气冷式土体冻胀试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术适用于土工试验技术领域，提供了一种气冷式土体冻胀试验装置，包括试样筒、冷风输出单元、用于监测土样竖直位移的位移监测单元、用于监测土样温度的温度监测单元、用于监测土样含水量的水分监测单元和用于为土样补充水分的补水单元，试样筒的顶端设有顶板，底端设有底板，冷风输出单元的冷气输出口穿过顶板位于试样筒内部的顶端，位移监测单元的测头穿过顶板和试样筒内部的土样表面接触，温度监测单元的探头穿过试样筒的侧壁位于土样的内部，水分监测单元的探头穿过试样筒的侧壁位于土样的内部，补水单元的出水口穿过底板位于试样筒的底端。解决试验与实际环境的冻胀发生条件不符造成土体冻胀试验结果不准确的问题。

Air-cooled Soil Frost Heave Test Device

【技术实现步骤摘要】
气冷式土体冻胀试验装置
本技术属于土工试验
，尤其涉及一种气冷式土体冻胀试验装置。
技术介绍
中国分布着面积广大的季节性冻土和多年冻土，总计约占国土面积的70％。季节性冻土层和多年冻土上部的季节性活动层，都会在冬季发生冻结膨胀现象，而且在下年春季来临时产生融沉和翻浆等次生现象，进而引起地基上部构筑物的变形与破坏。对于土体的冻胀性而言，一方面是由于土体温度低于土水的冰点时，部分的原位水冻结，使得土体体积膨胀；另一方面土体中未冻结部分孔隙水在多种势梯度作用下向着冻结缘发生迁移，由此引起土体膨胀。因此，土体的冻胀性是一个由各类土性条件和环境条件影响的物理现象，具有极大不确定性和多样性。冻土工程在土木工程建设中占有十分重要的地位。在冻土区工程建设中，针对不同的地基土类型及赋存环境，必须预先对地基土体的冻胀性进行专门试验与评价，以指导工程设计和进行构筑物稳定性预测。相应地，冻胀试验及试验装置是揭示土体冻胀性特征，进而指导与预测冻土工程稳定性的必要手段。目前，土体冻胀试验的冷源形式普遍采用固体冷源，冷源与土样之间的传热方式为固体与固体之间的热传导。但是，自然环境中，土体冻胀实际上主要是由大气环境中冷风在地表流动而引起。在实际过程中，冷源为气体，冷源与土体之间的传热方式主要为固体与气体之间的热对流。试验与实际环境的冻胀发生条件不符，会造成土体冻胀试验结果不准确。
技术实现思路
有鉴于此，本技术实施例提供了一种气冷式土体冻胀试验装置，以解决现有技术中试验与实际环境的冻胀发生条件不符造成土体冻胀试验结果不准确的问题。为解决上述技术问题，本技术提供了一种气冷式土体冻胀试验装置，包括用于盛放土样的试样筒、用于提供冷气流的冷风输出单元、用于监测土样竖直位移的位移监测单元、用于监测土样温度的温度监测单元、用于监测土样含水量的水分监测单元和用于为土样补充水分的补水单元，所述试样筒的顶端设有顶板，底端设有底板，所述冷风输出单元的冷气输出口穿过所述顶板位于所述试样筒内部的顶端，所述位移监测单元的测头穿过所述顶板和所述试样筒内部的土样表面接触，所述温度监测单元的探头穿过所述试样筒的侧壁位于土样的内部，所述水分监测单元的探头穿过所述试样筒的侧壁位于土样的内部，所述补水单元的出水口穿过所述底板位于所述试样筒的底端。进一步地，所述冷风输出单元包括制冷机、鼓风机和冷媒盘管，所述冷媒盘管的进口端通过冷媒连接管连接所述制冷机的出口端，所述冷媒盘管的出口端通过冷媒连接管连接所述制冷机的进口端，所述鼓风机的扇叶位于所述试样筒内部的顶端，所述冷媒盘管位于所述扇叶的正下方。进一步地，所述位移监测单元为百分表，所述百分表的测头位于所述试样筒的内部，并与所述土样的表面接触。进一步地，所述温度监测单元包括若干个温度传感器和温度采集仪，若干个温度传感器连接所述温度采集仪，所述试样筒的侧部设有若干个温度监测孔，每个温度传感器的探头穿过一个温度监测孔进入土样的内部。进一步地，所述水分监测单元包括若干个水分传感器和水分采集仪，若干个水分传感器连接所述水分采集仪，所述试样筒的侧部设有若干个水分监测孔，每个水分传感器的探头穿过一个水分监测孔进入土样的内部。进一步地，所述补水单元包括马氏瓶、旋塞、玻璃管、补水开关和多孔补水板，所述旋塞安装在所述马氏瓶的顶端，所述玻璃管的一端通过所述旋塞位于所述马氏瓶的内部，所述补水开关的进水口连接所述马氏瓶底部的出水口，所述补水开关的出水口连接所述多孔补水板的进水口，所述多孔补水板位于所述试样筒的底端。进一步地，还包括若干条限位杆，若干条限位杆分布安装在所述顶板和所述底板之间，每条限位杆的一端固定在所述顶板上，另一端固定在所述底板上。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术涉及了一种气冷式土体冻胀试验装置，本技术的技术优势包括：(1)相比传统土体冻胀试验装置中的固体冷源形式及其与土样的热传导传热方式，本技术中的新型气冷式土体冻胀装置可以提供气态冷源形式，并与土样保持热对流传热方式，由此可以真实地模拟自然环境中地表土体的冻胀发生条件。(2)本技术中的气冷式土体冻胀装置可以自主地调节冷气流的温度和速度，由此可以进行不同气温和风速条件下土体冻胀的多元化试验。(3)本技术中的气冷式土体冻胀装置的结构紧凑，整体稳定性高，试验准确性好。根据试验土体的粒径分布和种类，可以自由调整试样筒尺寸，使用范围广。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例提供的气冷式土体冻胀试验装置的结构示意图；图2是本技术实施例提供的冷媒盘管的结构示意图；图3是本技术实施例提供的顶板的结构示意图；图4是本技术实施例提供的多孔补水板的结构示意图；图5是本技术实施例提供的气冷式土体冻胀试验方法的流程图。图中：1、试样筒；2、顶板；3、底板；4、橡胶圈；5、限位杆；6、限位杆螺母；7、底座；8、底座螺栓；9、底座螺帽；10、制冷机；11、冷媒连接管；12、冷媒盘管；13、鼓风机；14、鼓风机安装孔；15、冷媒管路接口；16、百分表；17、位移监测孔；18、温度传感器；19、温度监测孔；20、温度采集仪；21、水分传感器；22、水分监测孔；23、水分采集仪；24、马氏瓶；25、旋塞；26、玻璃管；27、补水管；28、螺纹连接器；29、补水通道；30、补水开关；31、多孔补水板。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。为了说明本技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。如图1和图3所示，气冷式土体冻胀试验装置包括用于盛放土样的试样筒1、用于提供冷气流的冷风输出单元、用于监测土样竖直位移的位移监测单元、用于监测土样温度的温度监测单元、用于监测土样含水量的水分监测单元和用于为土样补充水分的补水单元，试样筒1的顶端设有顶板2，底端设有底板3，冷风输出单元的冷气输出口穿过顶板2位于试样筒1内部的顶端，位移监测单元的测头穿过顶板2和试样筒1内部的土样表面接触，温度监测单元的探头穿过试样筒1的侧壁位于土样的内部，水分监测单元的探头穿过试样筒1的侧壁位于土样的内部，补水单元的出水口穿过底板3位于试样筒1的底端。在传热过程中，热传导和热对流是两个存在很大区别的不同传热形式。区别在于，热传导为固体与固体的传热，在这一传热过程中固体分子不会有相对的位移，热量传递机制主要依靠分子或者原子之间的热运动进行。而在工程实践中，热对流经常发生在气体与固体的表面，在该种传热方式下，不仅存在流体宏观运动而造成的热量传递，还存在流体分子与固体表面的分子间的剧烈的不规则运动造成的热量传递，是两者共同作用的结果。由此可见，目前冻胀试验装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气冷式土体冻胀试验装置，其特征在于，包括用于盛放土样的试样筒、用于提供冷气流的冷风输出单元、用于监测土样竖直位移的位移监测单元、用于监测土样温度的温度监测单元、用于监测土样含水量的水分监测单元和用于为土样补充水分的补水单元，所述试样筒的顶端设有顶板，底端设有底板，所述冷风输出单元的冷气输出口穿过所述顶板位于所述试样筒内部的顶端，所述位移监测单元的测头穿过所述顶板和所述试样筒内部的土样表面接触，所述温度监测单元的探头穿过所述试样筒的侧壁位于土样的内部，所述水分监测单元的探头穿过所述试样筒的侧壁位于土样的内部，所述补水单元的出水口穿过所述底板位于所述试样筒的底端。

【技术特征摘要】
1.一种气冷式土体冻胀试验装置，其特征在于，包括用于盛放土样的试样筒、用于提供冷气流的冷风输出单元、用于监测土样竖直位移的位移监测单元、用于监测土样温度的温度监测单元、用于监测土样含水量的水分监测单元和用于为土样补充水分的补水单元，所述试样筒的顶端设有顶板，底端设有底板，所述冷风输出单元的冷气输出口穿过所述顶板位于所述试样筒内部的顶端，所述位移监测单元的测头穿过所述顶板和所述试样筒内部的土样表面接触，所述温度监测单元的探头穿过所述试样筒的侧壁位于土样的内部，所述水分监测单元的探头穿过所述试样筒的侧壁位于土样的内部，所述补水单元的出水口穿过所述底板位于所述试样筒的底端。2.根据权利要求1所述的气冷式土体冻胀试验装置，其特征在于，所述冷风输出单元包括制冷机、鼓风机和冷媒盘管，所述冷媒盘管的进口端通过冷媒连接管连接所述制冷机的出口端，所述冷媒盘管的出口端通过冷媒连接管连接所述制冷机的进口端，所述鼓风机的扇叶位于所述试样筒内部的顶端，所述冷媒盘管位于所述扇叶的正下方。3.根据权利要求1所述的气冷式土体冻胀试验装置，其特征在于，所述位移监测单元为百分表，所述百分表的测头位于所述试样筒的内部，并与所述土...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢玉婷，刘建勇，尹赵爱，胡田飞，王天亮，何亚梦，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：新型
国别省市：河北,13