[发明专利]一种用于制作高含冰量冻土试样的装置与方法

说明书

本发明涉及一种用于制作高含冰量冻土试样的装置与方法，由制冷控制系统、冷液进管、冷液回管、环向冷却管、水泵、进水管、回水管、透水石、试样筒、活塞托盘、环向固定装置、曲轴、连杆、支架、底座、电机组成，进水管和回水管与水泵相连，试样筒上侧与回水管相连，试样筒下侧与进水管相连，试样筒安装在活塞托盘上，活塞托盘内部设有管道供进水管穿过，试样筒与进水管和回水管相连的位置可设置透水石，活塞托盘下方与连杆相连，活塞托盘周围设置环向固定装置，环向固定装置下方设置支架和底座，连杆通过曲轴与电机相连，本发明具有结构简单、操作方便等特点。

技术领域

本发明涉及冻土力学研究领域，具体是一种用于制作高含冰量冻土试样的装置与方法.

背景技术

高含冰量冻土是指体积含冰量大于20％的冻土，试验结果表明，高含冰量冻土的高含冰量特性使其强度和变形特性明显不同于常规冻土，因此不能将常规冻土的研究结论照搬应用。在室内试验中，如何制备出高含冰量冻土试样，是一个试验难题，目前，实验室制备高含冰量冻土试样的方法主要有以下3种：

方法1：马小杰等在2008年第29卷第9期《岩土力学》杂志上发表了题为“高温-高含冰量冻结黏土强度试验研究”的学术论文，杜海民等在2014年第35卷第10期《岩土力学》杂志上发表了题为“初始含冰量对冻结粉质砂土变形与强度的影响”的学术论文。论文中提出采用干土+液态水+冰颗粒三者混合的方法制备高含冰量冻土试样，即先将一部分液态水与干土混合，制备出一定含水率的土样，然后将冰颗粒和剩余的液态水加入其中，制备出高含冰量冻土试样。

方法2：杜海民等在2016年第37卷第5期《岩土力学》杂志上发表了题为“应变率与含水率对冻土单轴压缩特性影响研究”的学术论文。论文中指出，首先配制所需含水率的泥浆，然后将其放在冰箱里，在0.5℃条件下恒温至少12h，再将泥浆分层装入带有可拆成两半的圆柱形塑料衬砌的铁质模具里，整个模具放在保温箱里，通过模具下面铜管内循环的低温酒精降温，在制样过程中，要每隔一段时间搅动已经倒入模具里的未冻泥浆，以阻止粉质砂土冻结过程中的下沉和分层，尽量保证试样的均匀性，从而制备出高含冰量冻土试样。

方法3：在中国专利授权书，CN 107727467 B中公布了一种高含冰量冻土试样制备方法，通过将水溶性物质和干土混合并进行分层压实以形成冻土制样，将冻土试样放入饱和器，通过水流进出饱和器以溶解去除冻土试样中的水溶性物质，随着水溶性物质的溶解使得冻土试样中形成空腔，水流进入空腔中并填满空腔，最后放置在冷冻器中进行冷冻，从而制备出高含冰量冻土试样。

上述3种制备高含冰量冻土试样的方法分别存在以下不足之处：

(1)方法1制备出的高含冰量冻土试样与自然环境中试样内部大量水结成冰的过程有所不同，未能反映高含冰量冻土在自然环境中的形成过程；

(2)方法2制备出的高含冰量冻土试样容易产生分层的现象，导致试样不均匀；

(3)方法3的制备过程较为繁琐，且水溶性物质易与土颗粒混合，在后续溶解过程中不易随水流完全排除。

鉴于此，需要发明一种用于制作高含冰量冻土试样的装置与方法，以实现制作出较为均质的高含冰量冻土试样的目的。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用于制作高含冰量冻土试样的装置与方法，利用该装置，能够在实验室制备出较为均质的高含冰量冻土试样。本发明具有结构简单、操作方便等特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：