土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪制造技术

本发明专利技术公开了土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪，包括两端贯通的土体填装桶，土体填装桶的底部设置有水槽，水槽上连接有用于使水槽内水位保持恒定的水源补给装置，土体填装桶上部连接有用于使土体处于低温恒温状态的低温恒温系统以及若干用于检测土体位移的位移传感器，土体填装桶上还穿插设有若干用于检测土体水分及温度的温湿度传感器，所述的位移传感器和温湿度传感器分别通过位移数据采集器和水分温度记录仪连接至主控计算机。本发明专利技术可以在保证水位稳定的前提下，同时测定土体在有无水源补给两种条件下的冻胀率以及融沉系数；还可以测定土体在冻融过程中的温度场和水分场的变化，可以说明水分场随温度场梯度变化的水分迁移规律。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于土体性质测试领域，具体涉及一种土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪。
技术介绍
道路的翻浆是季节性冻土区特有的现象。也是公路工程最常见病害之一，发生的频率大，范围广，影响较为严重。而冻胀是诱发翻浆的主要原因。土体的冻胀性主要用冻胀率来表征。然而，目前在土体冻融性质测试方面存在如下缺陷：一、国内的冻胀率和融沉系数的试验是分开进行的，费时费力；二、常规方法适用于粘质土与粒径较小的砂质土。对于粘质土与粒径较小的砂质土来说，试样盒可以用外径120mm、壁厚10mm、高100mm的有机玻璃筒作为侧壁，但是对于粒径较大的土由于仪器偏小，试验结果往往偏差较大；三、常规的冻胀率试验，没有测定土体试样竖直方向的水分变化，只是测定的土试样不同高度的温度变化，不能说明土体冻结过程中由于温度场的变化，而引发的水分场的重分布现象。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪，以克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术可以在保证水位稳定的前提下，同时测定土体在有无水源补给两种条件下的冻胀率以及融沉系数；与此同时，还可以测定土体在冻融过程中的温度场和水分场的变化，可以说明水分场随温度场梯度变化的水分迁移规律。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪，包括两端贯通的土体填装桶，土体填装桶的底部设置有水槽，水槽上连接有用于使水槽内水位保持恒定的水源补给装置，土体填装桶上部连接有用于使土体处于低温恒温状态的低温恒温系统以及若干用于检测土体位移的位移传感器，土体填装桶上还穿插设有若干用于检测土体水分及温度的温湿度传感器，所述的位移传感器和温湿度传感器分别通过位移数据采集器和水分温度记录仪连接至主控计算机。进一步地，低温恒温系统包括设置在土体上方的降温板以及设置在土体填装筒外侧的低温恒温槽，降温板的入口端及出口端通过软管连接至低温恒温槽的出口端及入口端。进一步地，土体填装筒的外侧及降温板上方设有保温棉。进一步地，土体装填筒筒壁下侧设有若干渗水孔，且渗水孔位于水槽内水位线以下。进一步地，水槽的外沿固定有若干螺纹杆，螺纹杆的顶部固定有横梁，位移传感器通过压板固定在横梁上。进一步地，温湿度传感器沿土体填装筒的轴向设置成一列，且温湿度传感器沿土体填装筒的径向穿插设置在土体中。进一步地，所述的水源补给装置为马氏瓶，水槽与马氏瓶通过橡胶管连通。进一步地，土体填装筒为有机玻璃筒。进一步地，土体填装筒为圆柱形，其直径为20cm，高为40cm，壁厚为1.5cm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术采用土体填装筒填装土壤，采用水源补给装置为土体填装筒内土壤提供水源补给，采用低温恒温系统保证土体的低温恒温状态，采用位移传感器及温湿度传感器检测土体的位移数据及温湿度数据，主控计算机通过所测数据即可计算土体冻胀率及融沉系数，本专利技术可以同时测定土体在有无水源补充两种条件下的冻胀率以及融沉系数，使用方便，结构简单，操作灵活。进一步地，低温恒温系统包括设置在土体填装筒内部、装填的土体上方的降温板，以及设置在土体填装筒外侧的低温恒温槽，低温恒温槽中可以设置冷却液，经降温板对土体进行低温恒温处理，保证了实验过程中温度的稳定性和可操作性。进一步地，土体装填筒筒壁下侧设有若干渗水孔，且渗水孔位于水槽内水位线一下，水槽内的水通过渗水孔对筒内土体进行水源补给，可以在保证水位稳定的条件下，测定土体在有水源补给情况下的冻胀率以及融沉系数。进一步地，将位移传感器通过设置在螺纹杆上的横梁固定，避免了位移传感器自身移动造成的误差。进一步地，温湿度传感器沿土体填装筒的轴向设置成一列，且温湿度传感器沿土体填装筒的径向穿插设置在土体中，可以测定土体在冻胀过程中的竖向温度场变化与水分场变化，说明水分随温度场梯度变化的迁移规律。进一步地，土体填装筒的外侧及降温板上侧设有保温棉，可以有效保证土体低温恒温。进一步地，土体填装筒为圆柱形，其直径为20cm，高为40cm，壁厚为1.5cm，适用于粒径较大的土作为测试对象。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2(a)是本专利技术的土体填装筒的组装主视图；图2(b)是本专利技术的土体填装筒的组装侧视图；图2(c)是本专利技术的土体填装筒的组装俯视图；图3(a)是本专利技术的水槽的结构主视图；图3(b)是本专利技术的水槽的结构侧视图；图3(c)是本专利技术的水槽的结构俯视图。其中，1-螺纹杆；2-横梁；3-位移传感器；4-土体装填筒；5-降温板；6-温湿度传感器；7-低温恒温槽；8-马氏瓶；9-位移数据采集器；10-水分温度记录仪；11-主控计算机；12-水槽；13-软管；14-橡胶管。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：参见图1、图2(a)～图2(c)以及图3(a)～图3(c)，一种土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪，包括两端贯通的土体填装筒4，土体填装筒4为圆柱形的有机玻璃筒，其直径为20cm，高为40cm，壁厚为1.5cm。土体填装筒4下方置于水槽12内。土体填装桶(4)上部连接有用于使土体处于低温恒温状态的低温恒温系统，水槽12底板上穿插固定有螺纹杆1，且螺纹杆1对称位于土体装填筒4两侧。螺纹杆1上固定有横梁2，位移传感器3固定于横梁2上，且感应端立在降温板5上。土体填装筒4上还穿插设有若干用于检测土体水分及温度的温湿度传感器6，用以感应土体内不同高度处水分场和温度场的变化。位移传感器3和温湿度传感器6分别通过位移数据采集器9和水分温度记录仪10连接至主控计算机11，用以采集和记录试验数据。主控计算机11通过所测数据即可计算土体冻胀率及融沉系数，同时位于土体填装筒4轴向的温湿度传感器6还能够测定土体在冻胀过程中的温度梯度变化与水分变化，可以说明水分随温度梯度变化的迁移规律。低温恒温系统包括置于土体装填筒4内部，试验土样上表面的降温板5，降温板5通过软管13与设置在土体装填筒4外侧的低温恒温槽7连接，形成循环回路，通过制冷剂在回路中的循环流动，为试验提供所需的恒定的低温，用以使土体处于单向的低温恒温状态。土体装填筒4上侧筒壁上留有用于穿插软管13的预留孔，降温板5上留有活动借口，便于筒内土体击实完成后，降温板5的接入，使实验仪器更灵活方便。土体装填筒4下侧置于水槽12中，水槽12通过橡胶管(14)与马氏瓶(8)相连，用以保证试验过程中水槽内水位线的稳定，保证试验过程中，土样所承受的水压恒定，保证试验条件的可靠性和可操作性，利用广义连通器原理，制成恒压系统。为试验提供所需的恒定的水位补给线。保证了试验的可靠性和可行性。当测定土体在有水源补充条件下的冻胀率以及融沉系数时，打开马氏瓶8的龙头开关，调节马氏瓶8，使水槽12内水位稳定在试验所需的位置。当测定土体在无水源补充条件下的冻胀率以及融沉系数时，无需开启马氏瓶8。下面对本专利技术的操作过程做详细描述：使用时，首先将土体填装筒4进行土样击实，击实完成后，将土体装填筒4转移至水槽12中。将水槽12通过橡胶管14与马氏瓶8相连，建立恒压系统，为试验过程中的水分补给提供恒定的水位。将降温板5置于土样顶部，并用软管13与外界低温恒温槽7连接。然后将位移传感器3的上端通过压板固定在横梁2上，下端立在降温板5上，通过降温板5的移动进行土体位移监测本文档来自技高网...

【技术保护点】
土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪，其特征在于，包括两端贯通的土体填装桶(4)，土体填装桶(4)的底部设置有水槽(12)，水槽(12)上连接有用于使水槽(12)内水位保持恒定的水源补给装置，土体填装桶(4)上部连接有用于使土体处于低温恒温状态的低温恒温系统以及若干用于检测土体位移的位移传感器(3)，土体填装桶(4)上还穿插设有若干用于检测土体水分及温度的温湿度传感器(6)，所述的位移传感器(3)和温湿度传感器(6)分别通过位移数据采集器(9)和水分温度记录仪(10)连接至主控计算机(11)。

【技术特征摘要】
1.土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪，其特征在于，包括两端贯通的土体填装桶(4)，土体填装桶(4)的底部设置有水槽(12)，水槽(12)上连接有用于使水槽(12)内水位保持恒定的水源补给装置，土体填装桶(4)上部连接有用于使土体处于低温恒温状态的低温恒温系统以及若干用于检测土体位移的位移传感器(3)，土体填装桶(4)上还穿插设有若干用于检测土体水分及温度的温湿度传感器(6)，所述的位移传感器(3)和温湿度传感器(6)分别通过位移数据采集器(9)和水分温度记录仪(10)连接至主控计算机(11)。2.根据权利要求1所述的土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪，其特征在于，低温恒温系统包括设置在土体上方的降温板(5)以及设置在土体填装筒(4)外侧的低温恒温槽(7)，降温板(5)的入口端及出口端通过软管(13)连接至低温恒温槽(7)的出口端及入口端。3.根据权利要求2所述的土体冻胀率及融沉系数联合测定试验仪，其特征在于，土体填装筒(4)的外侧及降温板(5)上方设有保温棉。4.根据权利要求1所述的土体冻胀...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏进，蔡新森，陈磊，官少龙，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61