[发明专利]一种模拟人工冻结阻渗的实验系统及其试验方法

说明书

本发明提供了一种模拟人工冻结阻渗的实验系统及其试验方法，涉及冻结试验领域。该实验系统包括渗透试验装置、低温冷浴装置和冻结壁监测系统；渗透试验装置包括模型容器和出水量器，模型容器的下部设有出水口；模型容器的内部填充有土壤与感温变色溶液混合的土样，感温变色溶液的变色分界温度为0℃；模型容器的侧壁绕设有至少一圈冷冻管，冷冻管的圈数可调，冷冻管上固定有电磁激振子，低温冷浴装置和冷冻管之间连通有冷冻液管路；冻结壁监测系统包括数据处理主机、声发射传感器和多个温度传感器，多个温度传感器分散设置在模型容器中，综合多种手段准确地获知人工冻结壁的形态特征，实现不同冻结参数下冻结壁阻渗性随渗透历时变化的有效评价。

技术领域

本发明涉及冻结试验技术领域，特别是涉及一种模拟人工冻结阻渗的实验系统及其试验方法。

背景技术

人工地层冻结法因其形成的冻土帷幕具有阻渗性好、强度高、抗变形能力强等特点而被广泛应用于富水软土地层的工程中。通过了解不同渗流速度下冻结壁发育形态以及渗透系数可系统地认知冻结法。

如申请公布号为CN105092578A、申请公布日为2015.11.25的中国发明专利申请公开了一种冻土中水分迁移过程追踪装置及其实验方法，具体公开了装置包括土样槽、上冷浴板和下冷浴槽，土样槽由有机玻璃宽板、有机玻璃窄板和下冷浴板组成，下冷浴板可连接外置马氏补水瓶模拟地下水补给，上冷浴板上设有冷冻液的进口和出口，下冷浴槽由有机玻璃板槽、蛇形铜管组成。先将荧光剂、水和土的混合料填充于土样槽内，然后将土样槽置于下冷浴槽内，上冷浴板置于土体的顶部，下冷浴板连接马氏补水瓶。

现有技术中的冻土中水分迁移过程追踪装置在实验过程中，上冷浴板和下冷浴槽分别连接外部降温装置为土体单向降温，利用荧光剂和紫外灯可追踪土体冻结过程中的水分迁移过程。

但是，现有装置及方法难以灵活地调控人工冻结参数，不能准确地获知人工冻结壁的形态特征，从而无法有效评价不同冻结参数下冻结壁阻渗性随渗透历时的变化关系。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种模拟人工冻结阻渗的实验系统及其试验方法，以解决现有装置及方法难以灵活地调控人工冻结参数，不能准确地获知人工冻结壁的形态特征，无法有效评价不同冻结参数下冻结壁阻渗性随渗透历时的变化关系的问题。

本发明的模拟人工冻结阻渗的实验系统的技术方案为：

模拟人工冻结阻渗的实验系统包括渗透试验装置、低温冷浴装置和冻结壁监测系统，所述低温冷浴装置与所述渗透试验装置之间连接有冷冻液管路；

所述渗透试验装置包括模型容器和出水量器，所述模型容器的下部对应所述出水量器设有出水口；所述模型容器的内部填充有土壤与感温变色溶液混合的土样，所述感温变色溶液的变色分界温度为0℃；

所述模型容器的侧壁绕设有至少一圈冷冻管，且所述冷冻管的圈数可调，所述冷冻管上还固定有电磁激振子，所述冷冻液管路连通于所述低温冷浴装置和至少一圈所述冷冻管之间；

所述冻结壁监测系统包括数据处理主机、声发射传感器和多个温度传感器，所述数据处理主机分别与所述温度传感器、所述声发射传感器电连接，多个所述温度传感器分散设置在所述模型容器中。

进一步的，所述感温变色溶液为无色防冻液与四氯化铜二乙基铵盐溶液的混合液，所述感温变色溶液低于0℃时呈亮绿色、高于0℃时呈淡黄色。

进一步的，每圈所述冷冻管上均设置有至少三个电磁激振子，每圈的至少三个所述电磁激振子呈周向间隔分布，所述电磁激振子的振幅为40μm至70μm、振动频率为10kHz至30kHz。

进一步的，所述渗透试验装置还包括上透水板和下透水板，所述上透水板和所述下透水板上下间隔设置在所述模型容器中，所述上透水板与所述下透水板之间形成土样的容纳腔。