[发明专利]一种土体冻胀试验舱、试验装置及试验方法

说明书

一种土体冻胀舱、试验装置及试验方法，所述试验舱包括试验外舱、试验内舱和柔性隔热膜；所述试验外舱包括外舱室和可通有冷工质的外舱螺旋控温管，所述试验内舱包括内舱室和可通有冷工质的内舱螺旋控温管；内舱室布置在外舱室内且二者均密封安装在舱底座上；上冷盘放置于内舱室内的土试件上表面上，下冷盘密封安装在舱底座上，位于上冷盘和下冷盘之间的土试件及透水石周侧面上包覆有柔性隔热膜，上冷盘的上表面上连接有由舱底座伸入的冷工质进出导管，所述试验装置中，内舱室内、内舱室和外舱室之间隔腔内均填充有低导热导压液体。本发明通过流体施加的围压，围压容易控制，可确保土试件在冻胀过程中基本不受外界气温的影响。

技术领域

本发明涉及一种试验装置及试验方法，具体涉及土体冻胀试验舱、试验装置及试验方法。

背景技术

土体的冻胀问题一直是国内外关注的重点。当大气温度进入负温时，土体内部会发生水-冰相变，并伴随着由未冻结区向已冻结区的水分迁移，产生的冻胀变形会对道路、房屋、管道等各类设施产生不可逆的破坏，造成重大的经济损失。此外，在冻结期之后，春融期土体的融沉以及反复的冻融循环会进一步加剧结构的破坏。

各国针对土体的冻胀问题，围绕不同的侧重点，设计了不同的土体冻胀试验装置。美国的《土体冻胀及融沉敏感性的标准测试方法(ASTM D5819-13)》中规定土试件的直径与高度分别为146mm与150mm，土试件侧面采用隔热环包裹，底部设置补水条件，顶部施加负重板模拟上覆荷载，采用自上往下的冻结方式；日本的《土体冻胀敏感性测试方法(JGS0172-2003)》冻胀试验装置与美国有所不同，土试件的直径与高度分别为100mm与50mm，更接近“饼状”，土试件侧面采用绝热环包裹，顶部设有无压补水与负重板，采用自下而上的冻结方式；俄罗斯的《人工冻土冻胀率及冻胀力测试方法(СССР№746033)》规定的试件直径与高度分别为100mm与150±5mm，顶部借助压力压头以气压的方式施加上覆荷载，土试件侧面为刚性套筒与绝热环，底部设有联通补水装置，采用自上而下的冻结方式，且只对试件顶部的负温进行控制，底部采用绝热的方式保持一个较低的正温，土试件中插有温度传感器测试不同深度处的温度变化；我国《土工试验方法标准(GBT50123-1999)》中规定的土试件直径与高度分别为100mm与50mm，试件侧面包裹有保温环，顶部通过砝码施加上覆荷载，并在顶部施加无压补水，采用自下而上的冻结方式。

专利文献CN106644750A，开放系统冻融土动静三轴测试仪，公开了三向应力下冻土指标测试，但是采用多孔传压介质进行施加围压，不利于测试指标的标定，结构复杂，CN102435717A，基于热电制冷控制的土壤冻胀融沉试验仪，公开了冻胀融沉、如何自动补水和排水以适应试样含水率，解决加载和冻胀力及位移测量分散问题，但是仍然集中在单向应力测试，而且试件温度受外界气温的影响较大，无法表征土体体积变形的各向异性特征。

综上，当前的土体冻胀试验系统及试验方法尚存在以下不足：(1)大部分冻胀试验装置在土试件侧面设置了保温装置，但难以保证侧面保温装置与试件之间绝对无孔隙，这将导致试件侧面温度受外界气温的影响较大，难以达到单向平行冻结的试验条件；(2)大部分试验装置的试件侧面采用完全侧限的方式，少数试验装置的试件侧面采用固体(如多孔传压介质)对试件侧面施加围压，土试件的应力状态均不便控制与确定；(3)难以表征土试件冻胀率的各向异性特征。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种土体冻胀试验舱。该试验舱用于土体冻胀试验时，通过流体施加的围压起到很好的传力控制作用，围压容易控制，可确保土试件在冻胀过程中基本不受外界气温的影响，可用于饱和土与非饱和土开展三向应力下的一维冻胀试验。

方案一：一种土体冻胀试验舱，它包括舱底座、舱顶盖和固定架；舱底上安装有可调节高度的固定架，舱顶盖竖向可活动地安装在固定架上；