[發(fā)明專利]實現(xiàn)水熱力耦合作用的凍脹測量儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911225714.1
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110763718B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚兆明;余文;麻世壟;張雯
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;G01N25/14;G01B21/32
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成

一種實現(xiàn)水熱力耦合作用的凍脹測量儀，包括裝樣系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。裝樣系統(tǒng)包括有裝配框架，裝配框架具有試樣放置室，于裝配框架上設(shè)置有用于對試樣進(jìn)行補(bǔ)水的補(bǔ)水結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)精巧，設(shè)計合理，通過導(dǎo)熱板連接制冷機(jī)，由導(dǎo)熱板提供冷量，實現(xiàn)對試樣的溫度控制，在需要時通過裝配框架上設(shè)置的補(bǔ)水結(jié)構(gòu)可以增加試驗土樣的濕度。本發(fā)明可對試樣含水量、溫度等進(jìn)行調(diào)控，在裝配框架上安裝多個傳感器，可對試樣溫度、水分、凍脹力、凍脹位移等參數(shù)的測定。本發(fā)明可實現(xiàn)水、熱、力等因素的耦合作用，測試結(jié)果精確，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，并且設(shè)置有補(bǔ)水結(jié)構(gòu)，可以通過補(bǔ)水結(jié)構(gòu)對試樣補(bǔ)充水分，從而及時改變試樣不同土層的含水率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，特別涉及一種實現(xiàn)水熱力耦合作用的凍脹測量儀。

背景技術(shù)

凍土是指零攝氏度以下，并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時凍土(數(shù)小時/數(shù)日以至半月)、季節(jié)凍土(半月至數(shù)月)以及多年凍土(又稱永久凍土，指的是持續(xù)二年或二年以上的凍結(jié)不融的土層)。凍土具有流變性，其長期強(qiáng)度遠(yuǎn)低于瞬時強(qiáng)度特征，正由于這些特征，在凍土區(qū)修筑工程構(gòu)筑物就必須面臨兩大危險：凍脹和融沉。

在我國，多年凍土區(qū)的分布面積為2.068×106km²，季節(jié)凍土區(qū)的分布面積為5.137×106km²，兩者合計約占全國面積的75％。隨著凍土區(qū)的開發(fā)和人工凍結(jié)鑿井在煤礦開采中的應(yīng)用，房屋、管道、渠道、公路、鐵路、橋、涵、閘和人工凍結(jié)井壁等各類工程建筑物遭到嚴(yán)重凍脹破壞且量大、面廣。

寒區(qū)土體凍脹及其對工程建筑物的影響日益嚴(yán)重，對凍土區(qū)凍脹量測量的研究逐漸成為工程界的熱點(diǎn)。凍脹力和凍脹量主要受水、熱、力等因素的影響，現(xiàn)有的試驗設(shè)備，很難同時實現(xiàn)水、熱、力等因素耦合作用，這就導(dǎo)致現(xiàn)有試驗設(shè)備在使用上存在一定的局限性。另外，由于現(xiàn)有試驗設(shè)備只能夠?qū)我灰蛩剡M(jìn)行改變，其試驗時模擬環(huán)境與實施情況差距較大，導(dǎo)致試驗結(jié)果的可信度較低。

發(fā)明內(nèi)容

綜上所述，如何解決傳統(tǒng)凍土凍脹測量試驗設(shè)備所存在的實驗結(jié)果可信度較低的問題，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種實現(xiàn)水熱力耦合作用的凍脹測量儀，該實現(xiàn)水熱力耦合作用的凍脹測量儀包括：

裝樣系統(tǒng)，所述裝樣系統(tǒng)包括有裝配框架，所述裝配框架具有試樣放置室，于所述裝配框架上設(shè)置有用于對試樣進(jìn)行補(bǔ)水的補(bǔ)水結(jié)構(gòu)；

制冷系統(tǒng)，所述制冷系統(tǒng)包括有用于與試樣接觸對試樣進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的導(dǎo)熱板，所述導(dǎo)熱板可活動地設(shè)置于所述裝配框架上并用于與試樣放置室內(nèi)的試樣接觸；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括有計算機(jī)以及與所述計算機(jī)通信連接的位移采集儀、壓力采集儀、水分采集儀以及溫度采集儀，所述位移采集儀具有位移傳感器，所述壓力采集儀具有壓力傳感器，所述水分采集儀具有水分傳感器，所述溫度采集儀具有溫度傳感器，所述水分傳感器以及所述溫度傳感器設(shè)置于所述試樣放置室內(nèi)，所述壓力傳感器相對于所述裝配框架固定安裝并與所述導(dǎo)熱板連接、用于獲取試樣凍脹力，所述位移傳感器相對于所述裝配框架固定安裝并與所述導(dǎo)熱板連接、用于獲取試樣凍脹位移。

優(yōu)選地，在本發(fā)明所提供的實現(xiàn)水熱力耦合作用的凍脹測量儀中，于所述裝配框架上開設(shè)有與所述試樣放置室連通、用于對試樣進(jìn)行含水量以及溫度測量的測量孔；所述溫度傳感器以及所述水分傳感器均設(shè)置在試樣內(nèi)部，與所述水分傳感器以及所述溫度傳感器連接的數(shù)據(jù)線分別通過所述測量孔伸出所述裝配框架并與所述計算機(jī)連接；所述測量孔分為測溫孔和測水分孔，所述溫度傳感器以及所述水分傳感器分別對應(yīng)所述測溫孔和所述測水分孔插入到試樣中對試樣進(jìn)行溫度以及水分測量。