一种冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台制造技术

一种冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，由平台基土、地下水补给体系、温度保障系统和防水护层组成；平台基土用试验所涉土体填筑而成；地下水补给体系由蓄水池、进水管、排气管组成，蓄水池位于平台基土之下，进水管、排气管分别沿平台基土对边两边缘置入平台基土与蓄水池连通；温度保障系统由地面以上的保温隔热封闭空间和土中保温隔热部件组成一个相对隔热的空间，防水护层设置在地下保温隔热部件外侧及下方。本发明专利技术为永久冻土区或季节冻土区的土体冻结、融化过程中的物理、力学、热学等方面性质的研究以及此过程中土壤中的水、气、盐、肥等变化规律及其对土壤性质影响乃至最终对作物的影响研究，甚至土木工程行业建筑物在土环境温度变化时的响应研究提供了基础平台。

【技术实现步骤摘要】
一种冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台
本专利技术涉及冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，用于为永久冻土区或季节冻土区的土体冻结、融化过程中的物理、力学、热学等方面性质的研究以及前述过程中土壤中的水、气、盐、肥等变化及其对土壤性质的影响进而对作物的影响研究。
技术介绍
人之生存的根本保障是农业，农业的发展不仅依赖于生物植被，也依赖于水资源。人们出行依靠水、陆、空等交通工程。因此，冻土区的土壤方面、植被作物方面、水利公路铁路机场等工程方面因含水土体的温度变化而带来的影响或破坏问题。各方面的科研工程人员就自己学科领域、“各自为政”地进行相应的研究。尤其是同一地区的科研工作者因研究非本地区的同一环境、土壤条件下不同研究内容时，都要各自花一定的时间、精力、物力、财力，往返多次地、长途跋涉地奔赴现场，在相对恶劣的条件下生活和进行诸如取土样或现场测试土体、取作物植被样品或现场作物植生长被监测、工程试验的检测设备埋设或测量等大量的工作。因而需要在科研工作者日常生活工作的场所建立一个上述所提学科都能使用的多功能基础大平台。在此大平台上进行各种永久冻土和季节冻土区的有关农学的、植被的、工程方面的试验时，不仅为科研工作人员提供较好的科研工作条件和环境，能够克服现场试验因有些影响因素不能进行控制和改变，常常不被选做试验参数的研究缺陷。同时，也为对工程问题的研究中采用缩尺的模型实验时，土体中及表面的温度、水分、盐分，以及水分迁移、冻深、冻胀量等对结构产生的变位、变形、应力等多因素、多问题共同存在时的情况下因可能各物理量具有不同比尺，而模型试验时却只能采用一个比尺的矛盾提供了解决措施。目前人们对冻土区的土壤冻结融化过程中水、气、盐、肥等变化及其对土壤性质的影响研究绝大多数就是冬季不同时间在现场取样、在室内测试或测定，而土壤中的水、气、盐、肥变化对作物的影响只能是现场观测试验研究了。而人们对冻土、冻土土壤和冻土工程的进行相应的研究要么进行现场原型试验（在现场安装设备、测读数据）或者是现场取土样回到试验室进行试验。这些都要求农学科研方面的工作者们经常奔赴现场。不管上述哪方面试验研究工作，无论是哪一种方式，都需舟车劳顿、浩大开支、寒冷工作条件下完成。同时现场埋设的传感器设备在使用完后也因实际工程的原故而无法取出，只能废弃，造成浪费。而利用平台人工地（或天然地，即利用基础平台所在地的自然冷能或热能，以节约能源）创建季节冻土区或永久冻土区，以实现土体的冻结和融化，在其上进行相应的试验可避免了人员多次的舟车劳顿（尤其是定性的机理性试验而非量化的因素间关系的试验），节约了开支，改善了工作条件。同时埋设在平台上季节冻土或永久冻土中的传感器设备在使用完后可不必取出，可继续为其它需要测土体中相应参数的试验再次使用。也可取出，标定后重复使用。而现有与冻土有关的室内试验，针对工程类的研究，必定采用相应的缩尺模型试验，而缩尺模型试验就同一研究问题，涉及多因素只能采用一个比尺进行试验，其试验结果换算是否与原型结果一致或接近，这无法评价。尤其是土体冻结过程中的水分迁移机理尚不明确的情况下，不同水位的地下水对其上土体的冻结、膨胀影响是否与其它因素的比尺相同，就不得而知。缩尺试验不能克服这一缺陷，而本平台可进行工程规模的模型试验。现场试验其优点不言而喻，但是也存在着有些因素单一或难以控制的缺点致使研究时就只能“忍痛割爱”，仅能就现场的土质、温度和工况一种条件下开展相应相关试验研究。如地下水位无法控制，无法改变调整或改变现场条件的土粒构成、状态、土质等因素；又如同一条件下的不易调整或改变（植被、工程的）环境和工况等。而在本平台上不仅可以人为控制地下水位，可以同一温度及相同地下水位条件下进行多种土质进行相应的试验研究。
技术实现思路
本专利技术针对目前就有关冻土、冻土土壤和冻土工程进行相应的研究时存在的问题，提出一种冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台。本专利技术冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，是用于冻土区各学科的多功能试验平台，也是各种学科理论研究成果的初步检验平台。本专利技术采用的技术方案：本专利技术冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台由平台基土、地下水补给体系、环境温度保障系统和防水护层四个部分组成。其中，平台基土为从地面至满足在永久冻土或季节性冻土的相关研究涉及到的影响最大深度内用试验研究所涉及到的土体填筑而成。而基土的类型、厚度、表面形状可根据每次研究内容确定。地下水补给系统地下水的补给系统不仅可以实现基土在“封闭体系”下冻结，也可实现在“开敞体系”补水条件下的冻结，从而达到与现场情况一致的地下水位情况。本申请所述的地下水补给系统由蓄水池、进水管、排气管组成。a)蓄水池为位于平台基土之下。池内分段（用隔热板材和防水材料分隔为多段）从底向上依次分别铺筑粗砾组的土颗粒、细砾组的土颗粒和砂粒组的土颗粒，层间及层顶铺设双向透水的土工织物，各层厚度不得小于土料填筑最小厚度和保护双向透水的土工织物的最小厚度两者的最大值。最上一层的双向透水的土工织物上面为试验研究所涉及到的土体（即平台基土）。池深为粗砾组土层、细砾组土层和砂粒组土层三层土厚之和再加一定的超高。且池顶高程高于场地多年最大地下水水位高程。池宽和池长尺寸分别与其上平台基土的长和宽一致，可由研究对象在永久冻土或季节性冻土中的影响范围来确定。池厚根据修筑蓄水池的材料构造要求确定。蓄水池必须满足相应的防渗要求。修建蓄水池池壁时在池底安装带阀水平管于池外将用隔热板材和防水材料分隔的两相邻段连接。b)材质完全相同的、管径相同的进水管、排气管分别沿平台基土对边两边缘垂直置入于池内，管底接触池底，管顶与地面齐平。进水管和排气管的下端管壁上开孔，布孔段长度等于粗砾组、细砾组和砂粒组颗粒三层土厚之和。且布孔段管身及管底面均用双向透水的土工织物包裹，被包裹长度超过有孔段的长度15~20cm。管顶有相同材料的盖封管口保护。若管身未被平台基土保护，需采取保温防护措施。c)紧贴温度保障的地下部件的外侧面和下表面设置防水护层，使试验平台的地下水位控制系统与原场地中的地下水分隔开。温度保障系统当外界环境温度条件不满足试验时，通过修建温度保障空间将模型与外界环境隔开，为模型提供与实际工程相同的温度条件。在该空间内用致冷设备来控制和改变温度。同时，内部基土也可视研究问题规模大小来分段，段间用保温隔热板材分隔设置垂直的分隔层，以保证各段间基土无热量的相互影响，实现各自不同的试验研究内容和目的。本申请的温度保障系统由地面以上和地面以下的两部分保温隔热部件构成。a）上部封闭空间由具有相当强度、憎水性的保温隔热板材搭建的封闭矩形空间，底面面积大于蓄水池的底面面积。地表以上四周保温隔热板材高不小于1.8米且满足制冷设备的安装维修高度要求，地表以下四周及底部的保温隔热板材均在池外，四周板材距池外壁不得小于3米。地表以上的保温隔热板材与地表以下的共同形成封闭空间，保障了其内部的基土（内部基土也可视研究问题分段，段间用保温隔热板材分隔）一维单向或双向的冻结。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，其特征是：由平台基土、地下水补给体系、温度保障系统和防水护层四个部分组成；平台基土从地面至满足永久冻土或季节性冻土的相关研究涉及到的影响最大深度，用试验所涉及到的土体填筑而成；所述地下水补给体系由蓄水池、进水管、排气管组成；蓄水池（3-1）位于平台基土（2）之下，进水管、排气管分别沿平台基土对边两边缘置入平台基土与蓄水池连通；温度保障系统由平台基土地面以上的上部保温隔热封闭空间和土中保温隔热部件共同组成一个相对隔热的空间，上部保温隔热封闭空间内配置制冷装置，土中保温隔热部件采用保温隔热板材设置在平台基土四周，防水护层（5）设置在地下土中保温隔热部件外侧及下方。/n

【技术特征摘要】
1.一种冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，其特征是：由平台基土、地下水补给体系、温度保障系统和防水护层四个部分组成；平台基土从地面至满足永久冻土或季节性冻土的相关研究涉及到的影响最大深度，用试验所涉及到的土体填筑而成；所述地下水补给体系由蓄水池、进水管、排气管组成；蓄水池（3-1）位于平台基土（2）之下，进水管、排气管分别沿平台基土对边两边缘置入平台基土与蓄水池连通；温度保障系统由平台基土地面以上的上部保温隔热封闭空间和土中保温隔热部件共同组成一个相对隔热的空间，上部保温隔热封闭空间内配置制冷装置，土中保温隔热部件采用保温隔热板材设置在平台基土四周，防水护层（5）设置在地下土中保温隔热部件外侧及下方。


2.根据权利要求1所述的冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，其特征是：蓄水池从底向上依次铺筑粗砾组的土颗粒、细砾组的土颗粒和砂粒组的土颗粒，层间及层顶铺设双向透水的土工织物，各层厚度不小于土料填筑最小厚度和双向透水的土工织物所需最小防护厚度两者的最大值，同时设置段间的保温隔热层和防水层；蓄水池池深为粗砾组土层、细砾组土层和砂粒组土层三层土厚之和再加一定的超高，且池顶高程高于场地多年最大地下水水位高程；蓄水池池长和池宽分别与其上平台基土的长和宽一致，或者由相关研究对象对所处的永久冻土或季节性冻土的影响范围来确定。


3.根据权利要求2所述的冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，其特征是：在蓄水池四周紧贴蓄水池外表面至地面设置有保温隔热板材。


4.根据权利要求1、2或3所述的冻土、冻土土壤及冻土工程研究基础平台，其特征是：进水管、排气管（3-2）的管顶与地面齐平，进水管和排气管的下端管壁上开孔，布孔段长度等于粗砾组、细砾组和砂粒组颗粒三层土厚之和；且布孔段管身及管底面均用双向透水的土工织物包裹，被包裹长度超过有孔段长度15～20...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋玲，孙雯，李东升，樊圆圆，麻佳，申瑞华，王艳坤，杨禹锟，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65