[发明专利]一种土体冻胀率测量装置和测量方法

说明书

本发明涉及一种土体冻胀率测量装置和测量方法。本发明包括一种土体冻胀率测量装置，包括：试样筒体；制冷系统，用于提供冷源；温控系统，用于使土样温度均衡；温度监测系统，用以测量试验过程中土样的温度场变化过程；位移测量系统，用以测量土样的冻胀变量；补水系统，用于为所述温控系统提供冷热源；加载系统，用于施加载荷；一种土体冻胀率的测量方法，包括：S1，称取一定质量的土体试样，分层装入试验筒体内；S2，在土样的顶面放置滤纸并加盖透水石；S3，对土样进行恒温处理，加压；S4，待土样初始温度均匀地达到1℃以后，向冷浴空腔内通入制冷剂；S5，每30s采集一次位移变形量，直至1h内，冻胀位移变形增量小于土样高度的0.05％后，停止冻结。

技术领域

本发明涉及土体冻涨测量领域，更具体地说是一种土体冻胀率测量装置和测量方法。

背景技术

人工地层冻结法施工技术是利用人工制冷，通过冷媒介在冻结管内循环，与周围土体进行热交换，源源不断地将热量从地层中带出，从而使土体降温冻结，并形成完整性好、强度高、隔水的临时加固体，以此作为冻结帷幕来抵抗地层压力并隔绝地下水联系的一种特殊岩土施工技术。而土体在降温冻结之后会产生体积膨胀的现象，即土体的冻胀。土体的冻胀之所以能够产生，与土体内部的水分在降温过程中发生相变结冰是密切相关的，土体中水不仅仅包括原位水，还包括从外界迁移过来的水分。用以衡量土体冻胀变形大小的物理量是土体冻胀量，但仅仅用土体冻胀量并不能全面评价土体的冻胀程度。为了更加全面地评价土体的冻胀程度，需引入冻胀率的概念。冻胀率的定义为单位冻结深度产生冻胀量的大小。此外，土体的冻胀还与其所受的荷载有关。目前，国内有关土体冻胀率测量的试验方法并未形成统一的试验规程，其他关于土体冻胀率测量的试验方法存在着些许不完美的地方，如何能够准确地对土体在人工冻结有荷载情况下的冻胀率进行测量，就变得十分重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决土体在人工冻结有荷载条件下冻胀率测量难题而提出的一种考虑水分迁移的土体冻胀率测量方法。

一种土体冻胀率测量装置，包括：

试样筒体，其为两端具有开口的空心筒体结构，所述试样筒体的周侧壁上沿所述试样筒体的高度方向上开设有若干用于插入热敏电偶的插入孔；

制冷系统，其连接在所述试样筒体的一端，用于提供冷源；

温控系统，其连接在所述试样筒体的另一端，用于使土样温度均衡；

温度监测系统，其信号连接至所述制冷系统与所述温控系统，用以测量试验过程中土样的温度场变化过程，并实时监测制冷系统和温控系统的温度；

位移测量系统，其包括位于所述温控系统远离所述试样筒体的一端上的位移传感器，用以测量土样的冻胀变量；

补水系统，其连接至所述温控系统，用于为所述温控系统提供冷热源；

加载系统，其设置在所述温控系统远离所述试样筒体的一端，用于施加载荷。

更优地，所述试样筒体为透明材料制成。

更优地，所述制冷系统包括冷浴底座，所述冷浴底座具有冷浴空腔，所述冷浴底座的侧壁上开设有冷液循环进口和冷液循环出口，所述冷液循环进口和所述冷液循环出口均贯通至所述冷浴空腔内。

更优地，所述试样筒体的一端侧壁上开设有外螺纹，所述冷浴底座的一端开设有与所述试样筒体上的外螺纹相配合的内螺纹，所述试样筒体和所述冷浴底座通过螺纹相连接。

更优地，温控系统包括正温底座，所述正温底座具有正温空腔，所述正温底座的侧壁上开设有正温循环进口和正温循环出口，所述正温循环进口和所述正温循环出口均贯通至所述正温空腔内。

更优地，所述正温空腔内设置有三块导流板，所述导流板一侧连接至所述正温底座的侧壁上、另一侧与所述正温底座的侧壁具有间隙，相邻两块所述导流板之间具有间隙，所述导流板交叉设置。