[发明专利]实现水热力耦合作用的冻胀测量仪

说明书

一种实现水热力耦合作用的冻胀测量仪，包括装样系统、制冷系统以及数据采集系统。装样系统包括有装配框架，装配框架具有试样放置室，于装配框架上设置有用于对试样进行补水的补水结构。本发明结构精巧，设计合理，通过导热板连接制冷机，由导热板提供冷量，实现对试样的温度控制，在需要时通过装配框架上设置的补水结构可以增加试验土样的湿度。本发明可对试样含水量、温度等进行调控，在装配框架上安装多个传感器，可对试样温度、水分、冻胀力、冻胀位移等参数的测定。本发明可实现水、热、力等因素的耦合作用，测试结果精确，科学严谨，并且设置有补水结构，可以通过补水结构对试样补充水分，从而及时改变试样不同土层的含水率。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，更具体地说，特别涉及一种实现水热力耦合作用的冻胀测量仪。

背景技术

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月)、季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征，正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。

在我国，多年冻土区的分布面积为2.068×106km²，季节冻土区的分布面积为5.137×106km²，两者合计约占全国面积的75％。随着冻土区的开发和人工冻结凿井在煤矿开采中的应用，房屋、管道、渠道、公路、铁路、桥、涵、闸和人工冻结井壁等各类工程建筑物遭到严重冻胀破坏且量大、面广。

寒区土体冻胀及其对工程建筑物的影响日益严重，对冻土区冻胀量测量的研究逐渐成为工程界的热点。冻胀力和冻胀量主要受水、热、力等因素的影响，现有的试验设备，很难同时实现水、热、力等因素耦合作用，这就导致现有试验设备在使用上存在一定的局限性。另外，由于现有试验设备只能够对单一因素进行改变，其试验时模拟环境与实施情况差距较大，导致试验结果的可信度较低。

发明内容

综上所述，如何解决传统冻土冻胀测量试验设备所存在的实验结果可信度较低的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

为了解决现有技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种实现水热力耦合作用的冻胀测量仪，该实现水热力耦合作用的冻胀测量仪包括：

装样系统，所述装样系统包括有装配框架，所述装配框架具有试样放置室，于所述装配框架上设置有用于对试样进行补水的补水结构；

制冷系统，所述制冷系统包括有用于与试样接触对试样进行温度调节的导热板，所述导热板可活动地设置于所述装配框架上并用于与试样放置室内的试样接触；

数据采集系统，所述数据采集系统包括有计算机以及与所述计算机通信连接的位移采集仪、压力采集仪、水分采集仪以及温度采集仪，所述位移采集仪具有位移传感器，所述压力采集仪具有压力传感器，所述水分采集仪具有水分传感器，所述温度采集仪具有温度传感器，所述水分传感器以及所述温度传感器设置于所述试样放置室内，所述压力传感器相对于所述装配框架固定安装并与所述导热板连接、用于获取试样冻胀力，所述位移传感器相对于所述装配框架固定安装并与所述导热板连接、用于获取试样冻胀位移。

优选地，在本发明所提供的实现水热力耦合作用的冻胀测量仪中，于所述装配框架上开设有与所述试样放置室连通、用于对试样进行含水量以及温度测量的测量孔；所述温度传感器以及所述水分传感器均设置在试样内部，与所述水分传感器以及所述温度传感器连接的数据线分别通过所述测量孔伸出所述装配框架并与所述计算机连接；所述测量孔分为测温孔和测水分孔，所述温度传感器以及所述水分传感器分别对应所述测温孔和所述测水分孔插入到试样中对试样进行温度以及水分测量。