[实用新型]一种模拟冻土区桩柱基础冻拔融沉过程的试验装置

说明书

本实用新型公开了一种模拟冻土区桩柱基础冻拔融沉过程的试验装置，包括土样罐、水箱、水泵、温度传感器、控制器、桩柱模型和压力加载系统，土样罐包括罐体、顶部控温补水装置和底部控温补水装置，顶部控温补水装置滑动置于罐体内，底部控温补水装置对称固定于罐体底部，顶部控温补水装置包括控温板和补水板，在控温板的内部设置有制冷机构，补水板下表面设置有若干与中空结构连通的补水管，控温板和补水板的中心位置开设模型孔，桩柱模型穿过模型孔插入罐体内部土样中。本实用新型通过补水板板面上均匀排列设置的补水管可以直接对土样进行均匀的补水，控温板直接与土样接触，提高了降温效率，准确模拟实际工况桩柱体冻拔融沉过程。

技术领域：

本实用新型涉及一种试验装置，具体涉及一种模拟冻土区桩柱基础冻拔融沉过程的试验装置。

背景技术：

我国寒区约占国土面积的3/4，由于冻融循坏的作用导致电力杆塔、桥梁、建筑等基础出现了严重的冻拔(冻结期)与融沉(融化期)等冻害问题，严重影响基础及上层结构的使用功能。寒区的桩柱基础在冬季由于地基土体的冻胀隆起作用产生冻拔问题，而夏季则会由于地基土体的融化下沉作用产生融沉问题，土体在冻融循坏过程中，桩柱底部的不等量位移容易造成桩柱发生冻拔融沉现象，严重时会导致桩柱倾倒而带来工程危害。

寒区桩柱基础冻拔融沉冻害发生机制非常复杂，需要考虑到冻融土体的土质、水分、温度以及桩柱材料和结构参数等多种因素，现有的冻土区冻拔融沉试验装置包括土样罐、补水装置、水箱、水泵、温度传感器、控制器、桩柱模型和压力加载系统，土样罐用于盛放土样，将桩柱模型插入到土样中，水泵将水箱内的水通过补水装置送到土样罐内，并通过温度传感器检测土样温度后送给控制器，通过控制器控制补水温度，土样冻拔过程中会触发压力加载系统上的传感器，进而输出压力信息，便于研究人员推算出桩柱体冻拔融沉规律并探究桩柱体冻拔融沉原理。

但是试验装置的补水装置普遍存在补水不均匀的情况，冻土试样局部变形分布模式在时间和空间尺度上具有非线性，无法准确模拟实际工况桩柱体冻拔融沉过程，使得研究人员在对冻土的研究实验中，不能方便进行对冻土的性质及状态的实验与观测，误差大，准确度低，无法准确预测桩柱体冻拔融沉规律并探究桩柱体冻拔融沉原理。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种补水均匀的模拟冻土区桩柱基础冻拔融沉过程试验装置。

本实用新型由如下技术方案实施：一种模拟冻土区桩柱基础冻拔融沉过程的试验装置，其包括土样罐、水箱、水泵、温度传感器、控制器、桩柱模型和压力加载系统，其特征在于，所述土样罐包括罐体、顶部控温补水装置和底部控温补水装置；所述顶部控温补水装置滑动置于所述罐体内，所述底部控温补水装置与所述顶部控温补水装置结构相同，对称固定于所述罐体底部；

所述顶部控温补水装置包括控温板、补水板和补水管，所述控温板位于所述补水板下端；

所述补水板内部为中空结构，所述补水板上表面开设有与所述中空结构连通的进水口和出水口，所述进水口通过管道连接所述水泵一端，所述水泵另一端通过所述管道与所述水箱连接，所述补水板下表面设置有若干与所述中空结构连通的补水管，所述补水管向下穿过所述控温板，置于所述罐体内部；

所述顶部控温补水装置的所述控温板和所述补水板的中心位置开设有模型孔，所述桩柱模型穿过所述模型孔插入所述罐体内部土样中。

进一步地，所述控温板上表面开设有冷浴进液管和冷浴出液管，所述冷浴进液管进液端通过冷浴泵与冷浴连接，所述冷浴进液管和所述冷浴出液管的顶端穿过所述补水板，置于所述补水板上方。

进一步地，所述控温板与土样接触的表面还设置有底顶板温度传感器。

进一步地，所述罐体为中空真空罐体。