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专利号: 2021102603075
申请人: 金陵科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于,包括恒温箱(6)、土样箱(7)、量筒(11)、加载系统(12)、称重系统、位移传感器、温度传感器和控制系统:所述恒温箱(6)用于提供冻融试验所需的环境温度;

所述制冷系统包括第一制冷板、第二制冷板以及对应的冷浴,第一制冷板、第二制冷板相对的设置在土样(8)的两侧,用于冻结土样以及制造温度梯度;

所述土样箱(7)用于盛装冻结试验所需的土样(8),试验时竖向或水平的放置在恒温箱(6)中;所述土样箱(7)为三面镂空的方型箱体结构,竖向摆放状态的土样箱(6),其顶部、底部和一个侧面各设有与其内腔连通的方形开口,其中,顶部开口(7‑1)和底部开口(7‑2)尺寸相同,且上、下位置对应,顶部开口(7‑1)通过第一制冷板(15)封堵,底部开口(7‑2)通过第二制冷板(23)封堵,侧面开口(7‑3)通过侧板(18)封堵,且土样箱(7)的背面,即与侧面开口(7‑3)相对的一侧,在靠近底部的位置设有排水透气孔(9);

所述量筒(11)用于盛接和测量从排水透气孔(9)中排出的水体;

所述加载系统(12)与控制系统连接,用于向土样(8)施加垂直向下的压力,以模拟土样的上覆荷载;

所述称重系统包括盘管(24)和电动升降台(27),盘管(24)水平铺放在平台(25)上,内部注水,一端通过导水管向土样(8)中进水,另一端向上弯折,以开口朝上的方式与大气连通;所述电动升降台(27)设置在土样箱(7)的旁侧,其载物平台上安装有称重传感器(26),铺放盘管(24)的平台(25)设置在所述称重传感器(26)的上方,通过称重传感器(26)监测盘管(24)内的水量变化;所述电动升降台(27)与控制系统连接,通过调节盘管(24)的高度模拟不同的地下水头;

所述位移传感器(4),在竖向冻结试验中安装在位于上方的第一制冷板上,在水平冻结试验中安装在位于上方的侧板(18)上,通过监测第一制冷板或侧板(18)的高度变化,反映土样竖向冻胀和融沉变形的变化;

所述温度传感器(20)安插在土样(8)中,用于监测土样(8)的温度;

所述称重传感器(26)、位移传感器(4)、温度传感器(20)的信号输出端分别数据采集仪连接,再与控制系统连接,向控制系统反馈监测信号。

2.根据权利要求1所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于,土样箱(7)采用透明的有机玻璃制成。

3.根据权利要求1所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于,盘管(24)采用内径4‑6mm的软管盘绕在一起构成。

4.根据权利要求1所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于:所述温度传感器(20)设有多个,在竖向冻结试验中,以竖排的形式均匀的安插在土样(8)的中间位置;在水平冻结试验中,以横排的形式均匀的安插在土样(8)的中间位置,以监测出土样温度和温度梯度参数。

5.根据权利要求1所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于,所述加载系统(12)通过传力杆(13)施压;

第一制冷板和侧板(18)的外表面的中部均设有压头,所述压头上设有形状与传力杆(13)输出端形状适配的凹窝结构。

6.根据权利要求1所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于:所述第一制冷板/侧板(18)的内表面设有方形的蓄水槽,所述蓄水槽的四周通过一圈凸缘围挡,同时,第一制冷板/侧板(18)上还设有垂直贯穿其板体的补水孔;

在竖向冻结实验/水平冻结试验中,所述蓄水槽通过补水孔与盘管(24)连接进水,蓄水槽与土样(8)之间设有透水板,所述透水板呈平板状,用于阻挡第一制冷板/侧板(18)的蓄水槽开口,实现对土样(8)的均匀补水。

7.根据权利要求6所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于,所述透水板与土样(8)之间铺设有滤纸。

8.根据权利要求6所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于,所述第二制冷板与土样(8)之间设有透水板,所述排水透气孔(9)设置在对应该透水板的位置。

9.根据权利要求6所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于,设有填充板;

所述填充板包括制冷板填充板和侧板填充板,所述侧板填充板形状和尺寸与侧板蓄水槽一致,在进行竖向冻结试验时,移除侧板(18)与土样(8)之间的透水板后,填充到侧板(18)的蓄水槽内;所述制冷板填充板与第一制冷板蓄水槽的形状和尺寸一致,在进行水平冻结试验时,移除第一制冷板与土样(8)之间的透水板后,填充到第一制冷板的蓄水槽内。

10.根据权利要求1‑9中任一项所述的一种模拟双向冻结的土体有压补水冻融装置,其特征在于:

在人工冻结法试验中,制造温度梯度时,将所述第一制冷板设置为暖端制冷板,第二制冷板为冷端制冷板,即所述第二制冷板的温度设定为负温且低于第一制冷板。