[發(fā)明專利]一種隧道周圍土體凍脹率測(cè)試裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110662338.3
• 申請(qǐng)日: 2021-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113405937B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李瓊林;崔凱;青于藍(lán);李龐舉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/60
• 分類號(hào): G01N3/60;G01N3/06;G01N17/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 郭瑩瑩

一種隧道周圍土體凍脹率測(cè)試裝置，屬于巖土工程領(lǐng)域。固定裝置設(shè)置在試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部并用于該測(cè)試系統(tǒng)，補(bǔ)液裝置為試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)的巖土體測(cè)試基體補(bǔ)水以及為巖土體測(cè)試基體的內(nèi)環(huán)中部空間補(bǔ)油，試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有為其快速制冷的制冷系統(tǒng)，體積壓力控制系統(tǒng)與補(bǔ)液裝置連通對(duì)試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行壓力控制和測(cè)量?jī)雒浐髱r土體測(cè)試基體中部排出液體的體積，數(shù)據(jù)采集裝置與試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)和體積壓力控制系統(tǒng)連接，用于采集數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過(guò)設(shè)置合理的熱力控制裝置，實(shí)現(xiàn)圓形隧道周圍土體凍脹變形指標(biāo)的合理測(cè)試，突破當(dāng)前一維凍脹試驗(yàn)所測(cè)試凍脹率在隧道工程防凍脹設(shè)計(jì)中的不足。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，具體涉及一種模擬隧道周圍土體凍脹變形的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

近年來(lái)。我國(guó)寒區(qū)隧道建設(shè)的規(guī)模和數(shù)量與日俱增。在寒區(qū)修建的隧道都不同程度地遭受凍害，威脅隧道的正常運(yùn)營(yíng)。寒區(qū)隧道建成后，隧道周圍含水土體在冬季凍結(jié)膨脹，在襯砌上作用凍脹力，進(jìn)而導(dǎo)致襯砌混凝土開(kāi)裂漏水，影響隧道安全運(yùn)營(yíng)，危及行車安全，甚至還會(huì)影響隧道的健康服役、降低使用年限。因此在工程的設(shè)計(jì)與建造中需要考慮隧道周圍土體的凍脹變形的不利影響。

當(dāng)前的研究結(jié)論表明，土體的凍脹變形呈現(xiàn)出顯著的各向異性，即為在熱流流動(dòng)方向上的凍脹量顯著大于熱流的垂直方向的凍脹量。對(duì)于均質(zhì)地層中的寒區(qū)隧道而言，因此其熱流方向與隧道襯砌法線方向一致，負(fù)溫沿襯砌法線向周圍土體不斷發(fā)展，其凍結(jié)模式與傳統(tǒng)的一維凍結(jié)試驗(yàn)所模擬的水平地層一維凍結(jié)模式顯著不同，因此基于一維凍脹試驗(yàn)所得到土體的凍脹率應(yīng)用于襯砌凍害評(píng)估并不合理。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種隧道周圍土體凍脹率測(cè)試裝置，能適用于寒區(qū)隧道周圍土體凍脹變形的模擬，可精準(zhǔn)測(cè)出寒區(qū)隧道周圍土體的凍脹變形率。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案給予實(shí)現(xiàn)的：一種模擬隧道周圍土體凍脹變形試驗(yàn)裝置，包括試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)、固定裝置、補(bǔ)液裝置、制冷系統(tǒng)、體積壓力控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集裝置；所述固定裝置設(shè)置在試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部并用于支撐試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)，所述補(bǔ)液裝置與試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部連通，為試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)的巖土體測(cè)試基體補(bǔ)水以及為巖土體測(cè)試基體的內(nèi)環(huán)中部空間補(bǔ)油，所述試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有為其快速制冷的制冷系統(tǒng)，體積壓力控制系統(tǒng)與補(bǔ)液裝置連通對(duì)試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行壓力控制和測(cè)量?jī)雒浐髱r土體測(cè)試基體中部排出液體的體積，所述數(shù)據(jù)采集裝置與試樣安裝測(cè)試系統(tǒng)和體積壓力控制系統(tǒng)連接，用于采集數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明通過(guò)設(shè)置合理的熱力控制裝置，實(shí)現(xiàn)圓形隧道周圍土體凍脹變形指標(biāo)的合理測(cè)試，突破當(dāng)前一維凍脹試驗(yàn)所測(cè)試凍脹率在隧道工程防凍脹設(shè)計(jì)中的不足。

2.本發(fā)明壓力體積控制器使巖土體測(cè)試基體內(nèi)部壓力處于一恒定值，且能實(shí)時(shí)精準(zhǔn)測(cè)量巖土體測(cè)試基體內(nèi)環(huán)中間部位液體體積變化量，液體采用熱脹冷縮值極小的航空油，能進(jìn)一步減小誤差，從而得出精準(zhǔn)的凍脹變形率。

3.本發(fā)明采用線型溫度傳感器用于測(cè)試巖土體測(cè)試基體內(nèi)部更大范圍的溫度，橫向和縱向均得到有效測(cè)量。

4.使用冷浴機(jī)與內(nèi)螺旋冷卻管、外螺旋冷卻管以及冷卻液流通管組成的制冷系統(tǒng)，能快速精確降溫到指定溫度，能有效模擬實(shí)際寒區(qū)隧道周圍土體的凍脹變形過(guò)程。

5.整個(gè)測(cè)試過(guò)程可做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)計(jì)算，實(shí)時(shí)反饋巖土體測(cè)試基體在整個(gè)降溫過(guò)程中的凍脹變形數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中A-A斷面俯視圖；

圖3是圖1中B-B斷面俯視圖；

圖4是圖1中C-C斷面俯視圖；