[發明專利]城市地下工程水平凍結模擬裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 202010120518.4
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111189874A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 陳學農;張華;丁國勝;史海歐;劉勝利;林堅;蘇建萍;張福宏;楊杰;陳軍浩;李棟偉;袁昌;安令石;雷樂樂
• 申請（專利權）人: 福州地鐵集團有限公司;廣州地鐵設計研究院股份有限公司;中交海峽建設投資發展有限公司;福建工程學院;東華理工大學
• 主分類號: G01N25/14
• 分類號: G01N25/14
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 夏靜潔

1.城市地下工程水平凍結模擬裝置，包括凍結系統、加載系統、測試系統和水分補充系統，其特征在于：

所述加載系統安裝在凍結系統的上部，用于為凍結系統加壓，所述測試系統分布在凍結系統內，用于測試凍結系統內部環境，所述水分補充系統與凍結系統相連，用于向凍結系統內補充水分。

2.根據權利要求1所述的城市地下工程水平凍結模擬裝置，其特征在于：所述凍結系統包括凍脹室，所述凍脹室下底板為可拆卸的透水板，凍脹室的中部縱向固定有四個卡架，所述卡架分別位于四邊形的四個拐角處，卡架之間分別卡嵌有一塊弧形的陶瓷隔片，所述陶瓷隔片圍成圓環形，陶瓷隔片內部穿插有四片隔層，所述隔層將陶瓷隔片圍成的圓分隔成五個子空間，每個子空間中均放置有一個氣囊，所述氣囊將對應的子空間完全填充；

所述凍脹室內縱向固定有若干凍脹管，所述凍脹管在陶瓷隔片的外圍均勻分布，所述凍脹管均為雙層管，凍脹管的內層管為入水管，凍脹管的外層管為回流管，內層管與外層管之間設有用于固定內層管與外層管相對位置的夾條；所述內層管均連接有蒸發器，所述蒸發器與內層管相連的一端連接有冷凝器，蒸發器與冷凝器之間安裝有節流閥，冷凝器連接有壓縮機，所述壓縮機與蒸發器的另一端相連，蒸發器的與壓縮機相連的一端與外層管相連，并且還連接有鹽水供給管路。

3.根據權利要求2所述的城市地下工程水平凍結模擬裝置，其特征在于：水分補充系統包括位于凍脹室的下方設有水池，所述水池內設有一號溫度傳感器和水溫調節裝置，水池的右側連通有水泵，所述水池與凍脹室之間為密封連接。

4.根據權利要求2所述的城市地下工程水平凍結模擬裝置，其特征在于：所述加載系統包括縱壓液壓缸和橫壓液壓缸，縱壓所述液壓缸固定安裝在凍脹室上部，液壓缸的推桿豎直向下穿過凍脹室的頂板連接有一塊垂直加載板，所述垂直加載板位于凍脹室上方，用于向下向凍脹室內施力，所述橫壓液壓缸安裝在凍脹室右側，橫壓液壓缸的推桿穿過凍脹室的右側壁連接有位于凍脹室內部右側的橫向加載板。

5.根據權利要求2所述的城市地下工程水平凍結模擬裝置，其特征在于：所述測試系統包括：位于凍脹室內從左上角至右下角均勻分布有若干濕度傳感器、二號溫度傳感器和壓力傳感器；位于凍脹室內從左下角至右上角均勻分布有若干鉆孔攝像儀。

6.根據權利要求2所述的城市地下工程水平凍結模擬裝置，其特征在于：所述氣囊為具有換氣口的橡膠制氣囊。

7.根據權利要求2所述的城市地下工程水平凍結模擬裝置，其特征在于：所述凍脹管采用不銹鋼制成。

8.根據權利要求5所述的城市地下工程水平凍結模擬裝置，其特征在于：所述二號濕度傳感器為集成型濕度傳感器。

9.根據權利要求1-8中任一所述的城市地下工程水平凍結模擬裝置的試驗方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

(1)模型填土和測試系統的安裝；(2)加載系統和凍結系統的安裝；(3)啟動縱壓液壓缸和橫壓液壓缸，對土體進行加載；(4)快速對陶瓷隔片8一側的土體進行凍結，并依次將該側氣囊進行釋放，模擬該側開挖，同時可增加支撐結構，模擬隧道內構筑活動；(5)對另一側陶瓷隔片8附近的土體進行凍結，并對該側氣囊進行釋放；(6)停止所有凍結活動，進行一次自然解凍過程，延緩解凍過程，然后再進行一次強制解凍，即提高解凍速率，在兩次解凍過程中，利用各個傳感器記錄隧道開挖過程中，土體的環境變化。