[发明专利]一种用于多孔材料的双边冻胀试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种用于多孔材料的双边冻胀试验装置，包括压力机(1)、恒温恒湿养护箱(3)、反力架顶盘(4)、反力架支架(5)、气缸(8)、底座(9)、压头(11)、试管架(12)、LVDT位移传感器(18)、压力传感器(19)、数据采集器(20)和两个冷浴循环器(2)；其特征在于：还包括第一存水试管(6)、第二存水试管(7)和冻胀试件套装组件(10)；冻胀试件套装组件(10)包括第一温控盘(13)、第二温控盘(14)、皮套(15)、两个透水石(16)、多个温度传感器和多个绝热环(17)；LVDT位移传感器(18)安装在气缸(8)筒体靠近活塞杆处，反力架顶盘(4)固定安装在反力架支架(5)的顶端，底座(9)固定安装在反力架支架(5)的底端，冻胀试件套装组件(10)固定安装在底座(9)上，气缸(8)竖直设置在反力架顶盘(4)的下方，且气缸(8)筒体的后端盖通过螺栓固定安装在反力架顶盘(4)的下端面上，气缸(8)活塞杆的伸出端固定安装有一个压头(11)，压头(11)的底端加工有弧形凸起，弧形凸起顶在冻胀试件套装组件(10)的上方，第一存水试管(6)与冻胀试件套装组件(10)的顶端连通，第二存水试管(7)与冻胀试件套装组件(10)的底端连通，试管架(12)安装在恒温恒湿养护箱(3)内，第一存水试管(6)和第二存水试管(7)安装在试管架(12)上，压力机(1)和两个冷浴循环器(2)靠近恒温恒湿养护箱(3)设置，且一个冷浴循环器(2)上的两个连接管穿过恒温恒湿养护箱(3)的侧壁与冻胀试件套装组件(10)的顶端连通，另一个冷浴循环器(2)的两个连接管穿过恒温恒湿养护箱(3)的侧壁与冻胀试件套装组件(10)的底端连通，压力机(1)通过两个高压气体管路与气缸(8)连通，压力传感器(19)安装在高压气体管路上，LVDT位移传感器(18)和压力传感器(19)均与数据采集器(20)连接，皮套(15)为筒形皮套，多个绝热环(17)由上至下竖直设置组成圆形套筒，每个绝热环(17)包括两个半圆形圆环和两个连接件，两个半圆形圆环相对扣合组成一个圆环，两个半圆形圆环的两个相交处通过两个连接件固定，每个圆环的一端加工有环形凸起，每个圆环的另一端加工有与环形凸起对应的环形凹槽，绝热环(17)是由丙烯酸材料制成的绝热环(17)，第二温控盘(14)、两个透水石(16)和第一温控盘(13)由下向上依次设置在圆形套筒内，待试验多孔材料(21)设置在两个透水石(16)之间，待试验多孔材料(21)上安装有多个温度传感器，皮套(15)的顶端套装在第一温控盘(13)上，皮套(15)的底端套装在第二温控盘(14)，第一温控盘(13)顶端加工有长方形凸起(13-2)，长方形凸起(13-2)的顶端加工有弧形凹坑，压头(11)的底端设置在弧形凹坑内，多个温度传感器通过线与数据采集器(20)连接。

2.根据权利要求1所述一种用于多孔材料的双边冻胀试验装置，其特征在于：所述第一温控盘(13)为圆形板，圆形板的内部沿径向加工有第一蛇形密封槽(13-1)，圆形板的顶端加工有第一水浴循环液入口、第一水浴循环出口和第一补水管孔，第一水浴循环液入口和第一水浴循环出口均与第一蛇形密封槽(13-1)连通，第一存水试管(6)的出水管穿过第一补水管孔设置在位于上方的透水石(16)处，且第一水浴循环液入口和第一水浴循环出口分别通过一个连接管与一个冷浴循环器(2)连通。

3.根据权利要求2所述一种用于多孔材料的双边冻胀试验装置，其特征在于：所述第二温控盘(14)为圆形板，圆形板的内部沿径向加工有第二蛇形密封槽(14-1)，圆形板的底端加工有第二水浴循环液入口、第二水浴循环出口和第二补水管孔，第二水浴循环液入口和第二水浴循环出口均与第二蛇形密封槽(14-1)连通，第二存水试管(6)的出水管穿过第二补水管孔设置在位于下方的透水石(16)处，且第二水浴循环液入口和第二水浴循环出口分别通过一个连接管与一个冷浴循环器(2)连通。

4.根据权利要求1所述一种用于多孔材料的双边冻胀试验装置，其特征在于：所述第一温控盘(13)沿圆周方向加工有两个环形凹槽，皮套(15)的顶端套装在第一温控盘(13)上，且每个环形凹槽的外部套装有一个第一弹力密封圈。

5.根据权利要求3所述一种用于多孔材料的双边冻胀试验装置，其特征在于：所述第二温控盘(14)沿圆周方向加工有两个环形凹槽，皮套(15)的底端套装在第二温控盘(14)上，且每个环形凹槽的外部套装有一个第二弹力密封圈。

6.一种利用权利要求1、2、3、4或5所述用于多孔材料的双边冻胀试验装置进行双边冻胀试验的方法，其特征在于：所述方法是按下述步骤实现的：

步骤一：将成型后的试验多孔材料(21)饱水处理后连同模具置于2℃、98％湿度的恒温恒湿箱内养生6h；

步骤二：将多个温度传感器沿试验多孔材料(21)的重力方向进行埋设，且埋设在试验多孔材料(21)的侧面，相邻两个温度传感器之间的距离为25mm，每个温度传感器的埋设深度为15mm，并在试验多孔材料(21)的外侧壁套上土乳胶膜；

步骤三：将试验多孔材料(21)的上端面和下端面分别粘贴一张滤纸，然后将试验多孔材料(21)放置在两个透水石(16)之间，并通过土工乳胶膜将皮套(15)的顶端和第一弹力密封圈密封固定在第一温控盘(13)上，通过土工乳胶膜将皮套(15)的底端和第二弹力密封圈密封固定在第二温控盘(14)上，将第一温控盘(13)、第二温控盘(14)、皮套(15)和两个透水石(16)安装在多个绝热环(17)组成的圆形套筒内；

步骤四：使气缸(8)上压头(11)的弧形凸起与第一温控盘(13)上长方形凸起的弧形凹坑内并处于临界接触状态；

步骤五：通过数据采集器(20)分别对LVDT位移传感器(18)、压力传感器(19)和温度传感器进行数据采集；

步骤六：分别对两个冷浴循环器(2)和第一温控盘(13)和第二温控盘(14)装填入冷却液，冷却液装填完成后启动两个冷浴循环器(2)，分别对第一温控盘(13)和第二温控盘(14)进行温度控制，使第一温控盘(13)的温度控制在-2°至-35°，使第二温控盘(14)温度控制在-2°至-35°，待第一温控盘(13)和第二温控盘(14)温度稳定后开始试验；

步骤七：待试验多孔材料(21)冻胀变形达到稳定状态，即停止实验；

步骤八：取出已经冻结的试验多孔材料(21)，按照15mm的间隔分层取样，测试各层位土样的质量含水量，并记录数据，完成试验。