[發明專利]一種低溫凍土原狀試樣的土工測試裝置

有效

• 申請號: 202110256932.2
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113092282B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 武猛;蔡國軍;榮琦;劉東明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

本發明涉及一種低溫凍土原狀試樣的土工測試裝置，包括水銀壓力加載裝置，在水銀壓力加載裝置表面疊設環形冷卻裝置，在環形冷卻裝置的中心位置設有放置原狀凍土試樣的腔室，腔室的開口端覆設上承壓板，上承壓板上安裝剪切波速發射器，在腔室的底部固設下承壓板，在下承壓板中心安裝剪切波速接收器，剪切波速接收器的中心位置垂直固設溫度探針，且溫度探針向腔室內部方向延伸，剪切波速接收器與剪切波速發射器形成匹配；本發明解決了現有凍土原狀試樣測試擾動大、測試過程中難以保證低溫環境的的缺陷，能夠快速精確的確定凍土地區巖土工程相關的設計參數。

技術領域

本發明涉及一種低溫凍土原狀試樣的土工測試裝置，屬于巖土工程試驗研究技術領域。

背景技術

隨著寒區經濟的發展，在凍土地區掀起了大規模的水利工程、工業與民用建筑及交通運輸工程的建設浪潮。由于大型水利工程、高速鐵路、超高層建筑、等基礎設施在進行設計時對巖土體參數的測試精度的要求越來越高。由于土工試驗過程耗時較長，試樣內部水份的溶解、流動會破壞試樣結構進而影響測試結果。因此為了確保凍土層上部建筑物的穩定與安全，提高凍土試樣測試精度，需最大程度的保證凍土試樣的原狀結構。

靜止土壓力系數和壓縮特性是重要的巖土工程參數，能否準確測定凍土靜止土壓力系數和壓縮特性對于凍土場地的基坑工程、邊坡穩定性設計等有直接影響。傳統的三軸試驗、固結試驗測試設備，由于試樣制備繁瑣，耗時較長，測試過程中無法保證凍土試驗內部水份的凍結。即便是將測試設備置于低溫環境，試驗制備期間溶解的水份無法快速凍結恢復，土體內部孔隙水的流動也會較大的影響試驗結果。剪切波速是反應土體剪切模量、楊氏模量等土動力學參數的關鍵指標，目前剪切波速的測定往往整合于動三軸彎曲元設備中。對于凍土試樣的測試，需嚴格控制試樣制備、轉移安裝至儀器上所花費的時間，對試驗技能熟練度有較高要求，且測試為常溫下測定，忽略了溫度對試樣的影響。對于凍土試樣的測試精度較低。凍土的熱導率系數是表征凍土響應外界熱擾動、繼發熱量傳遞過程和凍結、消融速率的重要指標。

目前國內外對熱導率系數的測定主要為穩態法和瞬態法。穩態法雖然原理簡單、計算方法，但耗時長，需持續幾個甚至十幾個小時才能完成一個試樣的測定。瞬態法雖然計算、原理復雜，但耗時短，對于難以保存的凍土試樣更為適合，因而較多采用。但傳統的瞬態法測試設備只能于室溫下、土樣不受力的狀態下進行測試，不能考慮土體應力狀態對測試結果的影響，因而無法精確表征原位土體的熱學特性。綜上所述，為提高凍土原狀試樣的測試精度，快速、綜合的測試凍土原狀試樣的靜止土壓力系數、剪切波速、壓縮、應力應變特性等土工參數，需減少測試中溫度變化對試樣的擾動，并還原土體的原位應力狀態。研發一種低溫凍土原狀試樣的土工測試裝置是非常必要的。

發明內容

本發明提供一種低溫凍土原狀試樣的土工測試裝置，解決了現有凍土原狀試樣測試擾動大、測試過程中難以保證低溫環境的的缺陷，能夠快速精確的確定凍土地區巖土工程相關的設計參數。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種低溫凍土原狀試樣的土工測試裝置，包括放置在反力架內的土工測試裝置本體，土工測試裝置本體包括水銀壓力加載裝置，在水銀壓力加載裝置表面疊設環形冷卻裝置，在環形冷卻裝置的中心位置設有放置原狀凍土試樣的腔室，腔室的開口端覆設上承壓板，上承壓板上安裝剪切波速發射器，在腔室的底部固設下承壓板，在下承壓板中心安裝剪切波速接收器，剪切波速接收器的中心位置垂直固設溫度探針，且溫度探針向腔室內部方向延伸，剪切波速接收器與剪切波速發射器形成匹配；

剪切波速發射器與剪切波激發裝置形成連通，剪切波速接收器與剪切波速測定及溫度監測器形成連通；

水銀壓力加載裝置位于環形冷卻裝置的底部，通過啟動水銀壓力加載裝置實現對放置原狀凍土試樣的腔室的底部施壓，從而對原狀凍土試樣施加荷載；

作為本發明的進一步優選，前述的環形冷卻裝置包括環形冷卻腔室，其為空心環狀的環柱結構，在環形冷卻腔室的環形中心設有放置原狀凍土試樣的腔室；