控溫底板向有機(jī)玻璃筒內(nèi)部延伸；測量機(jī)構(gòu)包括螺旋連接在有機(jī)玻璃筒側(cè)壁的溫度傳感器、以及設(shè)置在土樣上方的位移計(jì)，溫度傳感器和位移計(jì)與數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)連接。本發(fā)明消除了機(jī)械震動(dòng)、人為讀數(shù)誤差對(duì)監(jiān)測結(jié)果的影響，深入揭示土壤的凍脹機(jī)理，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土工低溫試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度土體凍脹過程自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

最冷月平均氣溫<-3℃，月平均氣溫>10℃的月份不超過4個(gè)，是我國對(duì)寒區(qū)最早的定義，在該區(qū)域土壤凍脹是一種常見的自然現(xiàn)象。土壤凍脹主要原因有兩方面，一方面在于溫度下降到冰點(diǎn)以下，土中孔隙水凍結(jié)成冰，當(dāng)冰晶充滿孔隙時(shí)為滿足其體積繼續(xù)膨脹的需求會(huì)擠壓土體顆粒，導(dǎo)致土顆粒蠕動(dòng)向外分散，從而造成宏觀上的變形。另一方面，在溫度梯度和基質(zhì)勢(shì)的共同作用下，下部未凍土層的水分會(huì)源源不斷的向凍結(jié)前緣遷移，聚集凍結(jié)形成冰透鏡體、冰夾層等形式的冰侵入體，引起土體分離，導(dǎo)致地表不均勻隆起變形。如何提前預(yù)報(bào)工程病害，并給出相應(yīng)的防治措施就顯得尤為重要，而行之有效的防治措施，離不開對(duì)土體凍脹過程的正確認(rèn)識(shí)。

土壤凍脹會(huì)嚴(yán)重影響寒區(qū)工程的穩(wěn)定性，甚至可能造成開裂、滑坡、滲水等工程病害。要保證寒區(qū)鐵路、公路、輸油管和變電站等的穩(wěn)定運(yùn)營，需要研究土體凍脹機(jī)理，針對(duì)其特有的物理性質(zhì)采用特殊的施工技術(shù)。而研究土壤凍脹機(jī)理的首要關(guān)鍵就是了解土體凍脹過程，目前對(duì)土壤凍脹的室內(nèi)模擬研究技術(shù)已較為成熟，但都還沒有實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化、自動(dòng)化和精細(xì)化，并且不能有針對(duì)性的對(duì)不同工程背景下的土壤凍脹進(jìn)行模擬。

目前的測試系統(tǒng)只能在凍脹結(jié)束時(shí)讀取最終位移值和水分補(bǔ)給量，對(duì)于簡單測試不同條件或土質(zhì)情況下的最終凍脹結(jié)果，顯然可以滿足，但無法深入揭示土壤的凍脹機(jī)理。并且對(duì)于初期排水固結(jié)，凍結(jié)鋒面前進(jìn)，凍脹變形全過程等動(dòng)態(tài)現(xiàn)象由于缺乏過程數(shù)據(jù)也無法反演分析。傳統(tǒng)的土壤凍脹位移大多采用百分表測量，相對(duì)于高鐵路基粗細(xì)顆粒材料無法完全準(zhǔn)確穩(wěn)定的捕捉到這一材料的微小凍脹變形，況且人為讀數(shù)的偶然誤差足以影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。還有對(duì)于冷浴壓縮機(jī)本身對(duì)土樣空腔造成的機(jī)械震動(dòng)均沒有考慮在內(nèi)，百分表最終顯示的凍脹量是否能準(zhǔn)確反映土體凍結(jié)程度還有待考證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高精度土體凍脹過程自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)消除了機(jī)械震動(dòng)、人為讀數(shù)誤差對(duì)監(jiān)測結(jié)果的影響，深入揭示土壤的凍脹機(jī)理，監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種高精度土體凍脹過程自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，所述高精度土體凍脹過程自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)包括試樣本體、溫控機(jī)構(gòu)、補(bǔ)水機(jī)構(gòu)、測量機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)與隔震支座；

所述試樣本體包括有機(jī)玻璃筒和土樣，所述有機(jī)玻璃筒的上下端為開放結(jié)構(gòu)，所述土樣放置在所述有機(jī)玻璃筒的內(nèi)部，所述隔震支座連接在所述有機(jī)玻璃筒的底部；

所述溫控機(jī)構(gòu)包括恒溫箱，所述有機(jī)玻璃筒放置在恒溫箱內(nèi)，所述有機(jī)玻璃內(nèi)設(shè)有與其內(nèi)徑相應(yīng)的控溫頂板和控溫底板，所述控溫頂板和控溫底板分別設(shè)置在所述土樣的上下兩側(cè)；

所述補(bǔ)水機(jī)構(gòu)包括水泵，所述水泵的出水端連接有補(bǔ)水導(dǎo)管，該補(bǔ)水導(dǎo)管貫穿所述控溫底板向有機(jī)玻璃筒內(nèi)部延伸；

所述測量機(jī)構(gòu)包括螺旋連接在有機(jī)玻璃筒側(cè)壁的溫度傳感器、以及設(shè)置在所述土樣上方的位移計(jì)，所述溫度傳感器和位移計(jì)通過導(dǎo)線與所述數(shù)據(jù)采集機(jī)構(gòu)連接。

作為優(yōu)選，所述有機(jī)玻璃筒的上下端分別連接有蓋板和底座，所述蓋板上設(shè)有環(huán)形凹槽，所述有機(jī)玻璃筒的上端嵌裝在該環(huán)形凹槽內(nèi)；