[發明專利]可分別進行恒應力和無限剛度凍脹試驗的試驗裝置及其試驗方法

在審

• 申請號: 202010937464.0
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112326920A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 曹亞鵬;李國玉;郭騰;周志偉;韓風雷;吳剛;張軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院西北生態環境資源研究院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/08;G01N25/00;G01N1/28
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 李程

本發明提供了一種可分別進行恒應力和無限剛度凍脹試驗的試驗裝置及其試驗方法，所述試驗裝置包括支撐架，設置于所述支撐架上用于存放土樣的試驗桶體，控制所述土樣溫度的溫度控制系統，通過所述試驗桶體頂部、擇一給所述土樣施加恒定壓力或無窮剛度的施力系統，通過所述試驗桶體下部向土樣內補水的無壓補水系統以及檢測系統，本發明可進行多方面耦合試驗，裝置集成度高。

技術領域

本發明涉及土樣凍脹技術領域，特別是涉及一種可分別進行恒應力和無限剛度凍脹試驗的試驗裝置及其試驗方法。

背景技術

具有負溫或零溫并含有冰的土類和巖石稱之為凍土。當土中水變成冰時，體積增大9％，稱為土中水的凍脹，當土中水的體積膨脹足以引起土顆粒間的相對位移時就形成凍結時土的體積膨脹，稱為土的凍脹。

在實際工程中，不同位置的土體具有的約束形式是多樣的，因而其凍脹性也有所不同。例如，房建工程中，基礎下部土體在發生凍脹時，其荷載可視作恒定，處于恒應力約束條件；靠近堅硬巖層或完全剛性結構下的土體被完全限制，此時凍脹力最大，可將其簡化為剛度無限大的完全約束條件。

當凍土中發生鹽漬化現象時，復雜的土-水-鹽相互作用改變了原有的凍脹及水分遷移機制，在周期性溫變條件下，加劇了建(構)筑物的破壞。

目前對土體水-熱-鹽-力所做的研究主要集中在室內模型試驗方面，在上覆荷載條件下，進行開放系統及封閉系統下的鹽-凍脹試驗研究。然而現有的試驗裝置集成度低，有的只能進行荷載下的試驗，而不能進行無限剛度下的試驗，除此之外，大多數研究主要通過上下冷板施加溫度梯度，土層內溫度呈梯度變化(模擬多個土層的試驗)，無法在恒定溫度條件下，研究單一土層(土層內溫度均一)多場耦合特性。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的試驗裝置集成度低，而提供可分別進行恒應力和無限剛度凍脹試驗的試驗裝置。

本發明的另一方面，是提供所述試驗裝置的試驗方法。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種可分別進行恒應力和無限剛度凍脹試驗的試驗裝置，包括支撐架，設置于所述支撐架上用于存放土樣的試驗桶體，控制所述土樣溫度的溫度控制系統，通過所述試驗桶體頂部、擇一給所述土樣施加恒定壓力或無窮剛度的施力系統，通過所述試驗桶體下部向土樣內補水的無壓補水系統以及檢測系統，其中：

所述試驗桶體包括用于存放土樣的內試樣桶以及設置于所述內試樣桶周向外壁上的冷卻部；

所述溫度控制系統包括所述冷卻部、固定于所述試驗桶體底部的下冷板、可匹配進入與所述內試樣桶內且與其內壁密封連接的上控溫板，所述上控溫板受所述施力系統的作用給所述土樣施加載荷，所述內試樣桶的底部與所述下冷板的頂部密封連接；

所述施力系統包括杠桿施力裝置和上部反力梁，當所述上部反力梁與所述支撐架固定連接時，上部反力梁通過助力桿固定上控溫板的位置以模擬無限剛度條件，當所述上部反力梁與所述支撐架活動連接時，受所述杠桿施力裝置下拉的上部反力梁通過助力桿給所述上控溫板施加載荷以模擬恒應力條件；

所述無壓補水系統包括設置于所述試驗桶體底部的補水腔體以及給所述補水腔體供水的連通器結構，所述補水腔體上設有朝向土樣的補水孔；

所述檢測系統包括設置于所述助力桿上的應力傳感器和/或用于測量土樣溫度的溫度傳感器和/或用于測量土樣在豎直方向上位移的位移傳感器探針和/或用于測量補水量和補水速率的補水計量裝置。

在上述技術方案中，所述支撐架包括下底板和固定于所述下底板上的導向桿，所述下底板的底部固定有支撐腿，所述下冷板固定于所述下底板上，所述上部反力梁與所述導向桿的上部滑動連接，且所述上部反力梁可通過緊固連接件緊固于所述導向桿上。