[发明专利]一种制作高含冰量冻土试样的装置及使用方法

说明书

本发明公开一种制作高含冰量冻土试样的装置，一种用于制作高含冰量冻土的试验装置，包括：控水模块、控尘模块、控温模块；控水模块通过控制送水管网向该装置不断供水，控尘模块通过控制送尘网管向该装置不断供尘，控温模块通过调节冷源温度向该装置提供一个低温环境；根据实验所要求的的含水率试样，本发明通过控制控水模块中的水阀和控尘模块的尘阀从而调节出水量和出尘量大小，两者相互配合，控水模块的喷出来的水滴在重力的作用下结合控尘模块喷出来的尘土，最后滴落在冷源板上冻结，从而制作出试验质地均匀、更加接近天然高含冰量冻土的试样。

技术领域

本发明涉及冻土力学研究领域，具体是一种制作高含冰量冻土试样的装置及使用方法。

背景技术

目前，在全世界范围内寒区工程建设过程中遇到的高含冰量冻土问题越来越多，在我国这一现象尤为突出。例如，青藏铁路格尔木至拉萨段，全长为1118km,有632km穿越多年冻土区，其中221km通过高含冰量冻土区(高含冰量冻土指体积含冰量大于25％)，常规冻土的研究成果不能照搬应用到高含冰量冻土，否则会引发一系列的工程事故，所以需要对高含冰量冻土的变形和力学特性进行研究。研究高含冰量冻土的关键步骤就是要在室内还原高含冰量冻土试样，才能进行后续研究。高含冰量冻土是体积含冰量超过了25％的冻土，其与常规冻土相比，高含冰量是显著特点之一，故其人工制备常规冻土试样的制备方法并不能完全实现。在高含冰量冻土试样人工制备过程中提高其含冰量的方法大致可以分为三类:

第1类：将0℃的水加入到冰颗粒(或者雪)和干土的混合物，然后制成高含冰量冻土。高志华等在2010年第31卷第6期《岩土力学》杂志上发表了题为“循环荷载作用下高温-高含冰量冻土特性试验研究”的学术论文、马小杰等在2008年第29卷第9期《岩土力学》杂志上发表了题为“高温-高含冰量冻结黏土强度试验研究”都采用了此方法。

第2类：将液态水与干土混合配置成的泥浆，然后将泥浆倒入模具放在低温环境冻结，从而制得高含冰量冻土。杜海民等在2017年第38卷第7期《岩土力学》杂志上发表了题为“围压与含水率对冻结砂土破坏应变能密度影响特性研究”的学术论文采用了此方法。

第3类：在中国专利授权书，CN107727467B中公布了一种高含冰量冻土试样制备方法，将水溶性物质和干土混合并进行分层压实以形成冻土，然后将冻土试样放入饱和器，所述饱和器包括分离孔，打开分离孔后，将冻土试样连同饱和器置于水流中，通过水流进出饱和器以溶解去除冻土试样中的水溶性物质，随着水溶性物质的溶解使得冻土试样中形成空腔，使得水流进入空腔中并填满空腔后关闭分离孔，然后将饱和器取出水流并放置在冷冻器中进行冷冻至预定时间，取出饱和器，并将冻土试样与饱和器分离得高含冰量冻土。

上述3类制备高含冰量冻土试样的方法分别存在以下不足之处：

第1类制备出的高含冰量冻土试样内部的冰一部分由冰颗粒组成，而冻土中的地下冰是迁移水或原位水在土体中直接冻结而成的，导致力学性能不同于天然高含冰量冻土；

第2类制备出的高含冰量冻土试样会产生明显的分层现象，导致试样的不均质；

第3类的制备的高含冰量冻土过程复杂，技术和成本要求过高。

鉴于此，需要发明一种用于制作高含冰量冻土试样的装置及使用方法，以实现制作出较为均质的高含冰量冻土试样的目的。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用于制作高含冰量冻土试样的装置及其使用方法，利用该装置，能够在实验室制备出满足试验要求的高含冰量冻土试样。本发明具有结构简单、可实施性强等特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于制作高含冰量冻土的试验装置，包括控水模块、控尘模块、控温模块三个部分，其中所述控水模块置于控尘模块上方，所述的控温模块置于控尘模块下方。