[发明专利]基于热电制冷控制的土壤冻胀融沉试验仪

权利要求书

1.基于热电制冷控制的土壤冻胀融沉试验仪，其特征是包括试验仪的主体、采集控制装置、补水装置、加载装置，其中补水装置与试验仪的主体的底部补水槽体相接，采集控制装置与试验仪主体中负责监测试样温度梯度变化的A温度传感器、位移传感器、压力传感器对应相接，采集控制装置与半导体制冷体内的B温度传感器相接，加载装置设在试验仪的主体中的压力室内。

2.根据权利要求1所述的基于热电制冷控制的土壤冻胀融沉试验仪，其特征是试验仪的主体包括保温空心底板、补水槽体、保温土样载桶、T型半导体制冷头、压力室和外罩，其中补水槽体与保温空心底板以螺钉相衔接以形成试验主体的下部底座，土样承载桶下部内嵌于补水槽体，载桶外径与补水凹槽内径相吻合，土样承载桶与补水槽体之间有O型垫圈，土样承载桶上部嵌于上部的外罩，土样承载桶、外罩与底座三者通过螺杆固定连成一体，由土样承载桶、外罩与底座三者间形成的空间内存放一个可作自由上下运动的T型半导体制冷头，T型半导体制冷头上部与外罩形成一个封闭的压力室， T型半导体制冷头下部的土样承载桶内存放试样。

3.根据权利要求1所述的基于热电制冷控制的土壤冻胀融沉试验仪，其特征是采集控制装置包括A温度传感器、位移传感器、压力控制器，实施对温度、位移、压力物理量的采集，采集控制装置对T型半导体制冷头的温度控制和加载在试样上的压力控制。

4.根据权利要求1所述的基于热电制冷控制的土壤冻胀融沉试验仪，其特征是采集控制装置是运用BC++编程语言以及采集芯片板卡实现位移、荷载、温度数据采集和自动反馈控制。

5.根据权利要求1所述的基于热电制冷控制的土壤冻胀融沉试验仪，其特征是补水装置包括水势差压传感器、马氏瓶，其中水势差压传感器通过连通管与马氏瓶相接。

6.根据权利要求1所述的基于热电制冷控制的土壤冻胀融沉试验方法，其特征是包括如下工艺步骤：

一、冻胀融沉试验，具体步骤分

1）按照试验试样尺寸要求，直径8㎝、高度16㎝，对于原状土采用削样法削制成试样，重塑土按照密度和含水要求依据《土工试验方法标准》（GB_T50123-1999）所规定的方法进行制样；

2）检查各管路，保证补水畅通，放置保温试样载桶内嵌于补水槽体并保证两者之间有密封圈，调节补水装置的供水水位，使其水位刚好淹没透水板，并水位恒定在该位置；

3）安装试样，在保温试样载桶的内壁上涂抹凡士林，并把成型的试样放到载桶中，使试样可以自由的滑落；

4）安装集成制冷头与压力室的上部外罩，放置制冷头紧贴于试样的表面，旋紧螺杆使底座、保温载桶、外罩紧密连成一体；

5）当需要进行一定荷载下的冻胀量测试，则需要通过液压体积控制器设定液压向压力室施加压力，并通过位移监测变形直到当试样固结稳定后进行冻胀试验；

6）在保温载桶身上安插A类温度传感器，并安装调节好位移传感器；

7）启动电脑采集控制软件，设定顶底板试验温度，如上部-10℃，下部20℃，控制其波动度为±0.2℃，并开始采集进行试样的冻胀量测试；

8）冻胀量稳定，若为封闭系统冻胀试验，直至读数不变后1h为止，若为开敞系统冻胀试验，直至2小时内试样高度变化值≤0.02mm，由控制软件设定实现自动监测控制，冻胀阶段结束；

9）冻胀率计算

式中：——t时刻试样的冻胀率，   

          ——0～t时间内试样的轴向变形，

          ——试验前试样高度，

10）冻胀阶段结束后，调节温度以及位移测试元件进行融沉试验，融沉试验结束判断以沉降位移读数稳定不变后1h为止，融沉系数的计算公式为：

式中：——t时刻试样的冻胀率，   

          ——0～t时间内试样的轴向变形，

          ——试验前冻结试样高度，

二、冻胀力试验，具体步骤分

1）按照试验试样尺寸要求，直径8㎝、高度16㎝，对于原状土采用削样法削制成试样，重塑土按照密度和含水要求依据《土工试验方法标准》（GB_T50123-1999）所规定的方法进行制样；

2）检查各管路，保证补水畅通，放置保温试样载桶内嵌于补水槽体并保证两者之间有密封圈，调节补水装置的供水水位，使其水位刚好淹没透水板，并水位恒定在该位置；

3）安装试样，在保温试样载桶的内壁上涂抹凡士林，并把成型的试样放到载桶中，使试样可以自由的滑落；

4）安装集成制冷头与压力室的上部外罩，放置制冷头紧贴于试样的表面，旋紧螺杆使底座、保温载桶、外罩紧密连成一体；

5）调节液压体积控制器，使得压力室充满并产生1KPa 的接触压力，然后锁定压力室的阀门，保证压力室体积不变；

6）在保温载桶身上安插A类温度传感器，并安装调节好位移传感器；

7）启动电脑采集控制软件，设定顶底板试验温度，如上部-10℃，下部20℃，控制其波动度为±0.2℃，并开始采集进行试样的冻胀力测试；

8）冻胀力稳定，由液压传感器记录液压随时间的变化曲线，当压力曲线趋于平缓并最终在一个小时内变化量小于0.5 KPa时认为冻胀力测试结束。