【技术实现步骤摘要】
多参数动态采集的人工地层冻结的实验装置与实验方法
本专利技术涉及人工地层冻结法领域，特别涉及一种多参数动态采集的人工地层冻结的实验装置与实验方法。
技术介绍
人工地层冻结法是目前富水软土层地下工程施工的主要工法，该工法已经在我国的立井掘砌、隧道建设中得到了广泛的运用。近些年在我国东部沿海地区地铁隧道建设的过程中，遇到了大量近海盐渍地层，该地层具有盐分含量高、地下水活跃的特点，该处土体在冻结过程中伴随着水分迁移、盐分迁移、冻胀、盐胀等复杂的物理变化过程，导致冻土的物理力学参数与常规冻土之间存在较大的差异，而目前针对近海盐渍冻土缺乏系统的试验研究。冻土试块试验可以比较准确的反映试块的各种特性，但与实际工程的中土体的冻结规律存在较大的差别，试块试验提供的数据无法直观的为实际的工程提出指导；相似模型试验是对工程可行性分析的重要的试验手段，其试验结果的精度主要受限于试验模型与实际工程的相似比，相似比越大，模型对工程的还原度越高，试验结果对工程的参考价值越大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多参数动态采集的人工地层冻结的实验装置与实验方法。该实验装置能够冻结或强制解冻人工地层的土样，在冻结过程中能够对土样的水分、盐分、温度以及位移等多个参数的数据进行动态采集。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多参数动态采集的人工地层冻结的实验装置，所述实验装置能够冻结或强制解冻所述人工地层的土样，用于模拟近海盐渍地层冻结的试验环境，其特征在于，所述实验装置包括土样容器、数据采集系统和冻结系统，其中，所述土样容器包括上盖、筒体和底板，所述底板与所述筒体的底端固定...
【技术保护点】
1.一种多参数动态采集的人工地层冻结的实验装置，所述实验装置能够冻结或强制解冻所述人工地层的土样，用于模拟近海盐渍地层冻结的试验环境，其特征在于，所述实验装置包括土样容器、数据采集系统和冻结系统，其中，所述土样容器包括上盖、筒体和底板，所述底板与所述筒体的底端固定连接，所述上盖放置在所述筒体的顶端上，所述上盖、所述筒体和所述底板围成一个腔体，所述上盖能够上下移动，在所述上盖上设置有中心孔，所述筒体的侧壁上设置有多个第一引线孔；所述数据采集系统包括数据采集面板、水分采集设备和盐分采集设备，所述数据采集面板水平设置于所述腔体内并将所述腔体分割为第一容纳空间和第二容纳空间，所述第一容纳空间位于所述第二容纳空间的上方，所述第一容纳空间用于容纳所述土样，所述数据采集面板上设置有多个盐分采集元件和多个水分采集元件，所述水分采集设备通过所述水分采集元件动态采集所述土样的水分数据、所述盐分采集设备通过所述盐分采集元件动态采集所述土样的盐分数据，所述数据采集面板能够在所述腔体内上下移动；所述冻结系统包括冻结机、供液管、回液管和冻结器，所述冻结器竖向设置于所述第一容纳空间内，所述冻结器的底端与所述数据采集...
【技术特征摘要】
1.一种多参数动态采集的人工地层冻结的实验装置，所述实验装置能够冻结或强制解冻所述人工地层的土样，用于模拟近海盐渍地层冻结的试验环境，其特征在于，所述实验装置包括土样容器、数据采集系统和冻结系统，其中，所述土样容器包括上盖、筒体和底板，所述底板与所述筒体的底端固定连接，所述上盖放置在所述筒体的顶端上，所述上盖、所述筒体和所述底板围成一个腔体，所述上盖能够上下移动，在所述上盖上设置有中心孔，所述筒体的侧壁上设置有多个第一引线孔；所述数据采集系统包括数据采集面板、水分采集设备和盐分采集设备，所述数据采集面板水平设置于所述腔体内并将所述腔体分割为第一容纳空间和第二容纳空间，所述第一容纳空间位于所述第二容纳空间的上方，所述第一容纳空间用于容纳所述土样，所述数据采集面板上设置有多个盐分采集元件和多个水分采集元件，所述水分采集设备通过所述水分采集元件动态采集所述土样的水分数据、所述盐分采集设备通过所述盐分采集元件动态采集所述土样的盐分数据，所述数据采集面板能够在所述腔体内上下移动；所述冻结系统包括冻结机、供液管、回液管和冻结器，所述冻结器竖向设置于所述第一容纳空间内，所述冻结器的底端与所述数据采集面板连接，所述冻结器的顶端通过所述中心孔延伸出所述土样容器外，所述冻结机分别通过所述供液管和所述回液管与所述冻结器的顶端相连，所述冻结机用于产生以及泵送低温或高温介质，所述冻结机、所述供液管、所述冻结器、所述回液管和所述冻结机依次连通形成用于所述介质的循环回路，所述介质在所述冻结器内与所述土样进行热量交换，用于实现冻结或强制解冻所述土样。2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述上盖为环形结构，所述上盖由内层盖板和外层盖板组合而成，所述内层盖板的材质为塑料，所述外层盖板的材质为金属，所述外层盖板设置在所述内层盖板的上表面上，所述内层盖板的下表面接触所述土样；优选地，所述内层盖板由多块扇环形内板连接而成，两块所述扇环形内板的连接处均设置有向上延伸的凸沿，所述凸沿延伸至外层盖板的上方，所述凸沿上均设置有多个螺栓孔，多个第一螺栓穿过多个所述螺栓孔将多块所述扇环形内板依次连接；优选地，所述外层盖板由多块扇环形外板构成，多块所述扇环形内板的上表面均设置有扇环形凹槽，多块所述扇环形外板嵌入所述扇环形凹槽内；优选地，所述内层盖板由两块所述扇环形内板构成；优选地，所述内层盖板的材质为聚氯乙烯；优选地，所述外层盖板的材质为铝合金；优选地，每块所述扇环形外板上均设置有第一凹槽，所述第一凹槽内设置有把手，所述把手与所述扇环形外板转动连接，所述第一凹槽内还设置有水平测试仪；优选地，所述上盖的外周设置有第一密封圈。3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述筒体包括外筒和设置于所述外筒内侧的内筒，所述内筒的材质为塑料，所述外筒的材质为金属，所述外筒的外壁上套设有多道环形的加劲肋，其中一个所述加劲肋上在同一高度等距设置有多个圆形的第二凹槽，所述第一引线孔设置在所述第二凹槽内，所述第一引线孔穿透所述加劲肋、所述外筒和所述内筒，所述第一引线孔的内壁设置有螺纹且能够安装塑料螺钉，所述内筒的内壁上设置有竖向的刻度线，所述内筒的内壁上设置有承重环，所述承重环用于承载所述数据采集面板；所述底板上设置有第二引线孔，所述底板的外缘设置有多个螺纹孔，用于与所述筒体连接，所述底板上设置有凸台，所述底板的下表面设置有第一引线槽，所述第一引线槽经过所述第二引线孔；所述筒体的内直径为0.1～2m、深度为0.5～2m；优选地，所述筒体的内直径为1m、深度为1m；优选地，三道所述加劲肋分别设置于所述外筒的顶端、底端和中部；优选地，所述内筒的材质为聚氯乙烯；优选地，所述外筒的材质为铝合金；优选地，设置于所述筒体底端的所述加劲肋上设置有多个竖向的螺纹孔，多个第二螺栓穿过多个所述螺纹孔将所述筒体与所述底板固定连接。4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述数据采集面板由上层面板和下层面板构成，所述数据采集面板上设置有第三引线孔，所述上层面板的中心位置设置有冻结器底座，所述冻结器与所述冻结器底座连接，所述上层面板的外缘设置有多个第二密封圈，所述上层面板上沿半径方向设置有多个第二引线槽，每个所述第二引线槽上设置有多个元件布置孔位，每个所述元件布置孔位设置有一个盐分采集元件和一个水分采集元件，所述盐分采集元件由盐分采集探针、元件底座和盐分数据线组成，所述盐分采集探针设置于所述土样中，并通过所述元件底座固定设置在所述元件布置孔位内，所述盐分采集探针与所述盐分数据线连接，所述水分采集元件由水分采集探针、元件底座和水分数据线组成，所述水分采集探针设置于所述土样中，并通过所述元件底座固定设置在所述元件布置孔位内，所述水分采集探针与所述水分数据线连接，所述盐分数据线和所述水分数据线均布设于所述第二引线槽内并依次通过所述第三引线孔、所述第二容纳空间和所述第二引线孔引出至所述筒体外，所述盐分数据线与所述盐分采集设备的数据线连接、所述水分数据线与所述水分采集设备的数据线连接，优选地，在所述第二容纳空间内的所述盐分数据线和所述水分数据线均设置为弹簧电缆；优选地，所述上层面板的材质为塑料，所述下层面板的材质为金属，所述下层面板设置在所述上层面板的下表面的圆形凹槽内，优选地，所述第二密封圈设置有两个；优选地，所述上层面板的材质为聚氯乙烯；优选地，所述下层面板的材质为铝合金；优选地，每个所述第二引线槽上设置有五个所述元件布置孔位。5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述数据采集系统还包括温度采集面板，所述温度采集面板水平设置于所述第一容纳空间中部的土样中，所述温度采集面板由内圆环、外圆环以及多根钢绞线构成，所述钢绞线分别与所述内圆环和所述外圆环连接，每根所述钢绞线上均匀设置有多个所述温度采集元件，每个所述温度采集元件均连接有温度数据线，所述外圆环的外缘设置有第三引线槽，所述温度数据线布设于所述第三引线槽中；所有的所述温度数据线在汇总后进入所述第一引线孔并在通过所述第一引线孔与所述温度采集设备的数据线相连接，汇总时由弹簧线套套设在所有的所述温度数据线外部，温度采集数据线穿过所述第一引线孔后与所述温度数据采集设备的数据线连接，所述温度采集设备通过所述温度采集元件动态采集所述土样的温度数据，所述温度采集面板能够在所述筒体内上下移动；优选地，所述钢绞线设置有六根，呈放射形均匀分布；优选地，所述温度采集元件为康铜与铜线制作而成的热电偶串。6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，还包括液压系统，所述液压系统由油压控制设备、油管和液压油缸构成，所述油压控制设备通过所述油管向所述液压油缸供油，多...
【专利技术属性】
技术研发人员：荣传新，王彬，程桦，姚直书，施鑫，董艳宾，蔡海兵，王晓健，宋海清，黎明镜，唐彬，段寅，王志，彭世龙，杨凡，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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