[发明专利]一种膨胀土湿胀-冻胀力联合测试仪

说明书

本发明公开一种膨胀土湿胀‑冻胀力联合测试仪，测试仪的试样腔体系统包括配合连接的钢制密封盖板、圆柱形钢制试样腔体和钢制底座；注水系统包括进水接口、渗水口、出水接口和真空装置，进水接口与渗水口相互连通，出水接口设在钢制密封盖板上，出水接口的外侧端与真空装置相连接；应力监测系统中的阵列式薄膜压力数显传感器紧贴圆柱型钢制试样腔体内壁设置并与数据采集模块相连接。该测试仪的结构设置合理，可在完全刚性约束条件下全过程测试膨胀土在浸水膨胀时作用在刚性约束结构上的膨胀力随浸水时间变化的关系，以及不同饱和条件下膨胀土在冻结‑融化过程中冻胀力随冻结时间、冻结温度变化的关系，为季冻区膨胀土工程建设提供重要的依据。

技术领域

本发明属于土工试验中膨胀土力学技术领域，具体涉及一种膨胀土湿胀-冻胀力联合测试仪。

背景技术

膨胀土中富含膨胀性矿物，具有强烈水膨胀特性，当其膨胀变形过程受到约束时将对约束结构产生膨胀力，经常导致膨胀土边坡挡墙发生胀损垮塌、抗滑桩破坏等工程灾害。我国是全世界膨胀土分布范围最广的国家之一，东起渤海之滨的山东龙口，西到新疆的六道湾，南起海南龙塘，北到黑龙江鸡西都有分布。不仅如此，我国季节性冻土面积约占陆地面积的53.5%，加之极端天气下南方地区还会出现短时冰雪霜冻灾害，使得膨胀土的分布区域与季节性冻土区域存在大面积的重叠部分。

位于季节性冻土区的膨胀土，不仅会在降雨或雪融水入渗发生膨胀变形后对边坡支挡结构产生膨胀压力，而且随着环境温度降至土体冻结温度以下时，土体中的水分将凝结成冰并伴随体积膨胀而产生冻胀压力，从而使膨胀土边坡支挡结构承受膨胀压力与冻胀压力的双重作用，大幅度增加季冻区膨胀土边坡支挡结构破坏垮塌、抗滑桩破损等灾害的风险。

然而，目前我国现行膨胀土边坡支挡结构的设计与施工中主要考虑结构承受的土体自重应力与膨胀力，并没有考虑冻胀压力，并且目前国内外也没有专业性和适用性很强的膨胀土湿胀-冻胀力联合测试仪器，如中国专利CN108572189A公开一种考虑温度梯度下土体涨缩特性的静动力综合试验系统，该系统主要用于实现干循与冻融作用下膨胀土试样在湿胀干湿、冻胀融沉过程中体积、应变发展的精确量化测试与观察，但该系统中的试样仅用硅胶膜包裹，没有刚性约束试样的侧向变形，无法精准测出干湿与冻融作用下膨胀土施加在刚性约束结构（如钢筋混凝土护坡骨架、重力式挡墙、桩板墙等）上的作用力大小及其变化规律，难以为实际边坡支挡结构的设计与施工提供有效的理论指导。由此可见，该领域迫切需要研发一种用于指导边坡刚性支挡结构、抗滑桩等工程的设计与施工的膨胀土湿胀-冻胀力联合测试仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膨胀土湿胀-冻胀力联合测试仪，该测试仪的结构设置合理，操作方便，可全过程测试膨胀土在浸水膨胀时膨胀力随浸水时间变化的关系、不同饱和条件下膨胀土在冻结-融化过程中冻胀力随冻结时间、冻结温度变化的关系，为季冻区膨胀土工程建设提供重要的依据。

本发明的技术方案为：一种膨胀土湿胀-冻胀力联合测试仪，包括试样腔体系统、注水系统、温控系统和应力监测系统；

试样腔体系统包括彼此之间配合连接的钢制密封盖板、圆柱形钢制试样腔体和钢制底座；

注水系统包括进水接口、渗水口、出水接口和真空装置，进水接口设在钢制底座侧面，渗水口设在钢制底座上方且与渗水口间相互连通，出水接口设在钢制密封盖板上且纵向贯通钢制密封盖板，出水接口的外侧端与真空装置相连接；

应力监测系统包括导线引出通道、阵列式薄膜压力数显传感器和数据采集模块，阵列式薄膜压力数显传感器紧贴圆柱型钢制试样腔体内壁设置、其上的数据线由导线引出通道引出后与数据采集模块相连接。

进一步地，温控系统设在钢制底座下部，温控系统包括环形盘绕的冷热溶液流通铜管、铜管接口和铜管出口，铜管接口和铜管出口均与冷热溶液流通铜管内部连通且其外侧端从钢制底座侧面伸出。