[實用新型]一種剛度約束條件下鹽漬土鹽脹特性試驗裝置

有效

• 申請號: 201920833397.0
• 申請日: 2019-06-04
• 公開（公告）號: CN210665725U
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 曹亞鵬;李國玉;楊鵬;馮剛;陳敦
• 申請（專利權）人: 中國科學院寒區旱區環境與工程研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N25/00;G01N5/04;G01N1/28
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 賀云美

本實用新型涉及一種剛度約束條件下鹽漬土鹽脹特性試驗裝置，包括溫控箱(1)，均置于溫控箱(1)內部的支撐架(2)、試樣桶(3)以及剛度約束機構和試驗數據檢測組件；通過不同剛度約束機構的選擇，能夠提供不同的剛度約束變化環境，配合頂桿的可移動性形成相應的剛度約束條件，溫控箱對土樣溫度進行調節實現不同剛度約束條件下的凍融循環試驗。本實用新型進一步增設注水口(27)、稱重器(11)、加水組件(17)和空氣干燥組件等部件，能夠實現不同剛度約束條件下的干濕循環試驗、干濕?凍融耦合試驗。本實用新型操作簡易，裝配方便，可同時測量試樣鹽脹過程中的鹽脹量及鹽脹力，監測試樣的含水率及溫度變化，且數據自動化采集程度高。

技術領域

本實用新型涉及鹽漬土鹽脹特性測試技術領域，尤其涉及一種剛度約束條件下鹽漬土鹽脹特性試驗裝置。

背景技術

鹽漬土是各類鹽化、堿化土壤的總稱。按分布主要分為內陸鹽漬土、濱海鹽漬土及高原鹽漬土。我國鹽漬土面積約20多萬平方公里，居世界第四位。Na₂SO₄鹽漬土廣泛分布于我國內陸及高原地區，鹽脹是其主要病害類型之一。以青藏高原為例，該區域土壤鹽漬化嚴重，且該區域地理環境特殊，海拔高，溫差大，太陽輻射強烈，凍融循環劇烈。與此同時，伴隨降雨、太陽輻射等復雜的周期性氣象條件，干濕循環頻發。Na₂SO₄在結晶生成Na₂SO₄·10H₂O的過程中體積膨脹3.18倍。在不斷的干濕循環作用下，土體表層鹽分逐漸累積，鹽晶體不斷失水和結合水，土體表層會發生顯著的鹽脹破壞(肖澤岸，賴遠明.凍融和干濕循環下鹽漬土水鹽遷移規律研究[J].巖石力學與工程學報，2018,37(增1):3739-3746)。高含鹽量的鹽漬土在凍融循環及干濕循環的雙重作用下，鹽脹病害頻發，嚴重威脅機場、道路、管線、房建等建(構)筑物的穩定性。因此，開展凍融循環，干濕循環及其綜合影響下鹽漬土鹽脹性的研究具有深遠的現實意義。

目前，學術界對鹽漬土鹽脹性的研究大多基于室內模型試驗，主要在恒荷載條件下，對單次降溫或凍融循環下的鹽-凍脹量參數進行測試分析。比如，申請號201610824301.5的發明專利公開了“一種高精度鹽脹試驗設備”，該設備主要包括試樣桶、溫度調控系統和試樣干濕度控制系統(包括加水容器、空壓機)，試樣桶包括外桶和設置在外桶內的內筒，內筒內壁上有風干單元，加水容器通過管道連接到內筒外壁并和內筒內腔連通。該設備雖然在一定程度上實現了試樣的干濕循環，但仍然存在以下缺點與問題：

1、只能進行恒荷載約束條件下的鹽脹試驗，無法進行完全約束條件(剛度無窮大即恒體積)下的鹽脹試驗，同時也無法進行恒剛度或變剛度約束條件下的鹽脹性測試。但是，在實際工程中，不同位置的土體具有的約束形式是多樣的，因而其鹽脹性也有所不同。例如，房建工程中，基礎下部土體在發生鹽脹時，其荷載可視作恒定，處于恒荷載約束條件；更深層的鹽漬化土體在鹽脹變形時，其上層土體可能會發生壓縮變形，約束力處于變化之中，此時可將其約束簡化為等剛度或變剛度約束條件；靠近堅硬巖層或完全剛性結構下的土體被完全限制，此時鹽脹力最大，可將其簡化為剛度無限大的完全約束條件。并且現實場地中的鹽漬土處于干濕循環，凍融循環等復雜周期性氣象條件下，單一試驗條件下的試驗結果，不能真實反映鹽漬土實際的鹽脹特性，對于實際具體工程的指導意義很有限。

2、測量參數單一，只能對試驗過程中鹽脹量進行測量，由于試驗中的鹽脹力始終等于上覆荷載，因此無法監測土體鹽脹過程中的鹽脹力演變機制，無法對鹽脹力進行相關研究分析，且數據自動化采集程度低。

3、進行含水率遞增時，從試樣桶側壁加水，水分橫向遷移，進行含水率遞減時，從試樣桶側壁吹氣，這與實際自然工況下的地表接水、地表蒸發條件不符，且在試樣桶內部吹氣，在一定程度上造成了試樣結構性的破壞。單側吹氣會導致試樣含水率分布不均，干燥過程中，由于進風口處試樣含水率較低，水鹽不斷向進風口遷移，極大地造成試樣鹽脹的不均勻性，且這種不均勻性會隨著試驗的推進而不斷增大。