[發明專利]凍融循環作用下淤地壩壩坡凍融變形室內試驗系統

有效

• 申請號: 202011547366.2
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112730136B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 鄧偉杰;吳向東;李超群;趙順利;于洋;楊晨;王曉卿
• 申請（專利權）人: 黃河勘測規劃設計研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/60
• 分類號: G01N3/60;G01N3/18;G01N3/06
• 代理公司: 北京中和立達知識產權代理有限公司 11756
• 代理人: 張攀

1.凍融循環作用下淤地壩壩坡凍融變形室內試驗系統，其特征在于，

包括：淤地壩凍融模擬裝置(0I)、伺服加壓裝置(02)、冷凍融化裝置(03)、激光掃描裝置(04)以及數據采集處理裝置(05)；

所述淤地壩凍融模擬裝置(0I)包括：試驗箱(21)，所述試驗箱(21)內設置試驗土體(1)、液壓千斤頂(14)、凍融管(3)、環境檢測裝置，所述液壓千斤頂(14)用于對試驗土體(1)加壓，所述凍融管(3)鋪設在試驗土體(1)上，所述液壓千斤頂(14)與所述伺服加壓裝置(02)連接，所述凍融管(3)與所述冷凍融化裝置(03)連接，所述檢測裝置用于檢測所述試驗箱(21)內部試驗環境參數；

所述激光掃描裝置(04)通過試驗箱(21)上的透明觀察孔(22)實時監測淤地壩凍融模擬裝置(0I)內部變化，所述伺服加壓裝置(02)還連接壓力檢測裝置；

所述伺服加壓裝置(02)、環境檢測裝置、激光掃描裝置(04)、冷凍融化裝置(03)、壓力檢測裝置均與所述數據采集處理裝置(05)電連接；

所述淤地壩凍融模擬裝置(0I)還包括：

試驗土體容器(16)，所述試驗土體容器(16)包括：底板(5)、設置在所述底板(5)上周側邊的側板(161)，所述側板(161)固定連接在所述試驗箱(21)內壁，所述底板(5)和側板(161)圍合成僅上端開口的容納腔，所述試驗土體(1)放置在所述容納腔內；

四組水平調節旋鈕(7)，設置在所述底板(5)下方四周；

襯砌材料(2),鋪設在試驗土體(1)左側或右側；

兩個移動裝置，設置在所述襯砌材料(2)下端前后兩側，所述襯砌材料(2)通過所述移動裝置可移動的設置在所述底板(5)上端；

兩個第一彈性測力裝置，一端分別與所述移動裝置連接，另一端與所述底板(5)前后兩側連接；

兩個第二彈性測力裝置，一端分別連接在所述襯砌材料(2)頂端前后兩側，另一端分別與左右兩側的側板(161)連接；

試驗頂板(15),放置在所述試驗土體(1)頂部，所述液壓千斤頂(14)固定連接在所述試驗箱(21)內頂端、且位于所述試驗頂板(15)正上方，所述液壓千斤頂(14)用于通過所述試驗頂板(15)給試驗土體(1)加壓；

加熱絲(8)口，所述底板(5)下方留有加熱絲(8)口，用于埋設加熱絲(8)；

凍融管(3)，埋設在所述襯砌材料(2)一側的開槽內；

所述環境檢測裝置包括：第一溫度傳感器、第二溫度傳感器(19)、含水率傳感器(18)、濕度傳感器(20)，遠離所述襯砌材料(2)的一所述側板(161)上留有溫度傳感器管(17)、含水率傳感器(18)口，分別用于安裝第一溫度傳感器、含水率傳感器(18)，所述第二溫度傳感器(19)、濕度傳感器(20)均設置在所述試驗箱(21)內，所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器(19)、含水率傳感器(18)、濕度傳感器(20)分別與所述數據采集處理裝置(05)電連接；

所述移動裝置包括：滾輪導軌(6)，設置在所述底板(5)下方前側或后側；底板滾輪(4)，連接在滾輪導軌(6)內，所述底板滾輪(4)連接在所述襯砌材料(2)底端對應的前側或后側；

所述第一彈性測力裝置包括：第一彈簧(10)，一端與所述襯砌材料(2)底端對應的前側或后側固定連接；第一力學傳感器(9)，一端與所述第一彈簧(10)另一端固定連接，所述第一力學傳感器(9)另一端與所述底板(5)下端對應的前側或后側固定連接；

所述第二彈性測力裝置包括：第二彈簧(13)，一端與所述襯砌材料(2)對應的頂端前側或后側固定連接；第二力學傳感器(12)，一端與所述第二彈簧(13)另一端固定連接，所述第二力學傳感器(12)另一端通過側板固定短桿(11)、與對應的前側或后側的側板(161)固定連接；

所述試驗箱(21)包括：可開合連接的箱體和試驗箱(21)上蓋，所述透明觀察孔(22)設置在箱體上；

所述第一力學傳感器(9)、第二力學傳感器(12)分別與所述數據采集處理裝置(05)電連接；

所述淤地壩凍融模擬裝置(0I)上還設置自動報警裝置，所述自動報警裝置包括：

控制器、報警器，所述控制器、報警器設置在所述試驗箱(21)上；

厚度檢測裝置，用于檢測試驗土體容器(16)內試驗土體的厚度；

第三力學傳感器，設置在液壓千斤頂(14)與試驗土體接觸處，用于檢測液壓千斤頂(14)對試驗土體的力；

第一速度傳感器，所述第一速度傳感器設置在所述液壓千斤頂(14)上，用于檢測液壓千斤頂(14)的下壓速度；

第二速度傳感器，設置在所述移動裝置上，用于檢測所述移動裝置的移動速度；

角度檢測裝置，用于檢測襯砌材料(2)與底板所夾銳角；

所述控制器與所述厚度檢測裝置、第一力學傳感器、第二力學傳感器、第三力學傳感器、第一速度傳感器、含水率傳感器(18)、第二速度傳感器、角度檢測裝置、報警器電連接，所述控制器基于厚度檢測裝置、第一力學傳感器、第二力學傳感器、第三力學傳感器、第一速度傳感器、第二速度傳感器、含水率傳感器(18)、角度檢測裝置的檢測值控制報警器報警，包括以下步驟：

步驟1，根據厚度檢測裝置、含水率傳感器的檢測值及公式(1)計算試驗土體的總等效質量M；

M＝ρ·A·(H₀-H)·(1-ω)?(1)

其中ρ為試驗土體的干密度，A為試驗土體容器(16)的底面積，H₀為試驗土體的初始厚度，H為厚度檢測裝置的檢測值，ω為含水率傳感器的檢測值；

步驟2，根據公式(1)的計算值、第一力學傳感器、第二力學傳感器、第二速度傳感器、第一速度傳感器、角度檢測裝置檢測值及公式(2)計算試驗土體的綜合受力；

ln為以常數e為底數的對數，e取值為2.7182818，π為圓周率，取值為3.14，F₀為第三力學傳感器的檢測值，S為液壓千斤頂(14)的與試驗土體的接觸面積，μ₂為試驗土體與底板的摩擦系數，μ₁為移動裝置的移動部件與底板(5)的摩擦系數，F₁為第一力學傳感器檢測值，F₂為第二力學傳感器檢測值，lg為以10為底的對數，v為所述第二速度傳感器檢測值，v₀為所述第一速度傳感器檢測值，α為所述角度檢測裝置當前檢測值，α₀為試驗前襯砌材料(2)與底板所夾銳角，sin為正弦；

步驟3，控制器比較試驗土體的綜合受力與預設受力值的大小，當試驗土體的綜合受力大于預設受力值時，控制器控制報警器報警。