[发明专利]多功能冻胀试验系统及其试验方法

说明书

本发明公开了一种多功能冻胀试验系统及其试验方法，所述试验系统包括支撑架，设置于所述支撑架上用于存放土样的试验桶体，控制所述土样温度的温度控制系统，通过所述试验桶体顶部、择一给所述土样施加恒定压力或无穷刚度的施力系统，通过所述试验桶体下部向土样内补水的无压补水系统以及检测系统。本发明可进行多条件耦合试验，集成度高。

技术领域

本发明涉及冻土研究技术领域，特别是涉及一种多功能冻胀试验系统及其试验方法。

背景技术

具有负温或零温并含有冰的土类和岩石称之为冻土。当土中水变成冰时，体积增大9％，称为土中水的冻胀，当土中水的体积膨胀足以引起土颗粒间的相对位移时就形成冻结时土的体积膨胀，称为土的冻胀。冻胀分为原位冻胀和分凝冻胀两种类型。在封闭系统中，土中主要发生原位冻胀。而在有水分补给的开放系统中，水分在驱动机制的作用下迁移到某个位置冻结，称为分凝冻胀，其冻胀量较大。当冻土中发生盐渍化现象时，复杂的土-水-盐相互作用改变了原有的冻胀及水分迁移机制，在周期性温变条件下，加剧了建(构)筑物的破坏。

目前对土壤水-热-盐-力所做的研究主要集中在室内模型试验方面，对单一土层进行研究时，从上到下需要维持柱状土样的温度均一，对多土层进行研究时，提供从上到下温度梯度变化的环境，模拟地下水的影响时，需要给土样进行无压补水，除此之外，还需要模拟不同约束条件对冻土的影响，现有技术的试验装置集成度低，不能进行以上多种条件下的耦合试验。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的冻胀试验装置不能满足多方面研究需求的缺陷，而提供一种多功能冻胀试验系统。

本发明的另一个目的是提供所述多功能冻胀试验系统的试验方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种多功能冻胀试验系统，包括支撑架，设置于所述支撑架上用于存放土样的试验桶体，控制所述土样温度的温度控制系统，通过所述试验桶体顶部、择一给所述土样施加恒定压力或无穷刚度的施力系统，通过所述试验桶体下部向土样内补水的无压补水系统以及检测系统，其中：

所述试验桶体包括用于存放土样的内试样桶以及设置于所述内试样桶周向外壁上的冷却部；

所述温度控制系统包括所述冷却部、固定于所述试验桶体底部的下冷板、可匹配进入与所述内试样桶内且与其内壁密封连接的上控温板，所述上控温板受所述施力系统的作用给所述土样施加载荷，所述内试样桶的底部与所述下冷板的顶部密封连接；

所述施力系统包括杠杆施力装置、助力杆、上部反力梁，所述助力杆上设有可拆卸的量力环，当所述上部反力梁与所述支撑架固定连接时且助力杆上不安装量力环时，上部反力梁通过固定上控温板的位置以模拟无限刚度条件，当上部反力梁与所述支撑架固定连接时且助力杆上安装量力环时，模拟柔性边界条件；

所述无压补水系统包括设置于所述试验桶体底部的补水腔体以及给所述补水腔体供水的连通器结构，所述补水腔体上设有朝向土样的补水孔；

所述检测系统包括设置于量力环上的位移传感器和/或设置于所述助力杆上的应力传感器和/或用于测量土样温度的温度传感器和/或用于测量土样在竖直方向上位移的位移传感器探针和/或用于测量补水量和补水速率的补水计量装置。

在上述技术方案中，所述支撑架包括下底板和固定于所述下底板上的导向杆，所述下底板的底部固定有支撑腿，所述下冷板固定于所述下底板上，所述上部反力梁与所述导向杆的上部滑动连接，且所述上部反力梁可通过紧固连接件紧固于所述导向杆上。

在上述技术方案中，所述试验桶体外侧设置保温套，保温套的底部固定于下冷板或支撑架上，所述试验桶体的顶部设有可密封保温套开口的所述上顶板，所述上顶板通过第一拉杆固定于下冷板或支撑架上，所述上顶板上形成供所述助力杆穿出的通孔，助力杆与该通孔之间密封连接。