[发明专利]一种可考虑温度梯度的冻土高压K0

说明书

本发明涉及一种可考虑温度梯度的冻土高压K₀固结实验装置，包括冻结控制系统、冷液循环管、一号异形冻结管、二号异形冻结管、柔性隔热套件、钢套筒、加压盖、冻土试样、底座、加压杆、进风口、出风口、气冷式温度箱组成，一号异形冻结管和二号异形冻结管和可环向安装在钢套筒外侧，气冷式温度箱内设置有进风口、出风口、孔洞，通过设置钢套筒、加压盖、底座、加压杆、气冷式温度箱，可使土体首先进行高压K₀固结，通过设置冻结控制系统、冷液循环管、一号异形冻结管、二号异形冻结管、柔性隔热套件，可使固结后的土体在二维温度梯度下进行冻结，本发明具有结构简单、操作方便等特点。

技术领域

本发明专利涉及一种可考虑温度梯度的冻土高压K₀固结实验装置。

背景技术

对于赋存在深部的土体，由于地应力的长期作用，其内部的孔隙会逐渐被压密，此过程称为固结，大量研究表明，深部土是一种处于K₀固结状态(即土体在无侧向变形条件下的竖向固结，土体径向有效应力与竖向有效应力之比称为 K₀值)的特殊土。当采用人工冻结法进行地下空间开发时，需要对深部的土体进行冻结，然后再进行开挖支护，此外，由于地层温度，地层厚度，制冷效率、环境条件等因素的综合影响，冻土材料所处温度场属于典型的非均匀场，即温度梯度的影响需要考虑在土体的冻结过程中，因此对于深部土体，其经历的状态可分为两个阶段：首先是高压K₀固结，然后是在温度梯度下冻结。

在中国专利授权书，CN 103364266B中公布了一种二维温度梯度冻土试验装置及其使用方法，包括凸底座、双层压力室、活塞、底部主隔热板、底部主制冷板、顶部主制冷板、顶部主隔热板、底部辅助隔热板、底部辅助制冷板、导热介质、顶部辅助制冷板和顶部辅助隔热板，改装置通过设置端部和底部制冷板以及导热介质，能够实现冻土内部形成二维温度梯度的目的。在中国专利授权书，CN 106226499B中公布了一种组合温度梯度的冻土试验装置，包括试验箱体、样品筒、冷气泵及控制中心，通过在样品筒的外壁上插接不同直径的导风板，并配合固定设置在样品筒外侧的冷循环管，能够实现冻土内部组合温度梯度的目的。

在上述两种能够考虑温度梯度的冻土试验装置中，均未考虑固结作用的影响，此外，对冻土在不同维度温度梯度的模拟效果较差，因此，需要设计可考虑多维温度梯度和K₀固结影响的冻土实验装置。

发明内容

本发明专利提供了一种可考虑温度梯度的冻土高压K₀固结实验装置。这种装置能够在土体冻结过程中保持高压K₀状态，且能够考虑多维温度梯度的影响。

实现上述目的技术解决方案如下：

一种可考虑温度梯度的冻土高压K₀固结实验装置，包括冻结控制系统、冷液循环管、一号异形冻结管、二号异形冻结管、柔性隔热套件、钢套筒、加压盖、冻土试样、底座、加压杆、进风口、出风口、气冷式温度箱组成，其中，冻土试样和加压盖放置在钢套筒内；冻土试样上方设置加压盖；冻土试样和钢套筒下方设置底座；加压盖上方设置加压杆；一号异形冻结管和二号异形冻结管和可环向安装在钢套筒外侧；柔性隔热套件安装在异形冻结管的冷液循环进口和出口处；一号异形冻结管和二号异形冻结管分别与各自的冷液循环管和与冻结控制系统相连；气冷式温度箱内设置有进风口、出风口、孔洞。

上述装置中，所述冷液循环管、一号异形冻结管、二号异形冻结管、柔性隔热套件、钢套筒、加压盖、底座、加压杆均由耐低温材料组成。

上述装置中，所述孔洞用于加压杆和冷液循环管穿进用。

上述装置中，所述一号异形冻结管和二号异形冻结管可沿钢套筒上下移动后进行固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果：