[发明专利]一种多功能可加载冻融循环试验装置

权利要求书

1.一种多功能可加载冻融循环试验装置，其包括加载系统、控温系统和补水系统，加载系统整体设置于控温系统中的环境箱(2-1)中，补水系统设置于环境箱右侧，环境箱上连接有冷浴系统；其特征在于：加载系统包括螺旋升降杆(1-1)、升降台(1-2)、加载杆(1-3)、底板(1-4)、补水进液口(1-5)、压力传感器(1-6)、底座(1-7)、底板循环液出口(1-8)、底板循环液进口(1-9)、透水板(1-10)、金属圆杆(1-11)、金属约束圆环(1-12)、顶板(1-13)、顶板循环液进口(1-14)、顶板循环液出口(1-15)、位移传感器(1-16)、温度传感器(1-17)，多根螺旋升降杆直立于底座之上，升降台下方通过四根加载杆连接有顶板，升降台大致呈矩形，升降台与螺旋升降杆螺纹配合，电力驱动装置驱动四根螺旋升降杆控制升降台进行升降式加卸载，顶板上设置有顶板循环液进口、顶板循环液出口，顶板可利用冷浴系统通过顶板循环液进口和顶板循环液出口对土样(1-20)顶部进行控温；底座上方设置有四个一定高度的底板，底板上设置有底板循环液出口、底板循环液进口、补水进液口，底板可利用冷浴系统通过底板循环液出口和底板循环液进口对土样底部进行控温，底板可利用补水系统通过软管连接在补水导管(2-3)和补水进液口对土样进行补水，底板与土样之间设置有透水板。

2.如权利要求1所述的一种多功能可加载冻融循环试验装置，其特征在于，所述底板(1-4)外周围设有多根金属圆杆和金属约束圆环用于固定有机玻璃罐(1-19)，有机玻璃罐可进行预先打孔放置温度传感器并在外围包裹保温棉(1-18)进行保温，温度传感器可通过环境箱(2-1)上的预留孔(2-2)连接在数据采集仪上。

3.如权利要求2所述的一种多功能可加载冻融循环试验装置，其特征在于，所述顶板(1-13)设置于有机玻璃罐上端内，有机玻璃罐上端面抵接金属约束圆环，金属约束圆环与多根金属圆杆螺纹连接，底板与有机玻璃罐的下端台阶止口式配合。

4.如权利要求3所述的一种多功能可加载冻融循环试验装置，其特征在于，所述土样(1-20)在有机玻璃罐内完成制样后整体置于底板之上，通过金属圆杆和金属约束圆环对有机玻璃罐进行固定，防止试验过程中有机玻璃罐发生晃动，并确保具有良好的密封性；插入温度探头并在圆形金属杆外围包裹上保温棉，减小试样温度的变化。

5.如权利要求4所述的一种多功能可加载冻融循环试验装置，其特征在于，所述加载杆(1-3)内部埋设有位移传感器，位移传感器用于完成恒定荷载条件下土样冻胀和融沉的变化量；底板上且与底座的连接处设置有压力传感器，压力传感器可以测量在恒定位移条件下土样在冻结时产生的冻胀力大小；有机玻璃罐还进行开孔并放置孔隙水压力传感器、含水率传感器。

6.如权利要求5所述的一种多功能可加载冻融循环试验装置，其特征在于，所述环境箱(2-1)正面上方设置有三个触摸数显屏幕，分别控制环境箱、顶板和底板的温度参数和控温方式，加载系统可由计算机控制加卸载、试验参数的修改和数据的采集；可通过计算机的编程软件来控制螺旋升降杆实现恒定荷载和恒定位移两种控制方式，其中恒定荷载方式主要是利用位移传感器测量试样在特定压力环境下冻胀和融沉的变形规律，恒定位移方式主要是利用力传感器测量试样在特定位移约束条件下冻胀力的发展情况；环境箱连接冷浴系统分别为顶板和底板提供温度，环境箱自身即可通过环境箱数字显示屏设置环境温度以及控温方式，又可通过顶板数显和底板数显控制冷浴系统去调节顶板和底板的温度以及控温方式。

7.如权利要求6所述的一种多功能可加载冻融循环试验装置，其特征在于，所述底板(1-4)上部和顶板(1-13)均为直径为100mm圆柱体，土样(1-20)为直径101mm、高为100mm的圆柱体，有机玻璃罐(1-19)和金属约束圆环(1-12)内部直径均为101mm。

8.一种多功能可加载冻融循环试验装置的试验方法，其包括如权利要求6所述的一种多功能可加载冻融循环试验装置，其包括以下步骤：

步骤(1)：按照试验需求将养护好的土样倒入有机玻璃罐中按照土工试验标准调节升降台高度进行制样，完成一个或多个制样；

步骤(2)：调节好试样位置后，将金属约束圆环放在圆形金属杆上用螺丝固定；

步骤(3)：调节升降台，使得顶板缓慢下降，在顶板刚刚接触试样顶部时停止下降，并将位移和荷载值清零；

步骤(4)：检验各个传感器的精度和状态；

步骤(5)：插入温度传感器、孔隙水压力传感器和含水率传感器，包裹上保温棉；

步骤(6)：依据试验需求设置试验参数：选择试验方式为恒定位移或恒定荷载、选择位移约束条件或荷载大小、加载约束持续时间、数据采集间隔时间等等；

步骤(7)：根据试验条件调节环境箱、顶板、底板温度进行12h以上的恒温和固结处理；

步骤(8)：根据试验条件确定试样的补水情况；

步骤(9)：选择试验所需的控温方式和冻结方式以及最低温度和最高温度；

步骤(10)：开展一定周期的冻融循环试验或一定时长的冻结试验；

步骤(11)：结束试验采集所有数据，完成一个或多个同级荷载或相同位移约束条件下的相关试验；

步骤(12)：拆除试样进行脱模，进行新一轮试验，重复上述步骤。