[发明专利]一种模拟路基工程冻融破坏现象的室内试验装置及方法

说明书

一种模拟路基工程冻融破坏现象的室内试验装置及方法，属于模拟冻融现象的试验装置技术领域。所述模拟路基工程冻融破坏现象的室内试验装置，包括恒温箱、设有若干个试样箱的总箱体、电液伺服压力机、基于单片机的智能水头控制系统、显微观测系统和数据采集系统，试样箱的下方依次设有控温底板、透水石和补水槽，补水槽设有进水阀门和出水阀门，基于单片机的智能水头控制系统通过进水管与补水槽的进水阀门连接。所述模拟路基工程冻融破坏现象的室内试验装置及方法，不仅能够真实模拟土体水分迁移发展的条件和过程，实时监测水分迁移发展过程中土体细观结构、水力、力学特性的演变，而且能够同时测量有关冻融的多种数据。

技术领域

本发明涉及模拟冻融现象的试验装置技术领域，特别涉及一种模拟路基工程冻融破坏现象的室内试验装置及方法。

背景技术

我国季节性冻土地区分布广泛，周期性的冻结和融化作用是引发路基土水分迁移的主要因素。水分迁移会改变路基土的非饱和状态，使土体强度下降，稳定性降低，甚至出现冻胀现象，严重影响着路基工程的使用性能。道路工程由于沿线跨度长、直接暴露于自然环境中，是水分迁移影响的主要工程之一。特别是位于季节性冻土区的道路工程，在反复的冻结和融化作用下，路基中水分迁移现象明显，含水量增大，严重影响着道路的使用性能和使用寿命。这类在冻结、融化循环作用下由路基中水分迁移引发的病害，受地下水位、温度等外部因素的影响较大，表现出“久治不愈”、“年年治理、年年冻胀”的现象。所以，如何处理好新路建设以及旧路维修、改扩建过程中路基土中水分迁移问题，是目前道路工程中急需解决的问题之一。为了研究冻融的机理，需要一种模拟冻融循环作用下土体水分迁移和冻胀融沉试验装置，已有的冻融试验装置只能单独收集一种数据，且不具备平行试验对比功能，导致试验时间长，数据采集单一，不能模拟补水系统等问题，严重影响冻融机理研究的准确性。

发明内容

为了解决现有技术存在的冻融试验装置只能单独收集一种数据、不具备平行试验对比功能、不具备补水系统等技术问题，本发明提供了一种模拟路基工程冻融破坏现象的室内试验装置及方法，不仅能够真实模拟土体水分迁移发展的条件和过程，实时监测水分迁移发展过程中土体细观结构、水力、力学特性的演变，而且能够同时测量有关冻融的多种数据，且具备平行试验对比功能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种模拟路基工程冻融破坏现象的室内试验装置，包括恒温箱、设有若干个试样箱的总箱体、电液伺服压力机、基于单片机的智能水头控制系统、显微观测系统和数据采集系统；

所述总箱体为上下开口的立方体结构，且其设置在所述恒温箱内，所述总箱体通过至少一个竖向隔板将其均匀分成若干个试样箱，每个所述试样箱的上方均设有控温顶板，所述控温顶板与试验箱连接处的缝隙通过密封胶条密封，所述控温顶板内设有与循环冷浴一连接的冷液循环槽一，每个所述试样箱的下方均设有控温底板，所述控温底板与试验箱连接处的缝隙通过密封胶条密封，所述控温底板内设有与循环冷浴二连接的冷液循环槽二，所述控温底板还设有若干个通孔，所述控温底板的下方设有透水石，所述透水石的下方设有补水槽，所述补水槽内的水通过所述通孔进入到试样箱，所述补水槽设有进水阀门和出水阀门；

所述电液伺服压力机设置在恒温箱内，用于给试样箱内土体试样施加竖向压力；

所述基于单片机的智能水头控制系统通过进水管与补水槽的进水阀门连接，所述进水管上设有总进水阀门；

所述显微观测系统设置在所述恒温箱内，实时监测土体细观结构的演变；

所述数据采集系统包括水分传感器、热电偶和数据采集仪，所述水分传感器和热电偶均设置在土体试样内，且均与数据采集仪连接。

所述基于单片机的智能水头控制系统包括水头升降装置、电机和控制箱，所述控制箱的输出端与所述电机的输入端连接，所述电机的输出端与水头升降装置连接，所述水头升降装置中水槽的出水口与所述进水管连接。