[发明专利]具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统

权利要求书

1.一种具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：该模型试验系统包括模型槽箱体、加载系统、冷冻系统、补水系统、温度场测试装置、冻胀三维应力应变测试装置、冻胀融沉观测装置及数据采集系统；补水系统和冷冻系统安装在模型槽箱体内部，模型槽箱体顶部设有可竖向移动的加载系统，冷冻系统设置在模型槽箱体的中心位置，水平或倾斜方向放置，温度场测试装置设置在冷冻系统四周，冻胀三维应力应变测试装置安装在模型槽箱体内侧壁处，冻胀融沉观测装置固定在模型槽箱体顶部。

2.根据权利要求1所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述模型槽箱体分为内外两层，内层箱体(2)是一个立方体容器，通过角钢骨架和带孔的不锈钢板连接而成，用于放置试验模拟的土体材料；模型槽箱体(1)在内层箱体(2)的四周，由槽钢(5)凹面向外沿内层箱体(2)高度叠加而成，槽钢(5)的翼缘部分通过螺栓连接，便于模型槽箱体(1)的拼装和拆卸。

3.根据权利要求1所述具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述补水系统位于内外两层箱体之间，包括供水管(7)、流量控制阀(13)、流量计(14)、集水槽(15)和高压水泵(16)；供水管(7)沿模型槽箱体(1)侧壁高度水平布置，供水管(7)与流量控制阀(13)、流量计(14)、高压水泵(16)、集水槽(15)相互连同，通过调整流量控制阀(13)控制水流流速和流量，模拟不同深度土层的地下水位及水压，进行水土耦合试验。

4.根据权利要求1所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述加载系统包括反力框架和液压油缸，每个支座上方设一榀反力框架，一榀反力框架安装2个液压油缸；反力框架包括H型钢立柱(4)和反力梁，H型钢立柱(4)沿外层箱体(1)侧壁外侧竖直放置，H型钢立柱(4)底部与横向布置的H型钢支座(3)连接，H型钢立柱(4)上部通过螺栓连接反力梁。

5.根据权利要求4所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述的反力梁是由H型钢梁(10)纵横向叠加而成的，H型钢横梁(10)两端与钢立柱连接；在钢横梁底部安装纵向H型钢连梁(9)，沿横梁中心对称布置，各部分连接均采用便于拆卸的螺栓连接。

6.根据权利要求4或5所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述液压油缸位于反力梁下方，油缸底部通过螺栓固定在H型钢连梁(9)的翼缘板上，油缸的活塞杆一端经法兰与模型槽箱体(1)顶部的竖向加载钢板相连；控制油缸的油压，驱动活塞杆完成对土体的加载和卸载，所有的液压油缸统一由设在控制室的液压泵站控制，操作控制面板可以完成单缸和多缸联动加载。

7.根据权利要求1所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：冷冻系统包括冷冻机(17)、盐水箱(18)、冷媒循环液、循环水泵(19)、串联管路(20)和冻结器(21)，所述冻结器(21)位于内层箱体的土体中，是一种内外套管形式的圆柱形容器，在管内能够进行冷媒循环；冻结器(21)通过串联管路(20)与盐水箱(18)和冷冻机(17)连接，各部分接口均采用丝扣螺纹拧接。

8.根据权利要求1所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述冻胀三维应力应变测试装置包括基于十二面体的三维土压力盒和基于四面体框架的三维应变花；三维土压力盒是将常规的应变式微型土压力盒(24)镶嵌到菱形十二面体的水泥块上，三维应变花是将应变片(25)通过502胶水粘贴在四面体框架上，并在贴应变片(25)处涂抹密封胶。

9.根据权利要求1所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述的温度场测试装置包括一个安装有热电偶温度传感器的“十”字形塑料框架，所述框架中心为一个可调节大小的圆环，并固定在冷冻系统的冻结器(21)上。

10.根据权利要求1所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述冻胀融沉观测装置是带有刻度线的方木条，并埋设在内层箱体(2)表面的变形观测位置，所述方木条顶部安放百分表，百分表通过持力座固定在模型槽箱体(1)顶部的加载钢板上。

11.根据权利要求1所述的具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，其特征是：所述数据采集系统包括有通过导线相互连接的温度巡检仪、应力应变采集仪、计算机，采集仪由计算机控制完成数据的自动采集，生成图形图像及回归函数；数据采集系统与温度场监测装置、冻胀三维应力应变测试装置电连接。