[发明专利]可控温复杂边界条件下冻胀参数测定仪

说明书

技术领域

本发明涉及模型实验和人工冻土工程领域，具体是一种通过模型实验将现场原型上的基本物理力学现象(土体冻结温度场、应力场、水分场变化规律及相互影响关系)，按照一定几何缩比进行设计，在模拟同等边界条件下进行室内实验(在室内进行土体人工冻结水、热、力耦合模型实验)。

背景技术

模型试验方法是将体现在现场原型上的基本物理力学现象，按一定几何缩比进行设计，在模拟同等的边界条件下进行室内实验。以尽可能小的人力、物力、财力条件下，从本质掌握现场实际物理、力学现象、

冻土即温度低于0℃的土或岩石。冰作为胶结材料，将相邻土颗粒或岩块体胶结连接而结构体的强度增大，同时降低其透水性，所以在冻土工程中，能够利用的冻土有利特性包括其稳定性、高强度、隔水性等，但利用冻结法的工程往往困难程度高，工程造价昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够更加方便稳定测定冻胀参数及冻胀规律的实验仪器；因为冻结法施工造价高和施工条件要求严格，所以，为了在较低成本和方便施工的情况下，研究冻结过程中温度场、应力场、水分场变化规律，以及相互影响关系，需要进行模拟实验来模拟实际工程情况。为了解决上述问题，本发明提出可控温复杂边界条件下冻胀参数测定仪。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

可控温复杂边界条件下冻胀参数测定仪：

由温度控制系统、补水系统、模拟监测系统、试样盒和结构支架组成。

A.作为优选，本发明提供温度控制系统：包括恒温控制器、外循环管路和保温层。可实现以下功能：由恒温控制器控制系统实现将制冷剂媒介(如:酒精)降低到指定温度并保持恒温，通过控制系统让冷媒介进入外循环管路，到达土体指定位置，以达到控制土体温度的目的，并由保温层保温，提供实验试样所需温度。

(1)恒温控制器和保温层。应可以实现以下功能：①实现制冷功能。通过恒温控制器将冷媒剂(如：酒精)降低(或升高)到指定温度并保持恒温，通过控制系统将降温后的冷媒剂，进入外循环管路，然后经过土体，依据热传导原理，达到降低土体温度的目的，再由循环管道流回箱体内部，重新进行降温。②可以对制冷温度以及冷媒剂(如：酒精)的循环进行调节与控制。③可以在冷媒剂到达土体时进行保温，维持低温时间，提供试验试样所需温度。

(2)外循环管路。应可以实现以下功能：冷媒剂在箱体内降温后，可以通过循环系统进入外循环管道，然后到达土体指定位置，对土体进行降温。

B.作为优选，本发明提供补水系统：由恒定水位的供水装置和塑料管组成。可实现功能：能随时控制和记录补水量。

C.作为优选，本发明提供模型实验监测系统：由计算机、温度监测系统、变形监测系统和应力监测系统组成。可实现以下功能：能够通过计算机实时对土体温度、变形和应力进行监测和数据收集。

(1)计算机：应可以实现以下功能。安装冻结模型试验监测监控系统，能够通过计算机实时对监测数据进行采集保存。该系统界面由试验控制界面、温度数据采集界面、以及冻结变形数据采集界面构成。

(2)温度监测系统：应可以实现以下功能。由热敏电阻温度计监测土体各部位的温度变化情况，然后传到计算机，了解土体时刻温度变化情况。

(3)变形监测系统：应可以实现以下功能。用位移计随时监测土体变形量，进行记录监测。

(4)应力监测系统：应可以实现以下功能。用应力传感器随时监测土体应力变化量，进行记录监测。

D.作为优选，本发明提供试样盒：可实现以下功能。模型内径10cm，外径12cm，壁厚1cm。预留了温度测温孔，可将试验所需试样放入试样盒进行试验。

E.作为优选，本发明提供结构支架：可实现以下功能。为实验装置及试样提供实验空间和作为承载平台。

有益效果：

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在:

1.在实际进行冻结施工前，可通过本发明在室内进行相似模拟实验，为实际施工提供设计参数及经验，为实际工程节约大量成本。

2.冻结施工成本较高，所以科研人员想要对冻结施工中土体的各种物理、力学性质进行研究时，往往会受到成本的限制，无法展开大量研究。本发明可以在较小成本的前提下，对实际工程进行模拟，使研究人员的研究不会受到资金、时间和地点等因素限制，方便研究。

附图说明:

下面结合附图，通过实例对本发明进一步地说明。