寒区土体多向应力场水-热-力耦合土压力测试装置制造方法及图纸

寒区土体多向应力场水

【技术实现步骤摘要】
寒区土体多向应力场水-热-力耦合土压力测试装置


[0001]本专利技术属于岩土工程分支冻土工程领域，特别涉及寒区土体多向应力场水
-ꢀ
热-力耦合土压力测试装置，是一种适用于土体多向应力场条件下的水-热-力耦合研究的测试装置。

技术介绍

[0002]寒冷地区越冬深基坑工程，因气温的持续降低。负温状态导致土体冻结，在富水(接近或达到饱和含水率)环境下其冻胀尤其明显。深基坑临空面土体符合富水条件，因此土体冻胀会对基坑支护结构造成极大的负载，严重影响着深基坑工程及周边建筑物和构筑物的安全。利用本装置和方法可以模拟自然状态下土体环境条件，实现多向应力场条件下、不同温度梯度的土体冻胀耦合特性研究，探索约束与冻胀力的关系，了解冻胀在空间和时间上的发展规律，为后续深基坑冻胀力评估提供借鉴。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供寒区土体多向应力场水-热-力耦合土压力测试装置，可以实现寒冷地区负温环境下含水(尤其富水)土体冻胀在一定应力条件和一定约束条件下的冻胀耦合特性研究。
[0004]寒区土体多向应力场水-热-力耦合土压力测试装置，有试验平台。
[0005]其技术要点在于：试验平台上设置水平加载系统和竖向加载系统。
[0006]水平加载系统包括水平动力装置、水平传力杆、水平轴力采集传感器、水平位移传感器、定向板、推进板、等效约束模块、水平导轨、加载架、热量交换模块冷端、侧向约束板和热量交换模块暖端。
[0007]水平动力装置的输出部连接水平传力杆的后端。<br/>[0008]水平动力装置固定设置在试验平台上。
[0009]试验平台上固定定向板，水平传力杆穿过定向板中部的传力杆孔。
[0010]水平传力杆前端固定连接推进板。推进板位于定向板前方。
[0011]推进板通过推进板孔套设在水平导轨上，水平导轨穿过定向板上的定向板导轨孔。
[0012]水平传力杆上设有水平轴力采集传感器。
[0013]水平位移传感器位于定向板和推进板之间。
[0014]水平导轨前端固定连接加载架。
[0015]加载架前端接触热量交换模块冷端外壳。
[0016]热量交换模块冷端前方为放置测试试样的区域。
[0017]水平导轨上设有等效约束模块，等效约束模块位于推进板和加载架之间。
[0018]在放置测试试样的区域前方固定设置有热量交换模块暖端。
[0019]在放置测试试样的区域左右两侧固定设有竖向的侧向约束板。
[0020]侧向约束板上设有温度传感器和土压力传感器。
[0021]竖向加载系统：竖向加载系统包括反力架、竖直动力装置、竖向荷载传感器、竖向加载杆、盖板和竖向位移传感器。
[0022]反力架的横向支架下方固定有竖直动力装置。
[0023]竖直动力装置的输出部连接竖向加载杆上方。
[0024]竖向加载杆下端固定有盖板。
[0025]竖向荷载传感器位于竖向加载杆上。
[0026]竖向位移传感器位于盖板上方和固定在试验平台上的支架之间。
[0027]盖板位于放置测试试样上方的区域。
[0028]放置测试试样的区域设有补水系统。
[0029]补水系统：热量交换模块暖端壳体后方开设多个供水孔，热量交换模块暖端壳体内设置多个点滴管，点滴管出口和供水孔对应连接。
[0030]供水瓶连接点滴管入口。
[0031]热量交换模块暖端壳体后方和测试试样之间设有滤纸。
[0032]测试试样下方设有透水石。透水石设置在试验平台的开槽内。
[0033]透水石下方设有集水槽。
[0034]水平动力装置为水平步进导轨，水平传力杆后端固定在水平步进导轨的输出部。
[0035]竖直动力装置为竖向加载电机，螺纹连接竖向加载杆上方。
[0036]竖向加载杆上设有导向块，横向支架下方设有导向架，导向架开设有竖向导向槽，导向块位于导向槽内。
[0037]水平导轨为两个，设置在水平传力杆两侧。
[0038]定向板为前后设置的两个，水平轴力采集传感器在位于前方的定向板和推进板之间。
[0039]水平位移传感器为两个，在推进板两侧布置。
[0040]等效约束模块为弹簧。
[0041]两个透明的侧向约束板开设多个侧向约束板孔槽交错设置，内设有温度传感器。
[0042]试验平台上设置摄像头。
[0043]保温罩固定在试验平台上，罩住侧向约束板、热量交换模块冷端和热量交换模块暖端。
[0044]热量交换模块冷端与加载架的接触面有隔热层。
[0045]热量交换模块冷端与测试试样接触面为金属层。
[0046]盖板包括固定连接的上层盖板和下层隔热盖板。
[0047]竖向加载杆下端为半球形，与上层盖板上表面的等直径半球形凹槽相接触。
[0048]其优点在于：
[0049]本专利技术为寒冷地区越冬深基坑、边坡等冻土特性研究提供了一种研究装置和研究思路，可以实现寒冷地区负温环境下含水土体冻胀在一定应力条件和一定约束条件下的冻胀耦合特性研究，对研究越冬深基坑的冻胀力分布和冻胀力发育规律具有重要意义。
附图说明
[0050]图1为装置的主视图。
[0051]图2为图1中的主要部件的结构示意图。
[0052]图3为装置的俯视图。
[0053]图4为左侧向约束板的主视图(图3中的左侧)。
[0054]图5为右侧向约束板的主视图(图3中的右侧)。
[0055]图6为推进板的主视图。
[0056]图7为推进板的俯视图。
[0057]图8为定位板的主视图。
[0058]图9为定位板的俯视图。
[0059]图10为补水系统结构示意图。
[0060]图11为供水孔和热量交换模块暖端的结构示意图。
[0061]图12为深基坑的侧视图。
[0062]图13为图12中主视图。
[0063]图14为模拟深基坑的锚索、腰梁和支护桩结构的等效约束刚度示意图。
[0064]图15为系统框图。
[0065]图16为土样(测试试样)应力状态图(常温)。
[0066]图17为土样(测试试样)应力状态图(主动土压力到静止土压力)。
[0067]图18土样(测试试样)应力状态图(主动土压力到静止土压力转变、甚至再到被动土压力)。
[0068]反力架1、横向支架1a、竖向支架1b、竖向加载电机2、水平轴力采集传感器3、盖板4、上层盖板4a、下层隔热盖板4b、侧向约束板5、左侧向约束板 5a、右侧向约束板5b、侧向支撑6、定向板7、水平步进导轨8、推进板9、等效约束模块10、水平导轨11、加载架12、热量交换模块冷端13、热量交换模块暖端14、保温罩15、温度传感器16、测试试样17、加载控制器18、冷端冷浴19、暖端冷浴20、试验平台21、补水系统22本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.寒区土体多向应力场水-热-力耦合土压力测试装置，有试验平台(21)，其特征在于：试验平台(21)上设置水平加载系统和竖向加载系统；水平加载系统包括水平动力装置、水平传力杆(25)、水平轴力采集传感器(3)、水平位移传感器(23)、定向板(7)、推进板(9)、等效约束模块(10)、水平导轨(11)、加载架(12)、热量交换模块冷端(13)、侧向约束板(5)和热量交换模块暖端(14)；水平动力装置的输出部连接水平传力杆(25)的后端；水平动力装置固定设置在试验平台(21)上；试验平台(21)上固定定向板(7)，水平传力杆(25)穿过定向板(7)中部的传力杆孔(28)；水平传力杆(25)前端固定连接推进板(9)；推进板(9)位于定向板(7)前方；推进板(9)通过推进板孔(43)套设在水平导轨(11)上，水平导轨(11)穿过定向板(7)上的定向板导轨孔(29)；水平传力杆(25)上设有水平轴力采集传感器(3)；水平位移传感器(23)位于定向板(7)和推进板(9)之间；水平导轨(11)前端固定连接加载架(12)；加载架(12)前端接触热量交换模块冷端(13)外壳；热量交换模块冷端(13)前方为放置测试试样(17)的区域；水平导轨(11)上设有等效约束模块(10)，等效约束模块(10)位于推进板(9)和加载架(12)之间；在放置测试试样(17)的区域前方固定设置有热量交换模块暖端(14)；在放置测试试样(17)的区域左右两侧固定设有竖向的侧向约束板(5)；侧向约束板(5)上设有温度传感器(16)和土压力传感器(42)；竖向加载系统：竖向加载系统包括反力架(1)、竖直动力装置、竖向荷载传感器(36)、竖向加载杆(37)、盖板(4)和竖向位移传感器(35)；反力架(1)的横向支架(1a)下方固定有竖直动力装置；竖直动力装置的输出部连接竖向加载杆(37)上方；竖向加载杆(37)下端固定有盖板(4)；竖向荷载传感器(36)位于竖向加载杆(37)上；竖向位移传感器(35)位于盖板(4)上方和固定在试验平台(21)上的支架(44)之间；盖板(4)位于放置测试试样(17)上方的区域；放置测试试样(17)的区域设有补水系统(22)...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛全明，曹洋，张丙吉，佘小康，尹志伟，赵晨，梁海，季铁军，
申请(专利权)人：中建东设岩土工程有限公司，
类型：新型
国别省市：