一种隧道周围土体冻胀率测试装置，属于岩土工程领域。固定装置设置在试样安装测试系统内部并用于该测试系统，补液装置为试样安装测试系统的岩土体测试基体补水以及为岩土体测试基体的内环中部空间补油，试样安装测试系统内部设有为其快速制冷的制冷系统，体积压力控制系统与补液装置连通对试样安装测试系统进行压力控制和测量冻胀后岩土体测试基体中部排出液体的体积，数据采集装置与试样安装测试系统和体积压力控制系统连接，用于采集数据。本发明专利技术通过设置合理的热力控制装置，实现圆形隧道周围土体冻胀变形指标的合理测试，突破当前一维冻胀试验所测试冻胀率在隧道工程防冻胀设计中的不足。胀设计中的不足。胀设计中的不足。
【技术实现步骤摘要】
一种隧道周围土体冻胀率测试装置
[0001]本专利技术属于岩土工程领域，具体涉及一种模拟隧道周围土体冻胀变形的试验装置。
技术介绍
[0002]近年来。我国寒区隧道建设的规模和数量与日俱增。在寒区修建的隧道都不同程度地遭受冻害，威胁隧道的正常运营。寒区隧道建成后，隧道周围含水土体在冬季冻结膨胀，在衬砌上作用冻胀力，进而导致衬砌混凝土开裂漏水，影响隧道安全运营，危及行车安全，甚至还会影响隧道的健康服役、降低使用年限。因此在工程的设计与建造中需要考虑隧道周围土体的冻胀变形的不利影响。
[0003]当前的研究结论表明，土体的冻胀变形呈现出显著的各向异性，即为在热流流动方向上的冻胀量显著大于热流的垂直方向的冻胀量。对于均质地层中的寒区隧道而言，因此其热流方向与隧道衬砌法线方向一致，负温沿衬砌法线向周围土体不断发展，其冻结模式与传统的一维冻结试验所模拟的水平地层一维冻结模式显著不同，因此基于一维冻胀试验所得到土体的冻胀率应用于衬砌冻害评估并不合理。
技术实现思路
[0004]基于以上问题，本专利技术提供一种隧道周围土体冻胀率测试装置，能适用于寒区隧道周围土体冻胀变形的模拟，可精准测出寒区隧道周围土体的冻胀变形率。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案给予实现的：一种模拟隧道周围土体冻胀变形试验装置，包括试样安装测试系统、固定装置、补液装置、制冷系统、体积压力控制系统及数据采集装置；所述固定装置设置在试样安装测试系统内部并用于支撑试样安装测试系统，所述补液装置与试样安装测试系统内部连通，为试样安装测试系统的岩土体测试基体补水以及为岩土体测试基体的内环中部空间补油，所述试样安装测试系统内部设有为其快速制冷的制冷系统，体积压力控制系统与补液装置连通对试样安装测试系统进行压力控制和测量冻胀后岩土体测试基体中部排出液体的体积，所述数据采集装置与试样安装测试系统和体积压力控制系统连接，用于采集数据。
[0006]本专利技术的有益效果在于：
[0007]1.本专利技术通过设置合理的热力控制装置，实现圆形隧道周围土体冻胀变形指标的合理测试，突破当前一维冻胀试验所测试冻胀率在隧道工程防冻胀设计中的不足。
[0008]2.本专利技术压力体积控制器使岩土体测试基体内部压力处于一恒定值，且能实时精准测量岩土体测试基体内环中间部位液体体积变化量，液体采用热胀冷缩值极小的航空油，能进一步减小误差，从而得出精准的冻胀变形率。
[0009]3.本专利技术采用线型温度传感器用于测试岩土体测试基体内部更大范围的温度，横向和纵向均得到有效测量。
[0010]4.使用冷浴机与内螺旋冷却管、外螺旋冷却管以及冷却液流通管组成的制冷系
统，能快速精确降温到指定温度，能有效模拟实际寒区隧道周围土体的冻胀变形过程。
[0011]5.整个测试过程可做到实时监测、实时采集、实时计算，实时反馈岩土体测试基体在整个降温过程中的冻胀变形数据。
附图说明
[0012]图1是本专利技术结构示意图；
[0013]图2是图1中A
‑
A断面俯视图；
[0014]图3是图1中B
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B断面俯视图；
[0015]图4是图1中C
‑
C断面俯视图；
[0016]其中：1、线型温度传感器；2、岩土体测试基体；3、数据采集线；4、内螺旋冷却管；5、环状透水石；6、补油管；7、排气管；8、排气阀；9、冷却液流通管；10、补油箱；11、补水箱；12、压力体积控制器；13、数据采集仪；14、电脑；15、保温海绵；16、补水管；17、支脚；18、基体底座；19、环状空心钢壳；20、冷浴机；21、外螺旋冷却管；22、刚性保温上盖；23、固定杆限位螺母；24、固定杆；25、钢护筒；26、橡皮膜。
具体实施方式
[0017]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图1～4，对本专利技术做进一步详细的描述。
[0018]如图1所示，一种模拟隧道周围土体冻胀变形试验装置，包括试样安装测试系统、固定装置、补液装置、制冷系统、体积压力控制系统及数据采集装置；所述固定装置设置在试样安装测试系统内部并用于支撑试样安装测试系统，所述补液装置与试样安装测试系统内部连通，为试样安装测试系统的岩土体测试基体2补水以及为岩土体测试基体2的内环中部空间补油，所述试样安装测试系统内部设有为其快速制冷的制冷系统，体积压力控制系统与补液装置连通对试样安装测试系统进行压力控制和测量冻胀后岩土体测试基体2中部排出液体的体积，所述数据采集装置与试样安装测试系统和体积压力控制系统连接，用于采集数据。
[0019]如图1所示，所述试样安装测试系统包括岩土体测试基体2、基体底座18、线型温度传感器1、环状透水石5、环状空心钢壳19、钢护筒25及刚性保温上盖22；所述岩土体测试基体2为高度15cm至20cm的环状土体，固定于基体底座18中心部位，岩土体测试基体2内部沿其轴向设有多层线型温度传感器1，且每层每隔90
°
按放射状设置线型温度传感器1，岩土体测试基体2外环与环状透水石5内壁紧密接触，环状透水石5外侧与环状空心钢壳19的内环紧密相连；岩土体测试基体2内环紧密设置橡皮膜26，所述钢护筒25间隙套装在环状空心钢壳19外侧，刚性保温上盖22完全覆盖住试样安装测试系统的顶部，刚性保温上盖22除边缘突出的实心部分外，其余内部空间充填保温海绵15，即刚性保温上盖22的填充保温海绵15部分的直径与环状空心钢壳19外径一致；且钢护筒25内部也充填了保温海绵15，以隔绝岩土体测试基体2与外界环境的热量交换，保证冻胀变形不从岩土体测试基体2的顶部和底部发生。
[0020]如图1～4所示，所述固定装置包括多个固定杆限位螺母23、多根固定杆24及多根支脚17；所述岩土体测试基体2通过多根支脚17支撑在基体底座18上，优选为四根，以及刚
性保温上盖22内部由多根支脚17支撑，优选为四根，并在周围填充保温海绵15；所述基体底座18与刚性保温上盖22之间通过多根固定杆24连接，用固定杆限位螺母23调整和固定固定杆24。
[0021]如图1所示，所述补液装置包括补油箱10、补油管6、补水箱11及补水管16；所述补油箱10通过补油管6向岩土体测试基体2内环中部空间补充航空油，补水箱11连通补水管16通过环状透水石5对岩土体测试基体2补水。
[0022]如图1、图2所示，所述制冷系统包括内螺旋冷却管4、外螺旋冷却管21、冷却液流通管9及冷浴机20；在所述橡皮膜26内环内部设置内螺旋冷却管4，所述内螺旋冷却管4的正中间设置有线型温度传感器1；外螺旋冷却管21环套在环状空心钢壳19的环壁空腔内，具体为外螺旋冷却管21外侧设置在环状空心钢壳19的外环，外螺旋冷却管21内侧设置在环状空心钢壳19的内环；所述两个冷浴机20中的一个冷浴机20通过冷却液流通管9与内螺旋冷却管4的进口和出口连通，另一个冷浴机20通过冷却液流通管9与外螺旋冷却管21的进口和出口连通，
[0023]用冷浴机本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种隧道周围土体冻胀率测试装置，其特征在于：包括试样安装测试系统、固定装置、补液装置、制冷系统、体积压力控制系统及数据采集装置；所述固定装置设置在试样安装测试系统内部并用于支撑试样安装测试系统，所述补液装置与试样安装测试系统内部连通，为试样安装测试系统的岩土体测试基体(2)补水以及为岩土体测试基体(2)的内环中部空间补油，所述试样安装测试系统内部设有为其快速制冷的制冷系统，体积压力控制系统与补液装置连通对试样安装测试系统进行压力控制和测量冻胀后岩土体测试基体(2)中部排出液体的体积，所述数据采集装置与试样安装测试系统和体积压力控制系统连接，用于采集数据。2.根据权利要求1所述的一种隧道周围土体冻胀率测试装置，其特征在于：所述试样安装测试系统包括岩土体测试基体(2)、基体底座(18)、线型温度传感器(1)、环状透水石(5)、环状空心钢壳(19)、钢护筒(25)及刚性保温上盖(22)；所述岩土体测试基体(2)为环状土体，固定于基体底座(18)中心部位，岩土体测试基体(2)内部沿其轴向设有多层线型温度传感器(1)，且每层每隔90
°
按放射状设置线型温度传感器(1)，岩土体测试基体(2)外环与环状透水石(5)内壁紧密接触，环状透水石(5)外侧与环状空心钢壳(19)的内环紧密相连；岩土体测试基体(2)内环紧密设置橡皮膜(26)，所述钢护筒(25)间隙套装在环状空心钢壳(19)外侧，钢护筒(25)顶部设置刚性保温上盖(22)，钢护筒(25)和刚性保温上盖(22)的内部均填充保温海绵(15)。3.根据权利要求2所述的一种隧道周围土体冻胀率测试装置，其特征在于：所述固定装置包括多个固定杆限位螺母(23)、多根固定杆(24)及多根支脚(17)；所述岩土体测试基体(2)通过多根支脚(17)支撑在基体底座(18)上，以及刚性保温上盖(22)内部由多根支脚(17)支撑，并在周围填充保温海绵(15)；所述基体底座(18)与刚性保温上盖(22)之间通过多根固定杆(24)连接，用固定杆限位螺母(23)调整和固定固定杆(24)。4.根据权利要求3所述的一种隧道周围...
【专利技术属性】
技术研发人员：李琼林，崔凯，青于蓝，李庞举，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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