[发明专利]一种综合性的土壤冻胀试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤试验技术领域，涉及一种能够开展不同条件下细粒土和粗粒土的冻胀试验装置及方法，具体是一种综合性的土壤冻胀试验装置及方法。

背景技术

冻土是一种温度低于0℃且含有冰的土岩。根据冻结状态持续时间不同，可把冻土划分为三类，即瞬时冻土、季节性冻土和多年冻土。季节冻土广泛分布在世界各大洲和中国的大部分国土，我国季节性冻土占国土面积的53.5％。季节冻土的冻结状态通常保持在半月至数月之间。国内外已有的大量工程实践和研究结果表明，冻胀作用是季节冻土区各种工程产生冻害的重要原因，特别是对铁路、公路等线性工程，季节性冻土的冻胀引起工程的破坏会更加剧烈。一方面降低铁路、公路等工程的使用质量，减少其使用寿命。另一方面，冻胀引起的路基变形将严重影响铁路、公路的安全运营，带来巨大的经济损失，并对社会产生不良的影响。因此研究土壤的冻胀性能具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明目的是提供一种综合性的土壤冻胀试验装置及方法，通过该装置能够进行不同条件下的细粒土和粗粒土的冻胀试验，利用该装置能够对不同的路基填料进行不同条件下的室内冻胀试验，能够解决现行《公路土工试验规程》(JTG E40-2007))中进行冻胀率试验的试验装置适用范围小等缺点。本发明具有制作简单、节约费用、使用范围广等特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种综合性的土壤冻胀试验装置，包括筒体、顶板、底板和保温层，筒体的下端安装在底板上，顶板设置在筒体的内腔并能沿筒体的轴向滑动，顶板和底板均为热交换板；保温层包覆在筒体的外表面，用于对筒体保温；筒体内沿其轴向间隔设置有多组温度传感器；

还包括用于测量顶板沿筒体轴向移动距离的位移测量装置。

筒体内腔对应的底板的部位伸入筒体内腔，且与筒体内壁紧密接触；筒体的顶部设有固定板，固定板上设置有用于固定筒体上部的环形凹槽；

还包括固定螺杆，固定螺杆穿过固定板和保温层并与底板螺纹连接；保温层上端与固定板相抵，下端与底板相抵，固定螺杆将固定板、保温层、底板和筒体固定连接为一个整体。

筒体沿其高度方向自顶部向下每间隔一定距离开设用于装入孔温度传感器的插入孔，插入孔贯穿筒体的筒璧。

还包括沿保温层周向设置用于支撑保温层的外围支挡，保温层包括由绝热保温材料形成的第一层保温层，以及在第一层保温层外围采用泡沫发酵剂包裹形成第二层保温层，第二层保温层填充于第一层保温层与外围支挡之间。

顶板的内部具有冷冻液的流通孔道，流通孔道的循环进出口I延伸至顶板的顶面；底板的内部设有冷冻液的流通孔道，底板下部设有四个进出口，其中两个是冷冻液的循环进出口II，另外两个分别为补水口以及补水排气口。

底板的底部设有若干个用于支撑底板的支座；顶板顶部安装有把手，筒体为有机玻璃筒，位移测量装置为百分表。

筒体内径为200mm，高度为200mm，壁厚为20mm；顶板为圆柱体结构，直径为198～199mm，高度为40～50mm。

一种综合性的土壤冻胀试验方法，包括如下步骤：

(1)将土样依次装入筒体中；

(2)将顶板装入筒体中，使顶板与土样之间，土样与底板之间紧密接触；

(3)对顶板和底板进行低温循环浴，并循环一定时间，以使土样温度内外一致；

(4)对土样进行自上而下的单向分级降温冻结，冻结过程中，通过多组温度传感器分别测量土样沿轴向不同高度位置的温度，通过位移测量装置测量顶板沿筒体轴向移动的距离，当该距离达到稳定状态则结束试验。

冻胀试验前，在筒体内侧涂抹一层润滑剂，润滑剂选用凡士林，并在筒体内腔对应的底板铺设一层塑料薄膜，将土样依次分4层均匀装入筒体中，装样总高度为12cm，土样的层与层之间拉毛；

土样装完后，再在土样的顶面放置一张塑料薄膜，然后将顶板装入筒体中，并轻击顶板数次，以确保顶板与土样顶面紧密接触。

步骤(3)中，顶板和底板进行低温循环浴时，低温循环浴温度为2℃；

步骤(4)中，土样进行自上而下的单向分级降温冻结过称为：初始温度为2℃，平均降温速率为0.5℃/h，终温为-18℃；在降温过程中，每隔2h记录一次顶板沿筒体轴向移动的距离以及土样的温度；

试验结束之后，对土样进分行层取样，测量冻胀后土样不同高度处的含水量。

本发明具有如下有益效果：