[发明专利]一种用于冻土试验的补水冻融装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于冻土试验的补水冻融装置及方法，用于模拟室外季冻区单向冻融和多年冻土区双向冻结‑单向融化的冻融循环。本发明基本组成包括:由挤塑聚苯板封装的保温土箱（1），有机玻璃板（2），补水土层（3），试验土样（4），冻结制冷装置（5），温度传感器（6），上顶板保温封装盖（7），数据采集仪（9）可控温循环水浴箱(10)。本发考虑到季冻区和多年冻土区实际自然界的冻结方式与状况，通过（5）上下两个制冷装置，配合温度传感器实时监测每层土的温度变化；通过补水土层规避了以往封闭系统不补水和开放系统直接连接水源补水以及多年冻土区单向冻结的弊端，可以准确模拟单向冻结、双向冻结。

技术领域

本发明属于季冻土区和多年冻土区开放系统冻融循环领域，涉及一种用于冻土试验的补水冻融装置及方法。

背景技术

我国冻土区分布广泛，其中季冻土约占国土面积的53.5％，多年冻土约占国土面积的 21.5％。诸多大型项目修建于冻土区，铁路，公路路网不断扩大发展，诸多道路及路基出现冻胀，融沉，翻浆,开裂等灾害，造成了巨大的经济损失，严重影响道路的行驶，甚至造成交通事故。因此，对冻融循环下土体强度及物理力学性质的研究已刻不容缓。而众所周知冻融循环是一个极其复杂的过程，室外试验更为不好把控，许多自然因素不可避免与控制，因此，利用室内实验对冻融循环的相关问题进行研究来反映自然界的实际冻融循环是目前的主要研究手段。目前，对冻融循环问题的研究，诸多学者已进行了相当的研究，也取得了诸多成果，从最开始的三向冻结，而后随着研究的深入发现，许多路基三向冻结是不符合自然实际冻融方式的；因此，提出了单向冻结。而在自然界单向冻结过程中普遍有水分迁移补给，但以往研究的补水是试验试样底部直接与外界水源相连接，但自然界的地下水源一般都埋藏较深，冻结的深度一般未能冻结到地下水源的位置，因此，这种冻结方式也不能普遍反映自然冻融的过程。同时，对于在多年冻土区，之前研究大多是单项冻结-单向融化，忽略了多年冻土区冻融循环层的影响，而路基下季节冻融循环层位于大气与多年冻土层之间，伴随着季节气候的变化，其冻融作用表现为带有温度梯度的双向冻结-单向融化过程。因此，研究双向冻结-单向融化冻融循环作用对土体强度及物理力学性质的影响具有十分重要的意义。一种用于冻土试验的补水冻融装置及方法可以真实反映自然界季冻区路基冻融方式，在实现单向冻融的同时，试样可以从下部土中得到水分迁移的补给，真实模拟自然界真实的冻融补水方式。同时真实地模拟多年冻土区双向冻结-单向融化冻融循环过程，规避了以往单向冻结的弊端。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于冻土试验的补水冻融装置及方法。

上述的目的通过以下技术方案实现

一种用于冻土试验的补水冻融装置，其组成包括：由挤塑聚苯板保温材料封装的土箱，土箱内壁及底部都设置有机玻璃板，防止在试验过程中挤塑聚苯板保温材料的破坏，所述的上顶板封装盖，设计成一定尺寸嵌固于土箱，保证土箱的封闭性。

所述的补水土层置于补水土箱中并分层进行设定密实度的击实，所述的试样其上部和四周用保鲜膜包裹下部开口使其与补水土层接触，在补水土层的上部把试样插入嵌固于补水土层中并对周围土层进行一定的击实，但要防止试样被挤压破坏，试样的上部和补水土层的上部直接与所述的制冷装置接触，确保制冷效果达到最佳和更符合自然界的实际状况，完全复现了现场冻结补水方式，同时在补水土层底部也安装有制冷装置，配合温度传感器的使用，模拟双向冻结-单向融化冻融循环过程，规避了以往单向冻结的弊端。

所述的制冷装置其内部为循环可通的管路，外部接由两个接口，分别与可控温的循环水浴箱连接，通过设定目标温度循环泵送防冻液来实现冻结与融化循环过程。

所述的的温度传感器和数据采集仪，在补水土层分层击实的同时每层都埋置温度传感器及在最上部的传感器与制冷装置直接接触，所述的数据采集仪通过温度传感器来实时反映土层的温度变化。