CN105928966A - 冻胀试验筒及其试验方法 - Google Patents

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廉云亮
刘宠
张思坤
赵飞
孙小猛
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Abstract

本发明公开了一种冻胀试验筒及其试验方法，包括带有加热功能的筒体，导热性良好的顶板，在顶板上设有冷冻液的循环进出口Ⅰ以及单向流通孔道Ⅰ，在筒体底部设有导热性良好的底板，底板内部设有冷冻液的单向流通孔道Ⅱ，底板下部设有四个进出口,其中两个是冷冻液的循环进出口Ⅱ，另外两个分别为补水口以及补水排气口，在筒体的顶部设有固定板，同定板内侧设置有环形凹槽用以固定筒体的上部，在固定板上还设有四个与固定支撑相连接的螺栓孔，在底板下部还设有支座，在固定板上通过螺栓杆还固定有位移支架。适用于粗粒土冻胀试验，可避免外界因素对冻胀变形量测的干扰，减小了试验误差。

Description

冻胀试验筒及其试验方法
技术领域
本发明涉及一种土壤试验装置，特别涉及一种粗粒土冻胀试验装置。
背景技术
冻土是一种温度低于0 ℃且含有冰的土岩。它是一种特殊土,其特殊性主要表现为土的性质与温度具有密切的关系。根据冻结状态持续时间不同,可把冻土划分为三类,即瞬时冻土.、季节性冻土和多年冻土。瞬时冻土是指冻结状态持续几个小时至半月的土;季节性冻土是指的冻结状态保持半月至数月的土;多年冻土是冻结状态持续多年的土。多年冻土主要分布在俄罗斯、加拿大、中国和美国的阿拉斯加等地。我国多年冻土主要分布在青藏高原、帕米尔、东北大小兴安岭等地。季节性冻土遍布在不连续多年冻土外围地区,我国季节冻土面积为513.7xl04km2,约占全国国土面积的53.5%,主要分布于东北、华北、西北和内蒙古等地,其中深季节冻土约占全国国土面积的三分之一。国内外已有的大量工程实践和研究结果表明,冻胀作用是季节冻土区各种工程产生冻害的重要原因,特别是对铁路、公路等线性工程,季节性冻土的冻胀引起工程的破坏会更加剧烈,严重影响了铁路、公路的安全运营,带来/巨大的经济损失和社会不良影响。
现行的《铁路工程土工试验规程》(TBI0102-2010)中进行冻胀率试验的试验盒仅适用于原状、扰动粘性土和砂类土，适用范围小，无法进行细圆砾土A、B组填料等粗粒土的冻胀实验。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种适用于粗粒土冻胀试验的实验装置，利用装置进行细圆砾土A、B组填料的冻胀特性试验。本发明具有结构简单、操作方便、适用范围等特点。
本发明的技术方案如下：
一种冻胀试验筒，包括带有加热功能的筒体，在筒体内腔设有与筒体内表面紧密接触且可上下滑动的导热性良好的顶板，在顶板上设有冷冻液的循环进出口Ⅰ以及单向流通孔道Ⅰ，在筒体底部设有导热性良好的底板，底板内部设有冷冻液的单向流通孔道Ⅱ,底板下部设有四个进出口,其中两个是冷冻液的循环进出口Ⅱ,另外两个分别为补水口以及补水排气口，在筒体的顶部设有固定板，同定板内侧设置有环形凹槽用以固定筒体的上部，在固定板上还设有四个螺栓孔，四个螺栓孔用以连接四个固定支撑，使固定板、固定支撑与底板形成一封闭框架抵抗冻胀试验过程中出现的冻胀力，在底板下部还设有支座，在所述的固定板上通过螺栓杆还固定有位移支架。
本发明的有益效果：有效地解决了粗粒土的冻胀实验问题，不仅适用于原状、扰动粘性土和砂类土，还适用于粗粒土的冻胀特性的研究，具有更广阔的推广价值。本发明具有结构简单、操作方便、适用范围广等特点。
附图说明
图1为本发明的结构设计图；
1、筒体，2、顶板，3、底板，4、固定板，5、固定支撑，6、位移支架，7、循环进出口Ⅰ，71、循环进出口Ⅱ，8、补水排气口，9、补水口，10、支座，11、把手。
具体实施方式
一种冻胀试验筒，包括带有加热功能的筒体（1），在筒体内腔设有与筒体内表面紧密接触且可上下滑动的导热性良好的顶板（2），在顶板上设有冷冻液的循环进出口Ⅰ（7）以及单向流通孔道Ⅰ，在筒体底部设有导热性良好的底板（3），底板内部设有冷冻液的单向流通孔道Ⅱ,底板下部设有四个进出口,其中两个是冷冻液的循环进出口Ⅱ（71）,另外两个分别为补水口（9）以及补水排气口（8），在筒体的顶部设有固定板（4），同定板内侧设置有环形凹槽用以固定筒体的上部，在固定板上还设有四个螺栓孔，四个螺栓孔用以连接四个固定支撑（5），使固定板、固定支撑与底板形成一封闭框架抵抗冻胀试验过程中出现的冻胀力，在底板下部还设有支座（10），在所述的固定板上通过螺栓杆还固定有位移架（6）。
所述的筒体为有机玻璃材质, 筒体的内径为200 mm,高度为300 mm,壁厚为20mm，在有机玻璃的筒体的边壁上,自底部向上160 mm范围内每隔2 cm设置一个热敏电阻传感器插入孔,用于安放热敏电阻传感器。
所述的顶板由轻质高强并且导热性能良好的合金材料制成,其形状为直径198 mm、高度40 mm的圆柱体，在顶板的上部正中部位设有凸起的下凹圆槽,用以安置把手（11），方便在试验过程中放入或取出顶板。为了保证冷冻液在顶板内部的循环制冷,在顶板内部设有单向流通孔道Ⅰ。
所述的底板由轻质高强并且导热性能良好的合金材料制成，其直径为280 mm,高度为40 mm。底板内部设有单向流通孔道Ⅱ，保证冷冻液的循环。
所述的固定板采用普通钢材制作,其内径为200mm,外径为280mm,厚度为7 mm。
所述的固定支撑为固定螺杆，固定螺杆螺杆和支座的直径均为1cm。固定螺杆具有足够的强度来保证固定板和试验筒的底板之间不产生相对位移,支座能够支撑整个试验筒和土样的总重量。
所述的顶板与筒体内表面之间的过盈量为0.3～0.5mm。
所述位移支架是由宽度为30 mm、厚度为3 mm的钢板条加工而成，位移支架具有足够的刚度来抵抗外界因素的干扰，避免了位移支架变形。同时, 位移支架通过螺栓杆固定在试验筒的固定板上，保证支架和冻胀试验筒成为整体，这样也可避免外界因素对冻胀变形量测的干扰，减小了试验误差。
所述冻胀试验筒适用于粗粒土冻胀试验的冻胀试验筒，具体试验过程包括：
（1）在筒体的有机玻璃桶壁上涂抹一薄层凡士林，在底板上放置一张薄型滤纸，将土样从顶部装入试验桶内，让其自由滑落在底板上；
（2）在土样的顶面再放置一张薄型滤纸，然后使顶板滑落，土样与顶板、底板应接触紧密；
（3）冻胀试验桶放入恒温箱内，在土样的周侧、顶板以及底板内插入热敏电阻温度计，土样周围包裹5cm厚的泡沫塑料保温，连接顶板以及底板的冷冻液循环管路，接通底板上的补水管路，供水并排除底板内气泡，调节供水装置水位；
（4）安装百分表，然后开启恒温箱冷浴装置进行冻胀实验，记录水位，温度变形量等数据。

Claims (9)

1.一种冻胀试验筒，其特征是包括带有加热功能的筒体，在筒体内腔设有与筒体内表面紧密接触且可上下滑动的导热性良好的顶板，在顶板上设有冷冻液的循环进出口Ⅰ以及单向流通孔道Ⅰ，在筒体底部设有导热性良好的底板，底板内部设有冷冻液的单向流通孔道Ⅱ,底板下部设有四个进出口,其中两个是冷冻液的循环进出口Ⅱ,另外两个分别为补水口以及补水排气口，在筒体的顶部设有固定板，同定板内侧设置有环形凹槽用以固定筒体的上部，在固定板上还设有四个螺栓孔，四个螺栓孔用以连接四个固定支撑，使固定板、固定支撑与底板形成一封闭框架抵抗冻胀试验过程中出现的冻胀力，在底板下部还设有支座。
2.根据权利要求1所述的冻胀试验筒，其特征是所述的筒体为有机玻璃材质, 筒体的内径为200 mm,高度为300 mm,壁厚为20mm，在有机玻璃的筒体的边壁上,自底部向上160 mm范围内每隔2 cm设置一个热敏电阻传感器插入孔,用于安放热敏电阻传感器。
3.根据权利要求2所述的冻胀试验筒，其特征是所述的固定板上通过螺栓杆还设置有位移支架，位移支架是由宽度为30 mm、厚度为3 mm的钢板条加工而成。
4.根据权利要求1所述的冻胀试验筒，其特征是所述的顶板由轻质高强并且导热性能良好的合金材料制成,其形状为直径198 mm、高度40 mm的圆柱体，在顶板的上部正中部位设有凸起的下凹圆槽,用以安置把手。
5.根据权利要求1所述的冻胀试验筒，其特征是所述的底板由轻质高强并且导热性能良好的合金材料制成，其直径为280 mm,高度为40 mm。
6.根据权利要求1所述的冻胀试验筒，其特征是所述的固定板采用普通钢材制作,其内径为200mm,外径为280mm,厚度为7 mm。
7.根据权利要求1所述的冻胀试验筒，其特征是所述固定支撑为固定螺杆，固定螺杆螺杆和支座的直径均为1cm。
8.根据权利要求1所述的冻胀试验筒，其特征是所述的顶板与筒体内表面之间的过盈量为0.3～0.5mm。
9.使用如权利要求1至8任一所述的冻胀试验筒的试验方法，其特征是所述试验步骤包括：
1）在筒体的有机玻璃桶壁上涂抹一薄层凡士林，在底板上放置一张薄型滤纸，将土样从顶部装入试验桶内，让其自由滑落在底板上；
2）在土样的顶面再放置一张薄型滤纸，然后使顶板滑落，土样与顶板、底板应接触紧密；
3）冻胀试验桶放入恒温箱内，在土样的周侧、顶板以及底板内插入热敏电阻温度计，土样周围包裹5cm厚的泡沫塑料保温，连接顶板以及底板的冷冻液循环管路，接通底板上的补水管路，供水并排除底板内气泡，调节供水装置水位；
4）安装百分表，然后开启恒温箱冷浴装置进行冻胀实验，记录水位，温度变形量等数据。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106442623A (zh) * 2016-11-25 2017-02-22 东北林业大学 一种水平冻胀装置
CN106970203A (zh) * 2017-05-05 2017-07-21 沈阳建筑大学 一种自平衡土体冻胀试验装置及其试验方法
CN107153111A (zh) * 2017-05-04 2017-09-12 沈阳建筑大学 一种自平衡土体冻胀试验桶及其试验方法
CN107621476A (zh) * 2017-11-10 2018-01-23 长安大学 一种综合性的土壤冻胀试验装置及方法
CN110031367A (zh) * 2019-03-28 2019-07-19 绍兴文理学院元培学院 一种冻土水汽迁移监测装置

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