[发明专利]一种季节性冻土地区路基模型试验系统

说明书

一种季节性冻土地区路基模型试验系统，包括密封的可程式环境调控室和在其内部设置的无病害防治模型箱和有病害防治模型箱，无病害防治模型箱包括从下至上依次设置的碎石层、地基层和路基层，在其周围设有保温层，在地基层和路基层内设有温湿度传感器，从路基层顶端至碎石层底面的垂向深度内嵌装有观察箱体，在观察箱体内设有高清摄像机；在无病害防治模型箱的路基层内设有电阻丝即将其转换为有病害防治模型箱，电阻丝与温湿度控制器相连。本发明系统能直观清楚地记录冻土路基在温度和湿度改变时的宏观变化，操作简单，现象直观明显；通过加热方式，保持路基长期处于低含水率状态，有效抑制路基变形。

技术领域

本发明属于冻土研究领域，具体涉及一种季节性冻土地区路基模型试验系统。

背景技术

冻土对路基稳定产生影响的主要因素是冻融作用，冻土的冻胀、融沉现象的本质是冻土多孔介质中土骨架、冰晶体、未冻水与空气这四相物质在温度、水头、外压与变形等外界因素作用下的相互运动、迁移、扩散与相变。试验研究是冻土道路稳定性研究的一种重要手段，一般主要包括野外现场试验和室内试验。野外现场试验虽然与实际条件最为接近，但是试验周期过长，耗力耗时，成本较高。因此，在室内进行按一定尺度缩小的模型试验有一定的优势，可以大幅缩短试验周期，在较短时间内得到与实际接近的试验结果，所以成为一种冻土研究者常用的重要研究手段。

目前能进行冻土室内试验的模型试验装置较为少见。中国专利200720149107.8模拟道路土基或基层结构局部不均匀变形的试验箱仅能模拟道路土基或基层结构的冻胀、融沉和不均匀沉降等现象，而不能模拟冻土路基经受冻融循环作用下的温度分布和荷载作用下的应力分布。中国专利200910072103.8冻土力学模型试验装置能够实现单向和双向冻结条件，实现冻结过程中水分迁移的水分补给，提供模型试验加载破坏的荷载，监测冻土的温度场和应力场以及冻胀和融沉变形等。中国专利CN201110373555.7涉及一种步入式多功能冻土路基模型试验箱，能同时完成多项试验的试验条件的模拟，使试验效率大大提高，并实现一些较为复杂的试验。现有的技术更多的考虑了外界条件的影响，没有从冻土路基本身随着外界条件的变化角度去考虑，也缺少从宏观角度观察冻土变化，也无法了解防治措施所带来的益处。

发明内容

本发明的目的是提供一种季节性冻土地区路基模型试验系统，能直观清楚地记录冻土路基在温度和湿度改变时的宏观变化，操作简单，现象直观明显；还能通过加热的方式，保持路基长期处于低含水率状态，有效抑制路基变形，为研究季节性冻土变化提供了可靠保障。

本发明采取的技术方案是：

一种季节性冻土路基模型试验系统，包括密封的可程式环境调控室，在该可程式环境调控室内设置无病害防治模型箱和有病害防治模型箱，所述无病害防治模型箱包括从下至上依次设置的碎石层、地基层和路基层，在地基层和路基层内设有温湿度传感器，在所述碎石层、地基层和路基层四周设有保温层，从路基层顶端至碎石层底面的垂向深度内嵌装有观察箱体，在观察箱体内设有高清摄像机；所述有病害防治模型箱与无病害防治模型箱的区别仅仅是在有病害防治模型箱的路基层内设有电阻丝以及与该电阻丝相连的温湿度控制器，温湿度控制器还与温湿度传感器相连。

进一步的，所述可程式环境调控室长5m、宽4m、高3m，包括设有门和观察窗的墙体，在墙体外部设置连接有控制系统的制冷机组。

进一步的，所述路基层顶部宽度为90cm，高为50cm，边坡坡度1:1.5，总长度为170cm，碎石层和地基层宽度280cm，地基层高10cm，碎石层高15cm。

进一步的，所述保温层包括起到支撑作用的钢板，在钢板内侧紧贴钢板依次设有STP保温板、橡塑棉保温板和土工布。

进一步的，所述观察箱体由钢化玻璃材质制成，还连接有防止观察箱体内壁出现水雾的吹气管线。