冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统技术方案

本发明专利技术涉及一种冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统。一种冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统，包括：土样（2），土样和铝合金降温罩（1）安装于三轴仪底座（4），土样和降温罩间加入防冻液，降温罩外接水浴冰箱（5），给土样提供一个稳定的液浴冻结环境；底座和压力室温度传感器，通过温度数显采集仪（7）实时监测反映压力室和土样表面的温度变化情况；在土样（2）内部植入微型蓝牙温度传感器（8）通过蓝牙传输到手机端（10）实时监测反映土样内部的温度变化。通过液浴降温提高了冻结温度的准确性与稳定性，对土样内部、表面与压力室温度同步监测。本发明专利技术用于冻土三轴试验的土样冻结及温度监测。度监测。度监测。

【技术实现步骤摘要】
冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统


[0001]本专利技术涉及一种冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统。

技术介绍

[0002]我国作为世界第三冻土大国，其中季节冻土约占了国土面积的53.5%。季节冻土作为一种特殊土体，受冻融作用的影响道路常出现冻胀、融沉等自然冻害，严重影响道路的安全与行驶。因此季节冻土作为道路路基，其特殊的力学特性也受到国内外学者的广泛关注。
[0003]由于现场测试季节冻土力学特性较为复杂，因此通过室内试验来获取土的力学参数成为主要的手段，三轴试验作为测试土力学性能最为主要的试验方法，其土的力学性能参数直接反映土的强度及抗剪性能；而在冻土三轴试验中，温度作为影响土力学性能的主要影响因素之一，微小的冻结温度变化都可能对土的力学特性产生巨大的影响。因此，在进行三轴试验时对土试样冻结温度的精准测控尤为重要；而现有对冻土三轴试验的温度测控方法仍然还停留在以往老旧的测控方法，通过压力室内的温度传感器监测压力室内的温度来直接反映土试样的温度，而这样的测控方法只能测定压力室内的温度，而不能准确测试土试样的温度，更何况土样表皮与内部的温度都有着巨大差别。因此以往对土样温度测控的不精准造成所测的土样强度及力学性能的不准确直接影响实际的冻土工程。
[0004]因此对于冻土三轴试验土样冻结及精准测温具有重要的价值与意义，保证通过三轴试验所测土试样强度及力学性能能够真实反映土的强度及力学性能，为季冻土工程提供一定的技术手段与可靠的理论参考价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统。
[0006]上述的目的通过以下的技术方案实现：一种冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统，其组成包括：三轴仪底座、铝合金降温罩、水浴冰箱和温度数显采集仪，所述的铝合金降温罩为根据三轴仪底座尺寸定制的内部为联通的铝合金制冷罩，且与三轴仪底座连接处密封，并且通过降温罩联通管外接水浴冰箱，用于系统的冻结制冷源，所述的土样安装于三轴仪底座，通过底座与试样帽将土样用乳胶膜密封包裹；所述的土样与铝合金降温罩间加入防冻液，通过制冷源将冷量传递给防冻液，提供给土样一个稳定的液浴冻结环境；所述的微型蓝牙温度传感器置于微型蓝牙温度传感器保护罩内，在制样时植入土样内部，纽扣电池为其供电，通过蓝牙信号与手机端连接，用于监测并反映土样内部的冻结温度变化情况；所述的温度传感器安装于底座上和压力室，外接温度数显采集仪，用以监测和反映土样表面和压力室的温度；所述的冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统，所述的冻结系统为通过防冻液
没过土样，使土样处于液浴环境下，在水浴冰箱开始工作后通过降温罩联通管与铝合金降温罩构成冻结源，冻结源将冷量传递给防冻液。
[0007]所述的冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统，所述的水浴冰箱可根据目的设置不同的冻结温度，可以模拟不同地区不同温度下得冻土三轴试验。
[0008]所述的冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统，所述的蓝牙温度传感器，主要由蓝牙芯片、数显温度传感器、钮扣电池等组成；蓝牙温度传感器保护罩由有机材料通过3D打印制作。
[0009]所述的冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统，所述的土样内部的微型蓝牙温度传感器，配合土样表面的温度传感器，实时反映到手机端和温度数显采集仪，动态监测土样的内外温度。
[0010]本专利技术的有益效果：1.本专利技术提出的一种冻土三轴试验的土样冻结及精准温系统，克解决了现有设备无法提供精确稳定的土样的冻结温度和土样内外温度偏差问题。通过液浴降温提高了冻结温度的准确性与稳定性，对土样内部、表面与压力室环境温度同步监测，避免了以往土样内外温度偏差问题。
[0011] 2.本专利技术通过自制铝合金降温罩与三轴底座正好嵌固，降温罩配合水浴冰箱作为冻结土样的冷源，当水浴冰箱开始工作后，降温罩将冷量传递给与土样之间的防冻液，土样在液浴冻结环境下，形成一个稳定的冻结系统，避免了以往冻结方式上与外界的冷热交换。
[0012] 3.本专利技术微型蓝牙温度传感器配合土样表面及压力室内的温度传感器来监测土样的内部、表面及压力室的温度，待冻结温度达到一致目标温度后开展三轴压缩试验，否则重新调整冻结温度，以此重复往返，直至达到稳定一致的目标温度，实现了三轴试验温度的精准测控测试温度的精度，避免了不精准测温对试验结果的影响，提高了试验的精准度。
[0013] 4.本专利技术土样内部的微型蓝牙温度传感器，其优良的反应能力与传输性质，为试验测温提供了保障，且通过钮扣电池供电，具有耗电低、测温准确、灵敏度高等特点。
[0014] 5.本专利技术微型蓝牙温度传感器保护罩根据蓝牙传感器尺寸大小采用3D打印技术制作，避免在制样过程中对蓝牙温度传感器损坏，并且不会阻碍蓝牙信号的传输与测温的延迟。
[0015] 6.本专利技术土样内部的微型蓝牙温度传感器，经过三轴试验检验，对土样力学特性几乎无影响，证明了试验方法的可行性和实用性。
[0016]附图说明：附图1是本专利技术的结构平面示意图。
[0017]附图2是本专利技术的制冷罩及安装示意图。
[0018]附图3是本专利技术的土样及温度传感器安装示意图。
[0019]附图4是本专利技术的三轴试验底座示意图。
[0020]附图5是本专利技术的蓝牙温度传感器及保护罩示意图。
[0021]附图6是本专利技术的保护罩示意图。
[0022]附图7是本专利技术的温控原理示意图示意图。
[0023]附图8是本专利技术的土样内部、表面及压力室温度变化示意图。
[0024]附图9是本专利技术的三轴试验应力
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应变示意图。
[0025]图中：1、铝合金降温罩，2、土样，3
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1、温度传感器A，3
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2、温度传感器B，4、三轴仪底座，5、循环水浴冰箱，6、降温罩联通管，7、温度数显采集仪，8、微型蓝牙温度传感器，9、微型蓝牙温度传感器保护罩，10、手机端，11、试样帽，12、压力室。
[0026]具体实施方式：实施例1：一种冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统，其组成包括：三轴仪底座4、铝合金降温罩1、水浴冰箱5、温度数显采集仪7、温度传感器3、土样2、微型蓝牙温度传感器8、微型蓝牙温度传感器保护罩9、手机端10、试样帽11及压力室12；所述的铝合金降温罩1为根据三轴仪底座4尺寸定制的内部为联通的铝合金制冷罩，且与三轴仪底座连接处密封，并且通过降温罩联通管6外接水浴冰箱5，用于系统的冻结制冷源；土样2安装于三轴仪底座4，通过底座与试样帽10将土样用乳胶膜密封包裹；土样2与铝合金降温罩1间加入防冻液，通过制冷源将冷量传递给防冻液，提供给土样一个稳定的液浴冻结环境；所述的微型蓝牙温度传感器8置于微型蓝牙温度传感器保护罩9内，在制样时植入土样2内部，纽扣电池为其供电，通过蓝牙信号与手机端10连接，用于监测并反映土样内部的冻结温度变化情况；温度传感器A3
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1安装于与土样2接触的底座上，温度传感器B3<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻土三轴试验的土样冻结及精准测温系统，其组成包括：三轴仪底座、铝合金降温罩、水浴冰箱和温度数显采集仪，其特征是：所述的铝合金降温罩为根据三轴仪底座尺寸定制的内部为联通的铝合金制冷罩，且与三轴仪底座连接处密封，并且通过降温罩联通管外接水浴冰箱，作为系统的冻结制冷源，所述的土样安装于三轴仪底座，通过底座与试样帽将土样用乳胶膜密封包裹并固定；所述的土样与铝合金降温罩间加入防冻液，通过制冷源将冷量传递给防冻液，提供给土样一个稳定的液浴冻结环境；所述的微型蓝牙温度传感器置于微型蓝牙温度传感器保护罩内，在制样时植入土样内部，纽扣电池为其供电，通过蓝牙信号与手机端连接，用于监测并反映土样内部的冻结温度变化情况；所述的温度传感器安装于底座上和压力室内，外接温度数显采集仪，用以监测和反映土样表面和压力室环境的温度。2.根据权利要求1所述的冻土...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆海龙，孟上九，王淼，孙义强，汪云龙，
申请(专利权)人：中国地震局工程力学研究所，
类型：发明
国别省市：