[发明专利]一种测试土体不均匀冻胀系数的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种测试土体不均匀冻胀系数的试验装置及方法，它解决了现有技术中只能进行沿热流方向上的冻胀变形和冻胀力之间关系的研究、无法精确控制试件顶面温度的问题，具有既能测量沿热流方向的冻胀变形又能测试垂直热流方向的冻胀变形的效果；其技术方案为：包括温控系统、加载系统、补水系统和数据采集系统，温控系统包括分别用于调节试件底部、顶部温度的第一温控系统、第二温控系统，通过第一温控系统、第二温控系统可测试同一试件上多个温度状态下的不均匀冻胀系数；加载系统包括用于维持试件稳定围压的环向加载系统、用于施加轴向压力的轴向加载系统；数据采集系统用于采集并处理试件的温度、应力变形数据。

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，尤其涉及一种测试土体不均匀冻胀系数的试验装置及方法。

背景技术

目前，许多国家级大型基建项目将迎来建设的高峰，而这些建设地区都属于高纬度或高海拔的寒冷地区，分布着较广的多年冻土和季节性冻土；此外，人工冻结法因其能较好的处理富水软弱地层，保证工程建设的顺利进行而被广泛应用。这些天然的或者人工产生的冻土较未冻时的物理力学性质发生较大改变，对工程自身的稳定性及周边环境都产生了严重的影响，如何测试不均匀冻胀系数从而准确建立冻土的本构关系是解决该问题的关键步骤。因此，需要一种能测量在一定应力环境下不均匀冻胀系数的试验装置及测试方法。

中国专利CN104316671B公开一种量测人工冻融土冻胀力与冻胀量的试验装置，中国专利CN202837082U的公开一种人工冻土冻融条件下的轴力与变形量测试验装置，中国专利CN108519405A公开一种土体冻胀过程中力与变形关系的试验设备，以上三个专利都只能进行沿热流方向上的冻胀变形和冻胀力之间关系的研究，无法进行垂直热流方向的变形规律研究，且试件顶面的温度为室温，无法精确控制。

因此设计一种能进行一定应力环境下的沿热流方向和竖直热流方向的冻胀变形测试装置和方法是十分重要和必须的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种测试土体不均匀冻胀系数的试验装置及方法，其具有既能测量沿热流方向的冻胀变形又能测试垂直热流方向的冻胀变形的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种测试土体不均匀冻胀系数的试验装置，包括：

温控系统，包括分别用于调节试件底部、顶部温度的第一温控系统、第二温控系统，通过第一温控系统、第二温控系统可测试同一试件上多个温度状态下的不均匀冻胀系数；

加载系统，包括用于维持试件稳定围压的环向加载系统、用于施加轴向压力的轴向加载系统；

补水系统，用于向试件补充水；

数据采集系统，用于采集并处理试件的温度、应力变形数据。

进一步的，所述第一温控系统包括内部含有环向通路的第一冷盘、与所述第一冷盘相连的第一制冷机；

所述第一冷盘的侧面设有第一进液端口和第一出液端口。

进一步的，所述第二温控系统包括内部具有空腔的第二冷盘、与所述第二冷盘相连的第二制冷机；

所述第二冷盘的侧面设有第二进液端口和第二出液端口。

进一步的，所述第二出液端口内侧设有能够减小流速的透水棉，所述第二冷盘的中心设有孔道。

进一步的，所述环向加载系统包括安装于第一温控系统上方的气囊，所述气囊中心具有用于放置试件的孔；

气囊外侧由套筒固定；所述气囊连接空气压缩机，且二者之间设有气压表。

进一步的，所述轴向加载系统包括若干带有通孔的砝码。