[发明专利]步入式多功能冻土路基模型试验箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种步入式模型试验装置，尤其是一种步入式多功能冻土路基模型试验箱。

背景技术

冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，按生存时间主要分为多年冻土和季节冻土。我国多年冻土面积约占国土面积的22.4%，是世界第三冻土大国。冻土中由于冰以及未冻水的存在，其性质极复杂且对温度极为敏感。道路工程施工以及全球气候变暖，都会引起冻土的升温，给路基带来融沉病害，严重危害冻土道路的稳定性。因此，稳定性对冻土道路十分重要。试验研究是冻土道路稳定性研究的一种重要手段，一般主要包括野外现场试验和室内试验。野外现场试验虽然与实际条件最为接近，但是试验周期过长，耗力耗时，成本较高。因此，研究人员常在室内进行按一定尺度缩小的模型试验。室内模型试验的最大优势是可以大幅缩短试验周期，在较短时间内得到与实际接近的试验结果，所以成为一种冻土研究者常用的重要研究手段。

目前能进行冻土室内试验的模型试验装置较为少见。模拟道路土基或基层结构局部不均匀变形的试验箱（专利号：200720149107.8）仅能模拟道路土基或基层结构的冻胀、融沉和不均匀沉降等现象，而不能模拟冻土路基经受冻融循环作用下的温度分布和荷载作用下的应力分布。中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室的冻土模型试验箱（喻文兵，赖远明，张学富，肖建章. 多年冻土区道碴、通风管结构铁路路基室内试验研究. 岩土工程学报，2003, 25(4)：436-440）可进行冻土路基的冻融循环试验，但是无法模拟土冻结过程中的水分迁移，也无法进行加载试验。冻土力学模型试验装置（申请号：200910072103.8）能够实现单向和双向冻结条件，实现冻结过程中水分迁移的水分补给，提供模型试验加载破坏的荷载，监测冻土的温度场和应力场以及冻胀和融沉变形等。但是冻土的形成和发展以及冻土路基的温度和变形受到自然条件下空气温度、太阳辐射、降水、深部地温以及静动荷载等多种因素的影响。因此室内条件下模拟冻土和冻土路基时，需模拟气温变化、静动荷载、地热流、深部地温、太阳辐射和降水等实际条件，以及这些条件的相互组合。

发明内容

本发明的目的是提供一种能同时进行冻土加速形成试验、冻土冻融试验、光照/淋雨试验和加载试验的步入式多功能冻土路基模型试验箱。

本发明所采用的技术方案是：

一种步入式多功能冻土路基模型试验箱，其特征在于：

所述的步入式多功能冻土路基模型试验箱包括试验箱体、制冷装置、冻融装置、光照淋雨装置和加载装置；

所述的试验箱体由库板组成，箱体上设置箱门，箱体内设置隔断装置将箱体分为两部分；

所述的制冷装置中设置有并联连接的冷板，其上连接有进液总管和回液总管；

进液总管上设置有水泵和空压机；

进液总管和回液总管均与低温槽连接，低温槽上依次连接有制冷机组和冷却塔。

所述的冷板通过快换万向密封接头互相并联连接；

冷板与进液总管和回液总管通过快换万向密封接头连接。

所述的冻融装置中设置有并联连接的冻融冷板，其上连接有进液总管和回液总管；

进液总管上设置有水泵和空压机；

进液总管和回液总管均与低温槽和高温槽连接，低温槽上依次连接制冷机组和冷却塔。

所述的冻融冷板通过快换万向密封接头互相并联连接；

冷板与进液总管和回液总管通过快换万向密封接头连接。

所述的光照淋雨装置设置有位于试验箱体顶部内侧的金卤灯阵，通过灯架固定；

灯架下方设置有喷淋列管，喷淋列管连接有供水系统；

喷淋列管上焊接若干喷嘴。

所述的加载装置设置有支撑横梁，支撑横梁两侧设置卸载装置，支撑横梁中部下方设置液压压头；

液压压头依次连接液压传动机构和液压压力控制装置。

    本发明具有以下优点：

本发明合理的集成了冻土加速形成试验、冻土冻融试验、光照/淋雨试验和加载试验的所有功能，模拟气温变化、静动荷载、地热流、深部地温、太阳辐射和降水等实际条件，模拟冻土路基经受冻融循环作用下的温度分布和荷载作用下的应力分布，模拟土冻结过程中的水分迁移，能同时完成多项试验的实验条件的模拟，使试验效率大大提高。

附图说明

图1是试验箱体和光照淋雨装置示意图。

图2是制冷装置示意图。

图3是冻融制冷装置示意图。

图4是加载装置示意图。