[发明专利]冻融环境下受荷载土体水-热-力-位移实验系统及方法

摘要

本发明提供了一种冻融环境下受荷载土体水‑热‑力‑位移实验系统及方法，属于季节冻土地区路基地基土体室内冻融试验测试领域，包括通过制冷或制热对实验土体顶部进行冻结或融化的上部恒温单元和保持土体底部恒温的下部恒温单元，模拟地下水补给的恒温供水单元，容纳土体的承载筒，土体温度水分、内部压力和土体土水势的土体状态监测单元、土体加载和荷载监测单元、可调节水平的载物试验台及土体位移监测单元。该系统可实现在室内荷载条件下的土体冻融实验过程，并对土体的水热力、整体和分层位移进行在线监测，为土体冻融研究提供支持。

主权项

1.一种冻融环境下受荷载土体水‑热‑力‑位移实验系统，其特征在于，包括承载筒(18)、载物试验台、上部恒温单元、下部恒温单元、恒温供水单元、土体状态监测单元、土体加载与荷载监测单元及土体位移监测单元；所述承载筒(18)设置在所述载物试验台上，所述承载筒(18)为上下开放的圆柱体钢筒，所述承载筒(18)外壁粘贴有PVC卷材保温层(19)，所述承载筒(18)顶部设置有环状的法兰(47)，所述承载筒(18)两侧均设置有螺杆(4)，所述螺杆(4)的上端和下端分别穿过所述法兰(47)和载物试验台并通过螺母(5)固定，所述承载筒(18)内侧底部铺有粉细砂层(20)；所述上部恒温单元包括顶部低温恒温槽(48)、顶部恒温板护板(11)、顶部恒温板(12)、顶部恒温液回流管(49)和顶部恒温液流入管(50)，所述顶部恒温板(12)内部装有顶部恒温盘管(13)，所述顶部恒温板(12)设置在所述承载筒(18)的上端入口处，所述顶部恒温板护板(11)设置在所述顶部恒温板(12)上面，所述顶部低温恒温槽(48)、顶部恒温液流入管(50)、顶部恒温盘管(13)、顶部恒温液回流管(49)、顶部低温恒温槽(48)依次连通形成循环通路；所述下部恒温单元包括底部低温恒温槽(39)、底部恒温板护板(22)、底部恒温板(23)、底部恒温液回流管(28)、底部恒温液流入管(32)，所述底部恒温板(23)内部装有底部恒温盘管(24)，所述底部恒温板护板(22)设置在所述底部恒温板(23)上面，所述底部恒温板护板(22)和底部恒温板(23)设置在所述承载筒(18)内并位于所述粉细砂层(20)下面，所述底部低温恒温槽(39)、底部恒温液流入管(32)、底部恒温盘管(24)、底部恒温液回流管(28)、底部低温恒温槽(39)依次连通形成循环通路；所述恒温供水单元包括橡胶补水管(30)、排水排气管(33)、马氏瓶(35)、测温仪探针(40)和测温仪(41)，所述底部恒温液流入管(32)均匀盘绕在所述马氏瓶(35)上，所述测温仪探针(40)设置在所述马氏瓶(35)内，所述测温仪探针(40)上套接有玻璃管(36)，所述测温仪探针(40)的信号线与所述测温仪(41)连接，所述橡胶补水管(30)一端与所述粉细砂层(20)相连通，所述橡胶补水管(30)另一端与所述马氏瓶(35)连通，所述排水排气管(33)一端与所述粉细砂层(20)相连通，另一端位于所述承载筒(18)外；所述土体状态监测单元包括数据采集箱(17)及设置在所述承载筒(18)内壁不同深度处的多个土壤温湿传感器(14)、多个土压力传感器(57)和多个土水势传感器(42)，多个所述土壤温湿传感器(14)、土压力传感器(57)和土水势传感器(42)均与所述数据采集箱(17)电连接；所述土体加载与荷载监测单元包括反力钢板(2)、上部传力钢板(3‑1)、荷载传感器(9)、荷载传感器固定板(53)、机械千斤顶(56)和千斤顶固定钢板(54)，所述荷载传感器固定板(53)、千斤顶固定钢板(54)、上部传力钢板(3‑1)和反力钢板(2)从下向上依次设置在所述顶部恒温板护板(11)上方，所述上部传力钢板(3‑1)与所述反力钢板(2)通过固定螺丝(1)连接，所述螺杆(4)上端向上延伸依次穿过所述荷载传感器固定板(53)、千斤顶固定钢板(54)和反力钢板(2)并通过螺母(5)固定，所述机械千斤顶(56)的底座与所述上部传力钢板(3‑1)抵接，所述机械千斤顶(56)的顶盘穿过所述千斤顶固定钢板(54)并与所述荷载传感器(9)抵接，所述荷载传感器(9)穿过所述荷载传感器固定板(53)，所述荷载传感器(9)与所述数据采集箱(17)电连接；所述土体位移监测单元包括下部传力钢板(3‑2)、氮气弹簧(52)、多个数显千分表(6)、多个冻融位移传递杆(10)和多个分层位移传递杆(44)，所述下部传力钢板(3‑2)设置在所述顶部恒温板护板(11)上，所述氮气弹簧(52)上端与所述荷载传感器(9)抵接，所述氮气弹簧(52)下端与所述下部传力钢板(3‑2)抵接，多个所述数显千分表(6)沿环状均匀设置在所述千斤顶固定钢板(54)上方，所述冻融位移传递杆(10)上端与所述数显千分表(6)抵接，所述冻融位移传递杆(10)下端穿入所述顶部恒温板护板(11)内，所述分层位移传递杆(44)上端与所述数显千分表(6)抵接，所述分层位移传递杆(44)下端伸入所述承载筒(18)内，所述数显千分表(6)与数据采集箱(17)电连接。