【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冻土聚氨酯融沉修复与隔冷效果评估，尤其涉及一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置及使用方法。
技术介绍
1、
2、我国冻土区域的冻土以季节性冻土为主，受温度变化影响、冻土将会发生冻融破坏，常见的就是冻胀和融沉，特别是公路、铁路、输油管道等基础设施，一旦遭受冻融破坏，若不是采取维护和养护措施将会造成重大的工程事故。
3、注浆修复是常用的一种基础设施加固方法，而聚氨酯注浆材料由于具有早强、反应速度块、膨胀力高和隔温效果好等优势，在公路、大坝、隧道、管网等基础设施的加固中广泛应用并取得诸多成果和经济效益。
4、近年来，聚氨酯注浆技术逐渐被应用到冻土地区及冻结法施工中融沉修复，聚氨酯属于高聚物的一种，如专利公开号cn111441227a公开的诱导缝切割装置及既有冻土路基公路防治冻胀融沉的方法，提出了利用高聚物注浆方法来开展公路冻胀融沉的防治。又如专利公开号cn115370372a公开的一种联络通道脱空和融沉病害多轮复合注浆加固施工方法，提出了冻结法施工脱空和融沉聚氨酯注浆施工方法，但是均未涉及到聚氨酯层融沉修复与隔冷效果的评估。
5、对于冻土聚氨酯融沉修复与隔冷效果的评估鲜有研究报道，传统的评估方法是通过原位试验和数值模拟相结合的方法来评估冻土聚氨酯融沉修复与隔冷效果，但是原位试验耗资较大、可控制变量单一，且试验数据受多种因素影响以至误差较大，而室内模型试验是目前解决上述问题的有效方法。
6、因此，亟待开发一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，特别是能够满足
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有冻土聚氨酯层融沉修复与隔冷效果的评估缺乏有效的室内模型的问题，提供一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置及使用方法，通过室内模型装置开展聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的试验，并且能满足模拟不同工况的需求，适应性广、操作简单方便且试验成本低。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，包括反力架、模型筒、加载系统、冻结系统和数据采集控制系统；
4、所述反力架内上下分别设置用于施加压力的所述加载系统和用于盛装试样的模型筒，试样包括由下至上依次设置在模型筒内的普通土样层、聚氨酯层和冻土层，加载系统下端伸入模型筒内挤压试样；
5、所述冻结系统包括用于冻结土样的冻结器和埋置在冻土层内的冻结管，所述冻结管两端伸出模型筒分别连接所述冻结器，便于对冻土层进行冻结；
6、所述数据采集控制系统包括综合控制器以及受控于综合控制器的用于监测试样温度的温度传感器、用于监测试样水分的水分传感器、用于监测冻土层变化的位移传感器和用于监测加载系统运行压力的荷载传感器，所述综合控制器还和加载系统连接，方便对整个装置的控制。
7、进一步地，所述反力架包括底座、竖杆和反力梁，所述底座两侧螺纹连接所述竖杆，竖杆为螺纹杆，便于和底座的拆装，竖杆竖直布设，两侧竖杆上端之间设置所述反力梁，反力梁和底座上下间隔排布，反力梁上下两端的竖杆上设置有反力螺母，便于反力梁位置的固定。
8、进一步地，所述反力梁下方设置所述加载系统，加载系统包括由上至下依次布置的伺服液压缸、加载传力杆和加载板，所述伺服液压缸下端设置有荷载传感器，所述荷载传感器抵在加载传力杆上，两者可以接触，但是不固定连接，加载传力杆下端连接加载板，伺服液压缸、荷载传感器分别和所述综合控制器连接，所述加载板伸入模型筒内、与模型筒内侧壁相适配，便于挤压模型筒内的试样。
9、进一步地，所述模型筒上端环向均设有多个位移计支架，每个所述位移计支架上设置位移传感器，位移传感器下端抵在加载板表面，冻土层的变化通过加载板放大、被位移传感器监测到，位移传感器和综合控制器连接。
10、进一步地，所述底座上开设有圆形的限位槽，所述模型筒下端卡接在所述限位槽内，方便对模型筒进行限位，模型筒为上下开口的圆筒体，模型筒包括上筒体和下筒体，所述上筒体和下筒体法兰连接。
11、进一步地，所述冻结管弯折呈螺旋状上下盘布在冻土层内，保证冻土层内冻结的均匀。
12、进一步地，所述温度传感器和水分传感器数量均为多个，多个温度传感器和水分传感器上下间隔设置在模型筒侧壁上，便于监测不同高度试样的温度和水分，温度传感器和水分传感器左右并列排布，温度传感器和水分传感器分别和综合控制器连接。
13、一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置的使用方法，适用于上述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，包括以下步骤：
14、步骤1：组装模型筒，在模型筒内壁上刷一层脱模剂，将模型筒安放在底座上的限位槽中，实现模型筒安装的固定，在模型筒侧壁上安装温度传感器和水分传感器；
15、步骤2、根据试验设计要求，在模型筒内由下至上分层填筑一定厚度的普通土样层、聚氨酯层和冻土层；同时根据设计要求在冻土层中埋置冻结管，冻结管两端穿出模型筒连接到冻结器上，方便后续对冻土层的冻结操作；
16、步骤3、将加载板置于冻土层上方，并与加载传力杆相连接，冻土层的变化会反应在加载板上，在模型筒内部布置四个位移计支架，并分别安装位移传感器，便于监测加载板的位移；
17、步骤4、在底座两侧安装竖杆，在两侧竖杆上端之间水平安装反力梁，反力梁中部下方安装伺服液压缸，伺服液压缸上安装好荷载传感器；
18、步骤5、将冻结器、伺服液压缸、位移传感器、荷载传感器、温度传感器和水分传感器分别通过采集数据线与综合控制器相连接；
19、步骤6、启动伺服液压缸对试样进行加载，模拟不同覆土深度，加载后伺服液压缸带动荷载传感器回退；
20、步骤7、启动冻结器冻结模式，对冻土层进行冻结，冻结过程中利用温度传感器和水分传感器测量各部位的温度及水分变化，利用位移传感器监测冻胀量，冻胀后冻土产生变化，该变化作用在加载板上；然后解冻，利用位移传感器监测融沉量，得到试验数据并对其进行分析，试验结束后拆除除反力梁和伺服液压缸外的各部件。
21、进一步地，步骤1中，将上筒体和下筒体通过法兰螺栓连接为一体形成模型筒。
22、进一步地，步骤2中，首先在模型筒内分层填筑一定高度的普通土样层，其次在普通土样层上铺设一定厚度的聚氨酯层，最后在聚氨酯层上分层填筑冻土层至设计高度，冻土层填筑前布置冻结管，冻土层是普通土样经冻结而成的层结构；
23、步骤2中，试验设计要求包括普通土样层厚度、聚氨酯层厚度、冻土层厚度、冻结温度、含水率和土体密度以及加载压力等参数。
24、通过上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
25、本专利技术结构设计合理，在模型筒内盛放试样，聚氨酯层将普通土样层和冻土层隔开，加载系统便于实现对试样本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，包括反力架、模型筒（3）、加载系统、冻结系统（8）和数据采集控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述反力架包括底座（11）、竖杆（12）和反力梁（13），所述底座（11）两侧螺纹连接所述竖杆（12），竖杆（12）为螺纹杆，竖杆（12）竖直布设，两侧竖杆（12）上端之间设置所述反力梁（13），反力梁（13）和底座（11）上下间隔排布，反力梁（13）上下两端的竖杆（12）上设置有反力螺母（2）。
3.根据权利要求2所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述反力梁（13）下方设置所述加载系统，加载系统包括由上至下依次布置的伺服液压缸（41）、加载传力杆（42）和加载板（43），所述伺服液压缸（41）下端设置有荷载传感器（95），所述荷载传感器（95）抵在加载传力杆（42）上，伺服液压缸（41）、荷载传感器（95）分别和所述综合控制器（91）连接，所述加载板（43）伸入模型筒（3）内、与模型筒（3）内侧壁相适配。
4.根
5.根据权利要求2所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述底座（11）上开设有圆形的限位槽（7），所述模型筒（3）下端卡接在所述限位槽（7）内，模型筒（3）为上下开口的圆筒体，模型筒（3）包括上筒体（31）和下筒体（32），所述上筒体（31）和下筒体（32）法兰连接。
6.根据权利要求1所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述冻结管（82）弯折呈螺旋状上下盘布在冻土层（53）内。
7.根据权利要求1所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述温度传感器（92）和水分传感器（93）数量均为多个，多个温度传感器（92）和水分传感器（93）上下间隔设置在模型筒（3）侧壁上，温度传感器（92）和水分传感器（93）左右并列排布，温度传感器（92）和水分传感器（93）分别和综合控制器（91）连接。
8.一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置的使用方法，适用于权利要求1~7任一项所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置的使用方法，其特征在于，步骤1中，将上筒体（31）和下筒体（32）通过法兰螺栓连接为一体形成模型筒（3）。
10.根据权利要求8所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置的使用方法，其特征在于，步骤2中，首先在模型筒（3）内分层填筑一定高度的普通土样层（51），其次在普通土样层（51）上铺设一定厚度的聚氨酯层（52），最后在聚氨酯层（52）上分层填筑冻土层（53）至设计高度，冻土层（53）填筑前布置冻结管（82），冻土层（53）是普通土样经冻结而成的层结构；
...【技术特征摘要】
1.一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，包括反力架、模型筒（3）、加载系统、冻结系统（8）和数据采集控制系统；
2.根据权利要求1所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述反力架包括底座（11）、竖杆（12）和反力梁（13），所述底座（11）两侧螺纹连接所述竖杆（12），竖杆（12）为螺纹杆，竖杆（12）竖直布设，两侧竖杆（12）上端之间设置所述反力梁（13），反力梁（13）和底座（11）上下间隔排布，反力梁（13）上下两端的竖杆（12）上设置有反力螺母（2）。
3.根据权利要求2所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述反力梁（13）下方设置所述加载系统，加载系统包括由上至下依次布置的伺服液压缸（41）、加载传力杆（42）和加载板（43），所述伺服液压缸（41）下端设置有荷载传感器（95），所述荷载传感器（95）抵在加载传力杆（42）上，伺服液压缸（41）、荷载传感器（95）分别和所述综合控制器（91）连接，所述加载板（43）伸入模型筒（3）内、与模型筒（3）内侧壁相适配。
4.根据权利要求3所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述模型筒（3）上端环向均设有多个位移计支架，每个所述位移计支架上设置位移传感器（94），位移传感器（94）下端抵在加载板（43）表面，位移传感器（94）和综合控制器（91）连接。
5.根据权利要求2所述的一种评估聚氨酯注浆体对冻土隔冷效果的装置，其特征在于，所述底座（11）上开设有圆形的限位槽（7），所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱朋佳，李晓晨，陈理平，李一玫，韩延波，张建威，王大印，乔少雷，吴文举，张超，夏洋洋，刘国杰，王鸿飞，
申请(专利权)人：中铁七局集团第五工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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