[实用新型]一种多功能冻土模型试验装置

说明书

本发明提供了一种多功能冻土模型试验装置，包括：箱体单元、监测单元，以及位于箱体单元中心的加载单元；所述箱体单元包括底板和开拆卸的安装在底板四周的围护板，用于填筑地基，并将试验基础构件放置在地基中；所述加载单元的一端固定在围护板上，另一端与试验基础构件连接，用于在垂直方向上对试验基础构件施加下压和上拔的力；在围护板的内侧设置有制冷单元，所述制冷单元外接低温冷浴器，所述监测单元分别与箱体单元内的地基、加载单元和制冷单元连接。本实用新型提供的试验装置由底板和围护板组合而成，各构件重量轻，便于搬运，同时将制冷单元直接箱体单元本体内，通过调节制冷单元满足试验对环境条件的要求。

技术领域

本实用新型涉及冻土工程技术领域，具体涉及一种多功能冻土模型试验装置。

背景技术

冻土是指0℃以下并含有冰的各种土壤和疏松岩石，是一个由岩土颗粒、未冻水、冰、空气及盐分等组成的多相体系统。由于土中水在固相和液相时的密度不同，相同质量的水在固相时的体积比液相时大9％，由于孔隙冰的存在，冻土表现出明显的流变性和温度依赖性。那么，对于季节性冻土，伴随地表一定深度范围内土体温度的季节性变化，土体在冬季负温状态下会出现膨胀现象。对于多年冻土，土中冰融化会引起地表的沉陷现象。当在上述地区进行工程建设时，由于地基冻胀融沉的自然属性，地基中的基础结构及上部建筑物会随之产生变形稳定性问题，甚至出现破坏现象。以电网工程为例，架空输电线路中的杆塔基础除承受下压荷载外，同时还承受上拔荷载。冻土地基中的杆塔基础，在施工完成的冻结期，会承受冻土施加于基础的冻胀力，对基础的稳定和强度会产生一定的影响；在输电线路的运行期，杆塔基础是在冻胀力与外界荷载双重作用下工作，因此其受力状态以及承载性能较常规条件下的杆塔基础要复杂的多。

为控制冻土地基上建筑物或构筑物的变形破坏，基础结构的合理与否影响重大，因此开发与验证不同基础结构的力学承载性能和设计施工方法对于工程实践有较强的指导意义。但是，由于冻土区基础设施及施工条件的限制，对基础结构进行现场试验的难度及代价过大，因此同比例的模型试验是当今地基与基础工程领域的一种有效研究方法。目前，已有的模型试验装置主要针对常规岩土问题开发，主要面向融土的地基基础工程、边坡工程等方面研究。由于冻土地基涉及温度场、水分场、应力场等多场耦合演化，一方面，冻土地基及基础结构试验对试验装置的尺寸要求较高，尺寸过小无法准确模拟冻土地基温度变化及水分迁移对试验基础构件的影响，而过大的试验装置又不便于运输及使用；另一方面，冻土地基及基础结构试验对环境条件的要求相比融土要更加严格，尤其对冷量输配功率的要求较高，因此目前还缺乏较为完善的大型冻土模型试验装置。

随着越来越多的交通、电力工程途径冻土地区，冻土地基的稳定性问题日趋严重，开发新型基础结构的需求日趋紧迫。所以，亟需一种更为有效和便捷的大型冻土模型试验装置来满足冻土地基及基础结构试验需求。

实用新型内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本实用新型提供一种多功能冻土模型试验装置，包括：可拼接的箱体单元、监测单元，以及位于箱体单元中心的加载单元；

所述箱体单元用于填筑地基(26)，并将试验基础构件(27)放置在地基(26) 中；

所述加载单元的一端固定在所述箱体单元的顶端，另一端与试验基础构件 (27)连接，用于在垂直方向上对试验基础构件(27)施加下压和上拔的力进行加载试验；

在所述箱体单元的内侧设置有制冷单元，所述制冷单元用于控制地基(26) 的温度进行冻结试验；

所述监测单元分别与箱体单元内的地基(26)、加载单元和制冷单元连接，用于监测试验数据。

优选的，所述箱体单元包括底板(1)和通过螺栓固定在底板(1)四周的围护板；所述底板(1)和围护板分别包括多块矩形钢板(5)，各矩形钢板(5)的外侧面设置有肋条(6)，且在拼接成围护板的矩形钢板上设置肋条(6)时，在同一端留出与肋条(6)同宽的钢板；