一种土壤水平冻胀可视化试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种土壤水平冻胀可视化试验装置，所述土壤水平冻胀可视化试验装置包括：试样筒；加载系统；数字图像测量系统；补水系统；温控系统。本发明专利技术提供一种土壤水平冻胀可视化试验装置，能够实现实验对不同温度条件的要求；对试样土水平冻结过程中水分迁移及温度梯度变化的实时观测和分析；对试样土在水平冻结过程中冻胀位移和应力的实时测定及实现水平冻结过程中水平分凝冰生长过程的刻画。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤水平冻胀可视化试验装置
本专利技术涉及土木工程设备领域。更具体地，涉及一种土壤水平冻胀可视化试验装置。
技术介绍
在寒冷地区，由于土或岩石中水的迁移作用，铺筑高级路面的道路或砂石路面及其附属构造物、隧道、挡土墙、人行道和坡面等容易遭受较大的破坏，这种现象称之为土壤冻胀现象。根据水的迁移方向，土壤冻胀分为水平冻胀和竖向冻胀，其中竖向冻胀由于影响因素较多且影响较为明显，因此目前关于土壤的冻胀研究大多集中在竖向冻胀。而水平冻胀的研究较少，从现有技术来看，水平冻胀的研究仅仅局限于挡土墙水平冻胀力的现场测试，但事实上，水平冻胀的影响不容小觑，尤其是在与竖向冻胀结合影响下，越来越多的基坑支护结构和挡土墙被破坏，因此，为了保持冻土支护体系的稳定，为了防止基坑支护可能因冻胀产生的安全事故的发生，有必要对水平冻胀机理与水分子水平迁移驱动力等影响因素进行系统研究。其中，可视化试验装置能够实时监控土壤水分成冰分凝图像，广泛应用于土壤竖向冻胀的系统研究。因此，可视化试验装置也可以用于系统研究土壤水平冻胀，但目前的可视化试验装置大多是针对竖向冻胀设计，水平冻胀的影响因素与竖向冻胀有所不同，现有技术中的可视化试验装置无法满足水平冻胀系统研究的需要。因此，需要提供一种土壤水平冻胀可视化试验装置，进行室内冻胀土的模拟，以解决目前缺少对土壤水平冻胀系统研究的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种土壤水平冻胀可视化试验装置，以解决现有技术缺少对土壤水平冻胀的系统研究的问题。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术提供一种土壤水平冻胀可视化试验装置，所述土壤水平冻胀可视化试验装置包括：试样筒，用于承放土壤，所述试样筒为透明结构；加载系统，所述加载系统包括压力设备和与试样筒一端固定的压力板，所述压力设备通过压力板对土壤进行侧向加压；数字图像测量系统，所述数字图像测量系统采集温度、含水率、外界补水量和侧向应力实时数据，监测土壤中水平冰分凝形成过程；补水系统，所述补水系统包括固定在试样筒另一端的供水设备；温控系统，所述温控系统包括：与所述压力板结合固定的冷浴冷端,用于调节冻结温度；与所述供水设备固定的冷浴暖端，用于与所述冷浴冷端形成温度梯度；及与所述试样筒外侧壁结合固定的透明保温筒。优选地，所述压力设备包括：顶板，与所述冷浴冷端左侧表面固定结合；液力千斤顶，一端与所述顶板左侧表面固定结合，用于提供侧向压力；反力装置，与液力千斤顶另一端顶壁固定结合，所述反力装置与液力千斤顶接触产生的反作用力；及伺服压力阀，设置在液力千斤顶侧壁表面，用于控制所述侧向压力的大小；所述压力板的径向方向设置贯通压力板的多个中心对称的圆形压力盒，该压力盒与压力板结合固定。优选地，所述压力设备还包括设置在所述冷浴冷端和顶板之间的第一隔热层和结合固定在所述冷浴暖端右侧表面的第二隔热层，所述第一隔热层和第二隔热层用于减少试样筒内的土体与外部环境热量交换。优选地，所述数字图像测量系统包括数显式百分表位移计、压力盒、温度传感器、水分探头和照相设备，所述水分探头间隔插入所述试样筒的土体，所述温度传感器正对所述水分探头插入所述试样筒的土体，所述温度传感器、水分探头、数显示百分表位移计和照相设备将数据实时传输给电脑。优选地，所述供水设备包括与冷浴暖端固定结合的透水石和为透水石供水的补水装置，所述透水石用于使水迁移至试样筒的土体内。优选地，所述试样筒与保温筒之间设置透明保温膜。优选地，所述冷浴冷端和冷浴暖端分别与不同的冷浴设备连接，所述冷浴冷端和冷浴暖端温度范围均为-20℃至20℃。优选地，所述照相设备包括照相机和紫外光源，所述照相机配置2430万像素镜头、紫外镜头和紫外滤光片。优选地，所述压力设备可提供水平推力的范围为50-400KN。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供一种土壤水平冻胀可视化试验装置，其具有以下优点：1.装置冷浴冷端和冷浴暖端位于同一水平高度，可以实现试样土的水平冻结过程，同时可以通过设定冷浴冷端及冷浴暖端冷浴循环系统的温度，实现不同的试验温度要求；2.装置试样筒可取出，方便每次实验重制试样土、压实及拆样；3.装置试验筒体外覆保温膜及试样保温筒，可以保证在实验过程中周围的冻土温度环境稳定；4.装置补水系统位于冷浴暖端处，可实现单端补水，满足开放系统试样土冻胀试验的补水条件要求；5.装置水分探头和温度传感器可以实时监测试样土含水率及试样土温度的变化，实现对试样土水平冻结过程中水分迁移及温度梯度变化的实时观测和分析；6.装置冷浴冷端处的位移计及压力板可以实现试样土在水平冻结过程中冻胀位移和应力的实时测定；7.反力装置可以通过液压千斤顶给试样土施加水平约束，实现有侧向约束条件下的试验要求；8.装置采用高清照相机对放在有机玻璃筒中的试样土进行时间延迟成像拍照，可以观察和记录水平冻结缘的位置、厚度及分凝冰的生长过程，实现水平冻结过程中冻结缘特征和分凝冰生长过程的刻画。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术提供的一种土壤水平冻胀可视化试验装置的结构示意图。图2示出图1中的压力板2的A-A方向的截面图。图3示出图1中的压力板2的B-B方向的截面图。附图标记：1-试样土；2-压力板；3-冷浴冷端；4-位移计；5-第一隔热层；6-顶板；7-液力千斤顶；8-伺服压力阀；9-反力装置；10-保温筒；11-水分探头；12-试样筒；13-补水系统；14-透水石；15-冷浴暖端；16-第二隔热层；17-底板；18-温度传感器；19-照相机；20-保温膜；21-压力盒。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供一种土壤水平冻胀可视化试验装置的实施方式，图1示出本专利技术提供的一种土壤水平冻胀可视化试验装置的结构示意图，需要说明的是，图1中黑色矩形轮廓仅仅表示区别于外部环境的实验空间，该实验空间应当包含能够实现本专利技术最基本的外界条件，本专利技术不限于此，因此不予赘述。在本专利技术中，所述土壤水平冻胀可视化试验装置包括：试样筒12，用于承放土壤，所述试样筒12为透明结构；加载系统，所述加载系统包括压力设备和与试样筒12一端固定的压力板2，所述压力设备对土壤进行侧向加压；数字图像测量系统，所述数字图像测量系统采集温度、含水率、外界补水量和侧向应力实时数据，监测土壤中水平冰分凝形成过程；补水系统13，所述补水系统13包括固定在试样筒12另一端的供水设备；温控系统，所述温控系统包括与所述压力板2结合固定的冷浴冷端3，用于调节冻结温度；与所述供水设备固定的冷浴暖端15，用于与所述冷浴冷端3形成温度梯度；及与所述试样筒12外侧壁结合固定的透明保温筒10。具体的，所述压力设备包括：顶板6，与所述冷浴冷端3固定结合；液力千斤顶7，一端与所述顶板6固定结合，用于提供侧向压力；反力装置9，与液力千斤顶7另一端固定结合，所述反力装置与液力千斤顶接触产生的反作用力；及伺服压力阀8，设置在液力千斤顶侧7壁表面，用于控制所述侧向压力的大小；所述压力板2的径向方向设置贯通压力板的多个中心对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土壤水平冻胀可视化试验装置，其特征在于，所述土壤水平冻胀可视化试验装置包括：试样筒，用于承放土壤，所述试样筒为透明结构；加载系统，所述加载系统包括压力设备和与试样筒一端固定的压力板，所述压力设备通过压力板对土壤进行侧向加压；数字图像测量系统，所述数字图像测量系统采集温度、含水率、外界补水量和侧向应力实时数据，监测土壤中水平冰分凝形成过程；补水系统，所述补水系统包括固定在试样筒另一端的供水设备，所述供水设备用于为土壤补充水分；温控系统，所述温控系统包括与所述压力板结合固定的冷浴冷端，用于调节冻结温度；与所述供水设备固定的冷浴暖端，用于与所述冷浴冷端形成温度梯度；及与所述试样筒外侧壁结合固定的透明保温筒。

【技术特征摘要】
1.一种土壤水平冻胀可视化试验装置，其特征在于，所述土壤水平冻胀可视化试验装置包括：试样筒，用于承放土壤，所述试样筒为透明结构；加载系统，所述加载系统包括压力设备和与试样筒一端固定的压力板，所述压力设备通过压力板对土壤进行侧向加压；数字图像测量系统，所述数字图像测量系统采集温度、含水率、外界补水量和侧向应力实时数据，监测土壤中水平冰分凝形成过程；补水系统，所述补水系统包括固定在试样筒另一端的供水设备，所述供水设备用于为土壤补充水分；温控系统，所述温控系统包括与所述压力板结合固定的冷浴冷端，用于调节冻结温度；与所述供水设备固定的冷浴暖端，用于与所述冷浴冷端形成温度梯度；及与所述试样筒外侧壁结合固定的透明保温筒。2.根据权利要求1所述一种土壤水平冻胀可视化试验装置，其特征在于，所述压力设备包括：顶板，与所述冷浴冷端左侧表面固定结合；液力千斤顶，一端与所述顶板左侧表面固定结合，用于提供侧向压力；反力装置，与液力千斤顶另一端顶壁固定结合，所述反力装置与液力千斤顶接触产生的反作用力；及伺服压力阀，设置在液力千斤顶侧壁表面，用于控制所述侧向压力的大小；所述压力板的径向方向设置贯通压力板的多个中心对称的圆形压力盒，该压力盒与压力板结合固定。3.根据权利要求2所述一种土壤水平冻胀可视化试验装置，其特征在于，所述压力设备还包括设置在所述冷浴冷端和顶板之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈宇鹏，田亚护，刘建坤，汤天笑，左瑞芳，刘晓强，林园榕，李平，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11