[发明专利]一种冻结力测定试验装置及其测定方法

说明书

本发明属地下工程领域，尤其涉及一种天然冻土区及人工冻土加固区地下结构物与冻土接触面冻结力测定试验装置及其测定方法。液压土样压制器压制土样使其密实度均匀一致，三层有机玻璃恒温保温罩中空层充填制冷剂和发泡材料以对冻土恒温、保温，钢管模型桩外壁水平环向车削不同深度直角凹痕模拟不同粗糙度结构物，钢管模型桩侧壁不同高度、不同方向处埋置热电偶温度传感器以准确测定桩土接触面温度，热电偶温度传感器、压力传感器、竖向位移传感器连接数字采集仪同步测定桩土接触面温度、桩顶竖向荷载及桩土相对位移变化。本发明冻结力测定试验装置结构简单、性能稳定可靠、适用范围广，能准确测定不同温度冻土与不同粗糙度结构物冻结力及冻结强度。

技术领域

本发明属于地下工程领域，尤其是涉及一种天然冻土区及人工冻土加固区地下结构物与冻土接触面冻结力测定试验装置及其测定方法，适用于测定不同冻结温度条件下冻土与不同粗糙度结构物接触面冻结力及冻结强度。

背景技术

天然冻土区和人工冻土加固区的地下结构物与冻土接触面间存在冻结力，该冻结力的存在易引起起地下结构物应力场重新分布，当冻结力过大时甚至引发结构物变形或损伤，故有必要准确测定冻土区地下结构物与冻土接触面冻结力的大小。冻结力难以进行现场实测，一般都是通过室内模型试验测定，常用的冻结力测定方法有两种：一种是利用冻土直剪仪测定剪切板与冻土接触面间抗剪强度，以此作为结构物与冻土接触面冻结力，该测定方法有关冻土接触面模拟、受力状态、边界条件等与实际工况差别较大；另一种是利用土压力计测定结构物与冻土接触面处法向压力，然后利用经验公式推算冻结力，由于结构物与冻土接触面处法向压力测定试验操作较为困难，且不同地区土质差异性较大，故这种依赖于地区经验的测定方法所得的冻结力与实际值差距也较大。专利申请号CN201310004478.7一种冻土地区桩侧壁冻结力测试装置及其使用方法，该装置“可以模拟各种地温工况下桩侧与土层的冻结力”，但该装置很难确保每次试验时模型桩周边土体都具有定量准确的密实度，测试数据的随机误差较大；由于先压密试样土后插入模型桩，一方面模型桩插入会比较困难，另一方面也会扰动土样使模型桩周土体松动，直接影响冻结力的大小；该装置采用模型桩内部布置制冷盘管方式冻结土样，难以确保桩周不同距离处冻土体温度均匀一致。鉴于以上现状，如何准确测定结构物与冻土接触面冻结力已成为冻土区地下结构物设计的难题，因此迫切需要研发一种能够准确、方便测定结构物与冻土接触面冻结力的试验装置及其冻结力测定方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种冻结力测定试验装置及其测定方法，解决现有技术中冻结力测定装置试验随机误差大、测定结果不准确、测定试验操作困难的问题。

本发明采用的技术方案有：一种冻结力测定试验装置，包括土样试模、钢管模型桩、液压土样压制器、加载托架、有机玻璃保温隔热板、有机玻璃恒温保温罩、竖向位移传递板、热电偶温度传感器、压力传感器、竖向位移传感器、数字采集仪，所述热电偶温度传感器导线从钢管模型桩中空钢管温度传感器内侧放置孔穿入、在外侧放置孔中连接并焊接，钢管模型桩插入土样试模并从土样试模顶盖和土样试模底盖中心孔穿出；所述土样试模置于液压土样压制器底板中心位置，并使钢管模型桩下端插入液压土样压制器底板中心孔，进行土样分层压制；所述有机玻璃恒温保温罩连同压制后的土样一起置于恒温低温箱中进行冷冻；所述加载托架顶面放置有机玻璃保温隔热板，土样试模置于有机玻璃保温隔热板上，并使钢管模型桩从加载托架中心孔穿出，有机玻璃恒温保温罩罩住土样试模；所述竖向位移传感器固定于位移传感器支座上端，位移传感器支座下端通过预留螺丝孔固定于加载托架底板上，保持竖向位移传感器与加载托架无相对位移，竖向位移传感器测量端支撑在钢管模型桩上端的竖向位移传递板两侧翼板上；所述压力传感器置于竖向位移传递板顶面，压力试验机上压头紧压住压力传感器；所述热电偶温度传感器、竖向位移传感器、压力传感器的导线连接数字采集仪。