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原文传递多年冻土冻胀融沉特性试验装置及其试验方法

专利名称：	多年冻土冻胀融沉特性试验装置及其试验方法
摘要：	本发明公开了一种多年冻土冻胀融沉特性试验装置及其试验方法，其中多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其包括恒温箱、放置于恒温箱内的试验箱、给试验箱内的试样补水的补水系统及调整试验箱内试样冻结温度的控温系统；试验箱包括两端为开端的箱体及密封箱体上下端的顶部控温装置和底部控温装置；箱体在高度方向的至少一个侧面上开设有若干放置毫米级微管的贯穿孔及放置控温系统中温度探头的安装孔，补水渗流层下方的箱体内放置有与底部控温装置内表面接触的蓄冷导热片；补水系统包括穿过贯穿孔、并与箱体内部导通的毫米级微管及与毫米级微管导通的补水储存装置；控温系统、顶部控温装置和底部控温装置均与控制系统电连接。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南交通大学
发明人：	张建经;周永毅
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910364902.6
公开号：	CN110031608A
代理机构：	成都正华专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	何凡
分类号：	G01N33/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	610031 四川省成都市二环路北一段
主权项：	1.多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其特征在于，包括恒温箱、放置于所述恒温箱内的试验箱、给所述试验箱内的试样补水的补水系统及调整试验箱内试样冻结温度的控温系统；所述试验箱包括两端为开端的箱体及密封箱体上下端的顶部控温装置和底部控温装置；所述箱体在高度方向的至少一个侧面上开设有若干放置毫米级微管的贯穿孔及放置控温系统中温度探头的安装孔，所述补水渗流层下方的箱体内放置有与底部控温装置内表面接触的蓄冷导热片；所述补水系统包括穿过贯穿孔、并与箱体内部导通的毫米级微管及与所述毫米级微管导通的补水储存装置；所述控温系统、顶部控温装置和底部控温装置均与控制系统电连接。 2.根据权利要求1所述的多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其特征在于，还包括两侧分别与箱体内表面和试验箱内的试样接触的补水渗流层，所述毫米级微管与补水渗流层接触或延伸至补水渗流层内。 3.根据权利要求1所述的多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其特征在于，所述补水储存装置包括放置于恒温箱内的补水量筒，所述补水量筒通过穿出恒温箱的连通管与恒温箱外的储水量筒导通，所述储水量筒放置在与控制系统连接的电子天平上。 4.根据权利要求1所述的多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其特征在于，所述控温系统包括安装于所述安装孔内的温度探头、与试验箱内的土样上表面和蓄冷导热片接触的控温探头及多个采集试验箱内的试样孔隙水压、湿度的孔隙水压力计和土壤湿度计；所述温度探头、控温探头、孔隙水压力计和土壤湿度计均与控制系统连接。 5.根据权利要求4所述的多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其特征在于，所述控制系统包括控温下位机、上位机和温度采集模块，所述温度探头通过温度采集模块与上位机电连接，所述控温探头、顶部控温装置和底部控温装置通过控温下位机与上位机电连接；所述电子天平、孔隙水压力计和土壤湿度计均与上位机电连接。 6.根据权利要求1所述的多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其特征在于，还包括位于顶部控温装置上方用于测量试验箱内的试样高度变化的激光位移计，所述激光位移计与所述控制系统连接。 7.根据权利要求1所述的多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其特征在于，还包括给试验箱内的试样提供荷载的荷载系统，所述荷载系统包括放置于顶部控温装置上的传力柱，所述传力柱上设置有放置荷载加载件的加荷托盘。 8.根据权利要求1-7任一所述的多年冻土冻胀融沉特性试验装置，其特征在于，所述顶部控温装置和底部控温装置为低温冷却液循环泵控温板，或者采用半导体制冷片、蓄冷块、水冷头封装而成的控温板。 9.一种权利要求1-8任一所述的多年冻土冻胀融沉特性试验装置的试验方法，其特征在于，包括： (1)制备试样：当试样为原状土时，采用削土刀将试样削至截面尺寸小于等于箱体内腔尺寸、高度小于箱体高度，并在试样上开孔将孔隙水压力计和土壤湿度计放置于试样内；当试样为重塑土时，将土体风干、粉碎、过筛，消除土体的历史应力状态后测定土体的物理参数；之后根据试验需求的初始密度和初始含水率，称取相应质量的土体，采用分层击实法制备截面尺寸小于等于箱体内腔尺寸、高度小于箱体高度的试样，在击实试样过程中将孔隙水压力计和土壤湿度计放置于试样的相应高度处； (2)将试样放置于试验箱底部的蓄冷导热片上，并将顶部控温装置放置在土样之上，使控温探头与土样的顶面紧密贴合； (3)将试验箱置入恒温箱内，使用连通管连通补水量筒与储水筒，调整恒温箱、顶部控温装置、底部控温装置的温度为1℃，保持24h； (4)调整顶部控温装置和底部控温装置至-10℃，并保持顶部控温装置和底部控温装置持续处于-10℃，直至温度探头所测温度发生突变； (5)采用控温探头监测试样当前温度并传回控温下位机，控温下位机将当前温度值与上位机中恒定控温、线性控温或正弦控温条件对应的设定预期值进行对比； (6)当当前温度与设定预期值存在差异时，计算得到底部控温装置23和顶部控温装置22的控温功率，并输出相应的电压值，之后进入步骤(7)；当当前温度等于设定预期值时，进入步骤(8)； (7)底部控温装置和顶部控温装置根据控温下位机输出的电压值输出相应的制冷/制热量，调节其温度至预期值； (8)判断试样试验时间是否达到设定时长，若达到则停止试验，否则返回步骤(5)。 10.根据权利要求9所述的试验方法，其特征在于，所述物理参数包括土体的颗粒级配、最大干密度、最优含水率、液限和塑限。
所属类别：	发明专利