一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于边坡工程技术领域，具体涉及一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置和方法，本装置包括管桩、盖板、侧向加载系统、冻结系统、换热系统以及监测系统；侧向加载系统包括依次连接的承压板和驱动机构，通过转动承压板可以改变加载的角度，能够实现复杂边坡侧向约束的模拟；冻结系统用于模拟高寒地区土体温度场；换热系统包括U型换热管和热响应仪，通过U型换热管对管桩及其周围土体进行加热，然后回流冷却液再进入热响应仪进行重复利用。监测系统包括感温片、应变片、土压力计以及位移计。本发明专利技术解决现有技术中不能实现对边坡土体在侧向不均匀荷载及地热作用下的稳定性分析，不能进行地源热泵技术在边坡融雪化冰方面的可行性研究。面的可行性研究。面的可行性研究。

【技术实现步骤摘要】
一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置和方法


[0001]本专利技术属于边坡工程
，具体涉及一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置和方法。

技术介绍

[0002]在高寒地区边坡经受冰雪天气的反复冻融容易导致土质疏松和破坏，冰雪融化形成的水渗入土体，导致土体的强度降低，抗滑能力下降，在荷载的作用下土体容易发生局部滑移甚至整体破坏；而地源热泵技术通过换热管中的流体对周围土体甚至桩基础进行热交换，能够对上层结构进行加热，帮助融解地面的雪水，防治土体发生冻害。
[0003]目前，对边坡的模型试验研究中，大多数装置无法实现对地热和力学响应的联合作用研究，对于边坡的研究主要集中在降雨以及竖向荷载的作用，很少考虑到侧向荷载和地热的影响，不能有效地对高寒地区边坡稳定性进行研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置和方法，以解决现有技术不能实现对边坡土体在侧向不均匀荷载以及地热作用下的稳定性分析，不能进行地源热泵技术在边坡融雪化冰方面的可行性研究。r/>[0005]本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置，所述试验装置包括顶部为开口的模型箱，其特征在于：所述试验装置包括管桩、盖板、侧向加载系统、冻结系统、换热系统以及监测系统，其中：所述模型箱内填充边坡土体，所述管桩埋设在边坡土体中；所述盖板设置在所述模型箱内部一个侧壁上，且所述盖板下端与所述模型箱侧壁铰接，所述盖板与所述模型箱之间的角度对应模拟的边坡侧边的受压角度；所述侧向加载系统包括依次连接的承压板和驱动机构，所述承压板设置于所述盖板与所述模型箱侧壁之间，所述承压板背离所述盖板的一侧设置有所述驱动机构，所述驱动机构与所述承压板铰接，且所述驱动机构提供将所述承压板压向所述盖板的驱动力，通过所述驱动机构、所述承压板以及所述盖板的配合实现对边坡侧向约束的模拟；所述冻结系统包括冻结管和冻结设备，所述冻结管预埋在所述模型箱内填充的边坡土体中，所述冻结管与所述冻结设备连接，通过所述冻结管与所述冻结设备配合，向所述模型箱内填充的边坡土进行降温，模拟高寒地区土体温度场；所述换热系统包括U型换热管和热响应仪，所述U型换热管埋设在所述管桩内部，沿所述管桩深度分布，所述热响应仪设置在所述模型箱外部，且所述热响应仪与所述U型换热管连接；所述换热系统输出的热流通过所述U型换热管对所述管桩及其周围土体进行加热，然后回流冷却液体再进入所述热响应仪进行重复利用；所述监测系统包括设置在所述管桩内壁的若干感温片、设置在所述管桩外壁与边坡土体相接触的若干应变片、设置在边坡土体内的若干土压力计、设置在边坡土体模拟的坡面的若干位移计、与若干所述感温片连接的温度采集器、与若干所述应变片连接的应变采集器、与若干所述土压力计连接的压力采集器以及与若干位移计连接的位移采集器；所述试验装置通过所述侧向加载系统、所述冻结系统、所述换热系统对高寒地区热力耦合作用下的边坡环境进行模拟，再通过所述监测系统所采集的温度、变形、压力、位移四个方面的试验数据对高寒地区边坡稳定性进行研究。2.根据权利要求1所述的一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置，其特征在于：所述驱动机构包括依次连接的活塞、第一铰接支座、油缸、液压管、液压设备、液压表，所述活塞设置于与所述盖板连接的模型箱的侧壁上，所述第一铰接支座将所述活塞与所述承压板连接，所述油缸与所述活塞连接，所述液压管将所述油缸与所述液压设备连接，所述液压设备上设有所述液压表。3.根据权利要求1所述的一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置，其特征在于：所述冻结设备内设置有依次连接的盐水箱、水泵、冷凝管。4.根据权利要求3所述的一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置，其特征在于：所述冻结管包括冻结管本体、第一隔水板、第二隔水板、进水钢管、出水钢管，其中：所述冻结管本体呈两端开口的管状结构；所述第一隔水板设置于所述冻结管端头处，所述第二隔水板靠近所述冻结管另一个端头设置在所述冻结管内部；所述进水钢管一端穿过所述第二隔水板延伸至所述冻结管内部，另一端与所述冻结设备中的所述冷凝管连接；所述出水钢管一端设置在所述第二隔水板上与所述冻结管内部连通，另一端与所述冻
结设备中的所述盐水箱连接。5.根据权利要求1所述的一种高寒地区热力耦合作用下的边坡模型试验装置，其特征在于：还包括滑轮收纳板、至少两个收纳腔、至少两个隔板、至少两个滑轮支座、至少两个滑轮、至少四个耳板、至少两个限位板，其中：所述滑轮收纳板设置于所述模型箱底板的下方；所述收纳腔开设在所述滑轮收纳板内部；所述隔板沿所述收纳腔深度方向设置在所述滑轮收纳板的顶部，且所述隔板位于所述收纳腔内，所述隔板的深度浅于所述收纳腔的深度，沿所述隔板深度方向开设两相对的槽；所述滑轮支座具有顶板和连接件，所述顶板处于所述收纳腔内且位于所述隔板下方与所述隔板同轴，所述连接件将所述滑轮与所述顶板连接；在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建文，高鹏举，魏霞，万星，焦宁，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：