一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统，是由支撑平台、控制平台、称量平台、供排水装置以及控温装置等构成。其特点是本发明专利技术能够自动持续稳定地对试验土样进行供排水，避免了试验机运行震动对供排水的影响，并且能够对供水水位进行自由调节，保证试验过程中供排水的持续性。同时，通过控温器来控制试验过程中供水水温与控温板温度同步，并保持水温稳定，能够准确自动地测量和采集冻融过程中水分的供排量，保证了试验结果的精确性。

Automatic water supply and drainage system for soil freezing and thawing test

The invention relates to an automatic water supply and drainage system which is used for soil pressure freezing and thawing test, which is composed of a supporting platform, a control platform, a weighing platform, a water supply and drainage device and a temperature control device. The characteristics of the invention can automatically and stably supply and drainage of the test samples, the test machine to avoid influence the operation of water supply and drainage of the vibration, and be able to freely adjust the water level, to ensure continuity of supply and drainage during the test. At the same time, through the temperature controller to control the water temperature and the temperature control board temperature synchronous test process, and keep the temperature stable, can automatically and accurately measure and collect water in the freezing thawing process for displacement, ensure the accuracy of test results.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统，具体是指在土体有压冻融试验中进行自动供排水以及供排水量的自动测量系统。利用本系统可完成对试验土样供水水位高低的自由调节，实现在试验过程中自动持续供排水以及供排水量的精确测量，同时能够保证供水过程中水温与控温板温度同步，并保持水温稳定，提高了试验效率，是进行土体有压冻融试验的一种有效供排水装置。
技术介绍
含水多孔介质在冻融过程中的水分迁移会引起水分的重分布，由迁移水冻结形成的离散冰透镜体会造成介质含水量的不均匀分布，而融化又会引起土体的排水固结。因此，水分迁移使原本相关的水、热、力相互作用变得更加复杂。在寒区，许多工程病害与冻融过程中的水分迁移密切相关，往往由于土体冻胀会对工程造成破坏，而水分迁移冻结又是产生冻胀的重要原因，在有水分补给条件下的冻胀问题更是不容忽视，因此针对这些问题开展相关研究对预防及整治寒区工程冻害具有很重要的现实意义。这些研究主要通过单向有压冻融试验（顶板正负温交替变化、底板补水并保持正温）来完成。为得到需要的研究结果，在有压冻融试验中，准确、持续以及方便水位调节的供排水装置是必不可少。但在以往有压冻融试验装置中，通常只是设计了供水装置，忽视了对排水的测量。而且，供水装置往往直接安装于整个试验系统中，这样在试验机工作的情况下，由于箱体内控温装置的运行造成箱体的不规则震动，导致供水的不稳定；同时，由于供水装置容水量较小，在试验过程中需要不断地给供水装置加水，加水过程导致补水中断，致使得到的供水数据波动性很大，进而对试验结果产生很大的误差。此外，由于不同试验对供水水位的要求不一，在试验过程中对水位的精确调节也非常重要，而以往的供水装置由于不能自由升降，水位高度不能准确调节，给水位高度的调节带来诸多不便；而且，由于试验过程中环境温度的日变化会使得所补给的水分的温度产生很大的变化，不能保证水温与控温板温度同步，并保持水温的稳定，从而对土样的控温产生影响。因此，为了达到对土体有压冻融试验自动持续稳定供排水的目的，克服现有试验过程中试验机震动对供排水及测量精度的影响，确保供水水温与控温板温度同步，并保持水温稳定，实现试验过程中水位高度的方便、准确调节，设计一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统是非常有必要的，其为土体冻融研究提供技术支撑。
技术实现思路
在土体有压冻融试验过程中，为了对土样进行稳定准确的供排水，并且能够准确自动测量水分供排量，本专利技术提供了一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统。该系统可自动持续稳定地对试验土样进行供排水，便捷地调整试样中的供水水位，有效避免由于箱体内控温装置运行所造成箱体不规则震动对供排水的影响，控制水温与控温板温度同步，并保持水温稳定，实现了供排水量数据的自动化采集。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统，主要是由支座、手旋螺栓、推拉杆、上支撑面、托架、1＃高精度质量传感器、升降导轨、接触杆、固定横板、纵向切口细铁管、下瓶塞、供水软管、水位测试导管、空气进口、玻璃管支架、玻璃管、软管接头、软管、阀门、供水玻璃瓶、玻璃瓶塞、2＃高精度质量传感器、玻璃瓶底座、3＃高精度质量传感器、排水玻璃瓶、三通压力控制阀、控温器、防冻液、导液管、导液管接口、控温套管、隔热保温材料、控温底板、水热传感器、可加压控温顶板、土样桶、数据采集引线、数据采集仪、电子计算机组成。供水装置的结构特征是：带玻璃瓶塞的供水玻璃瓶的出水口通过软管上的阀门和软管接头与玻璃管管口连通，玻璃瓶底座用于支撑供水玻璃瓶，2＃高精度质量传感器用于称量供水玻璃瓶以及其内水的质量，玻璃管装有水位测试导管，水位测试导管有空气进口，玻璃管的下瓶塞连有纵向切口细铁管，并由固定横板控制其稳定性，纵向切口细铁管横向与供水软管相连，供水软管中间接有三通压力控制阀，靠近试验箱的一侧的供水软管周围螺旋盘绕着控温套管，供水软管的末端与控温底板相连，从供水软管出来的水可以通过控温底板进入土样，进行试验供水；控温套管的外侧包裹着隔热保温材料，控温套管的两端接在导液管接口，通过导液管与控温器连通后，利用防冻液进行循环控温；固定横板底部的接触杆）与1＃高精度质量传感器相触，玻璃管置放在玻璃管支架上；升降导轨的内部嵌入玻璃管支架两侧，并由固定横板控制其稳定性，玻璃管支架通过升降导轨两边的轨道进行升降，玻璃管支架的下部与托架铆接，托架与推拉杆和手旋螺栓相连，推拉杆和手旋螺栓穿过上支撑面螺纹孔，置于上支撑面与支座焊接的一平滑方形铁框中。排水装置的结构特征是：与三通压力控制阀竖向相连的排水玻璃瓶底部装有3＃高精度质量传感器，可对排水玻璃瓶及排出的水分进行称量。上述的三通压力控制阀由硅膜压力传感器、过程连接杆、黄铜压紧环、电动机、月牙形阀门、压力控制器、继电器弹簧、电磁铁、衔铁、触点及电池组E1和电池组E2组成。硅膜压力传感器由过程连接杆与黄铜压紧环固定，并且通过螺栓固定在管壁内侧，两侧各设置一个，之后通过引线与压力控制器和正负极相反的两对电池组E1和电池组E2相连。电磁继电器由继电器弹簧、电磁铁、衔铁、触点组成，电磁继电器通过引线与电动机相连，衔铁与压力控制器相连，电动机再与月牙形阀门相连。自动供排水系统与试验机相连，试验机包括试验箱、控温底板、水热传感器、可加压控温顶板、土样桶。土样桶内的土样中埋设有水热传感器，土样桶的上部为带有变形传感器的可加压控温顶板，下部为控温底板，控温底板上面有小孔隙，水分可以通过小孔进入土样。1＃高精度质量传感器、2＃高精度质量传感器3＃高精度质量传感器及水热传感器和变形传感器的数据采集引线与数据采集仪相连，数据采集仪再与电子计算机相连。本专利技术的主要优点和产生的有益效果是：1、本专利技术通过旋转手旋螺栓就可以控制整个供水平台的高度，方便试验过程中供水装置水位高度的调节，其工作原理明确、易于操作。2、本专利技术能够自动持续稳定地对试验进行供排水，避免由于箱体内控温装置运行所造成箱体不规则震动对供排水的影响，保证了试验过程中供排水的稳定性，并且在供排水过程中可以控制水温与控温板温度同步，并保持水温稳定。3、本专利技术能够通过压力来调节阀门位置，从而可以准确及时地对试验土样进行供水和排水，可以将该系统应用于冻融循环试验以及固结排水试验中。4、本专利技术能够准确自动地测量冻融过程中水分的供排量，避免人工读数带来的误差，既节省人工，又可以保证试验结果的准确。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是图1中三通压力控制阀结构示意图。图3是试验中采用已有供水装置获得的累积供水量随时间变化曲线。图4是试验中采用本专利技术获得的累积供排水量随时间变化曲线。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术再做进一步的说明：如图1-2所示，一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统，是由支座1、手旋螺栓2、推拉杆3、上支撑面4、托架5、1＃高精度质量传感器6、升降导轨7、接触杆8、固定横板9、纵向切口细铁管10、下瓶塞11、供水软管12、水位测试导管13、空气进口14、玻璃管支架15、玻璃管16、软管接头17、软管18、阀门19、供水玻璃瓶20、玻璃瓶塞21、2＃高精度质量传感器22、玻璃瓶底座23、3＃高精度质量传感器24、排水玻璃瓶25、三通压力控制阀26、控温器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统，是由支座（1）、手旋螺栓（2）、推拉杆（3）、上支撑面（4）、托架（5）、1＃高精度质量传感器（6）、升降导轨（7）、接触杆（8）、固定横板（9）、纵向切口细铁管（10）、下瓶塞（11）、供水软管（12）、水位测试导管（13）、空气进口（14）、玻璃管支架（15）、玻璃管（16）、软管接头（17）、软管（18）、阀门（19）、供水玻璃瓶（20）、玻璃瓶塞（21）、2＃高精度质量传感器（22）、玻璃瓶底座（23）、3＃高精度质量传感器（24）、排水玻璃瓶（25）、三通压力控制阀（26）、控温器（27）、防冻液（28）、导液管（29）、导液管接口（30）、控温套管（31）、隔热保温材料（32）、数据采集引线（38）、数据采集仪（39）、电子计算机（40）组成；供水装置的结构特征是：带玻璃瓶塞（21）供水玻璃瓶（20）的出水口通过软管（18）上的阀门（19）和软管接头（17）与玻璃管（16）管口连通，玻璃瓶底座（23）用于支撑供水玻璃瓶（20），2＃高精度质量传感器（22）用于称量供水玻璃瓶（20）以及其内水的质量，玻璃管（16）装有水位测试导管（13），水位测试导管（13）有空气进口（14），玻璃管（16）的下瓶塞（11）连有纵向切口细铁管（10），并由固定横板（9）控制其稳定性，纵向切口细铁管（10）横向与供水软管（12）相连，供水软管（12）中间接有三通压力控制阀（26），靠近试验箱的一侧的供水软管（12）周围螺旋盘绕着控温套管（31），供水软管（12）的末端与控温底板（33）相连，从供水软管（12）出来的水可以通过控温底板（33）进入土样，进行试验供水；控温套管（31）的外侧包裹着隔热保温材料（32），控温套管（31）的两端接在导液管接口（30），通过导液管（29）与控温器（27）连通后，利用防冻液（28）进行循环控温；固定横板（9）底部的接触杆（8）与1＃高精度质量传感器（6）相触，玻璃管（16）置放在玻璃管支架（15）上；升降导轨（7）的内部嵌入玻璃管支架（15）两侧，并由固定横板（9）控制其稳定性，玻璃管支架（15）通过升降导轨（7）两边的轨道进行升降，玻璃管支架（15）的下部与托架（5）铆接，托架（5）与推拉杆（3）和手旋螺栓（2）相连，推拉杆（3）和手旋螺栓（2）穿过上支撑面（4）螺纹孔，置于上支撑面（4）与支座（1）焊接的一平滑方形铁框中；排水装置的结构特征是：与三通压力控制阀（26）竖向相连的排水玻璃瓶（25）底部装有3＃高精度质量传感器（24），可对排水玻璃瓶（25）及排出的水分进行称量；上述的三通压力控制阀（26）由硅膜压力传感器（41）、过程连接杆（42）、黄铜压紧环（43）、电动机（44）、月牙形阀门（45）、压力控制器（46）、继电器弹簧（47）、电磁铁（48）、衔铁（49）、触点（50）及电池组E1（51）和电池组E2（52）组成；硅膜压力传感器（41）由过程连接杆（42）与黄铜压紧环（43）固定，并且通过螺栓固定在管壁内侧，两侧各设置一个，之后通过引线与压力控制器（46）和正负极相反的两对电池组E1（51）和电池组E2（52）相连；电磁继电器由继电器弹簧（47）、电磁铁（48）、衔铁（49）、触点（50）组成，电磁继电器通过引线与电动机（44）相连，衔铁（49）与压力控制器（46）相连，电动机（44）再与月牙形阀门（45）相连；自动供排水系统与试验机相连，试验机包括试验箱（37）、控温底板（33）、水热传感器（34）、可加压控温顶板（35）、土样桶（36）；土样桶（36）内的土样中埋设有水热传感器（34），土样桶（36）的上部为带有变形传感器的可加压控温顶板（35），下部为控温底板（33），控温底板（33）上面有小孔隙，水分可以通过小孔进入土样；1＃高精度质量传感器（6）、2＃高精度质量传感器（22）、3＃高精度质量传感器（24）及水热传感器（34）和变形传感器的数据采集引线（38）与数据采集仪（39）相连，数据采集仪（39）再与电子计算机（40）相连。...

【技术特征摘要】
1.一种用于土体有压冻融试验的自动供排水系统，是由支座（1）、手旋螺栓（2）、推拉杆（3）、上支撑面（4）、托架（5）、1＃高精度质量传感器（6）、升降导轨（7）、接触杆（8）、固定横板（9）、纵向切口细铁管（10）、下瓶塞（11）、供水软管（12）、水位测试导管（13）、空气进口（14）、玻璃管支架（15）、玻璃管（16）、软管接头（17）、软管（18）、阀门（19）、供水玻璃瓶（20）、玻璃瓶塞（21）、2＃高精度质量传感器（22）、玻璃瓶底座（23）、3＃高精度质量传感器（24）、排水玻璃瓶（25）、三通压力控制阀（26）、控温器（27）、防冻液（28）、导液管（29）、导液管接口（30）、控温套管（31）、隔热保温材料（32）、数据采集引线（38）、数据采集仪（39）、电子计算机（40）组成；供水装置的结构特征是：带玻璃瓶塞（21）供水玻璃瓶（20）的出水口通过软管（18）上的阀门（19）和软管接头（17）与玻璃管（16）管口连通，玻璃瓶底座（23）用于支撑供水玻璃瓶（20），2＃高精度质量传感器（22）用于称量供水玻璃瓶（20）以及其内水的质量，玻璃管（16）装有水位测试导管（13），水位测试导管（13）有空气进口（14），玻璃管（16）的下瓶塞（11）连有纵向切口细铁管（10），并由固定横板（9）控制其稳定性，纵向切口细铁管（10）横向与供水软管（12）相连，供水软管（12）中间接有三通压力控制阀（26），靠近试验箱的一侧的供水软管（12）周围螺旋盘绕着控温套管（31），供水软管（12）的末端与控温底板（33）相连，从供水软管（12）出来的水可以通过控温底板（33）进入土样，进行试验供水；控温套管（31）的外侧包裹着隔热保温材料（32），控温套管（31）的两端接在导液管接口（30），通过导液管（29）与控温器（27）连通后，利用防冻液（28）进行循环控温；固定横板（9）底部的接触杆（8）与1＃高精度质量传感器（6）相触，玻璃管（16）置放在玻璃管支架（15）上；升降导轨（7）的内部嵌入玻璃管支架（15）两侧，并由固定横板（9）控制其稳定性，玻璃管支架（15）通过升降导轨（7）两边的轨道进行升降，玻璃管支架（15）的下...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明义，路建国，张熙胤，裴万胜，吴志强，晏忠瑞，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62