[发明专利]地应力作用下单冻结管保温隔冷相似模型试验装置及试验方法

权利要求书

1.地应力作用下单冻结管保温隔冷相似模型试验装置，包括水平冻结管、自反力架、冻凝机、卧式多级离心泵机、试验箱体、起吊孔、下承压钢板、保温材料、密封盘、水平钢管、TDS测温仪、油缸、测温线、低温酒精输送管、阀门，所述自反力架由螺母、螺杆、丁字钢、十字钢梁、承压柱、上承压钢板焊接而成，所述试验箱体两侧开设两个圆孔并与所述承压柱焊接在一起，所述起吊孔设置在所述试验箱体上端面，所述保温材料包裹于所述水平冻结管外表面，所述冻凝机和所述卧式多级离心泵机分别设有低温酒精输入口及低温酒精输出口，所述卧式多级离心泵机可承受-30℃低温，所述下承压钢板两侧均设有出线孔，所述密封盘分别焊接在所述水平钢管的两端，所述水平钢管焊接于所述密封盘中心，所述TDS测温仪与所述试验箱体内部的测温点通过测温线连接，所述油缸放置在所述自反力架与所述下承压钢板之间，采用电动油泵对其加压，并在缸体设有出油口及进油口，所述低温酒精输送管采用橡胶制成，所述阀门焊接于所述水平冻结管一端。所述自反力架、下端承压板由Q235钢材料组成，所述水平钢管采用无缝钢管，直径140mm，厚度22mm，长度600mm。

发明还提供地应力作用下单冻结管保温隔冷相似模型试验方法，包括如下步骤：

步骤一：首先通过测量所述试验箱体两侧圆孔间距离选取适合长度的所述水平冻结管，使得所述水平冻结管穿过所述试验箱体并在两端露出箱体10cm，然后在所述水平冻结管上侧平行于管轴线的直线上等间距布置3个测温点，将3根所述测温线分别布置在3个测温点上，使用胶带将3根所述测温线固定在所述水平冻结管上侧，其次将所述保温材料固定在所述水平冻结管的外表面上，并在所述保温材料外表面以同样方式布置3个测温点；

步骤二：在距离所述水平冻结管下侧每隔15cm布置一层测温点，共布置3～4层，每层布置3个测温点，3个测温点均在一条平行于所述水平冻结管轴线的直线上并等间距布置，以同样的方式在所述水平冻结管上侧布置5～6层测温点；

步骤三：在所述试验箱体填土至埋设测温点层位时，将所述测温线的一端埋设在步骤二中测温点的位置处，由下而上分层填土并埋设所述测温线，填土完毕后，将所述下承压钢板盖在土体上方，所述测温线从所述下承压钢板的出线孔中伸出；

步骤四：将所述密封盘焊接在所述水平冻结管的两端，在所述密封盘的中心焊接所述水平钢管，所述水平钢管、所述冻凝机、所述卧式多级离心泵机之间通过所述低温酒精输送管连接在一起，形成循环回路；

步骤五：将低温酒精倒入所述冻凝机并开启制冷模式，然后打开所述卧式多级离心泵机，低温酒精不断循环通过所述水平冻结管，将步骤三中伸出的所述测温线连接在所述TDS测温仪上，检测所述测温线是否正常工作，检测并确保正常工作后，关闭仪器；

步骤六：首先使用起重机将所述油缸放置在所述下承压钢板上，将电动油泵通过油管与所述油缸上的进油口及出油口相连接，然后使用电动油泵及所述油缸对土体施加压力，其次打开所述TDS测温仪，开始温度监测至试验结束；

步骤七：待试验结束后，在电脑上保存试验数据，卸掉所述油缸的压力，关闭所述TDS测温仪，打开所述水平冻结管上的阀门将低温酒精卸出；

步骤八：试验数据的整理及分析，以各层测温点温度和所述水平冻结管上温度差值作为标准衡量所述保温材料的保温隔冷性能，同时当某层测温点温度与室温接近一致时，则该土层测温点到所述水平冻结管的距离即在保温材料工作时的冻结管冷量作用最大范围。