CN106066273A - 一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备 - Google Patents

一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备 Download PDF

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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/42—Low-temperature sample treatment, e.g. cryofixation

Abstract

一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，包括冷冻液制冷系统和冻融箱，冷冻液制冷系统包括冷冻液制冷循环设备和冷凝管，冷冻液制冷循环设备的出口与冷凝管一端连接，冷凝管从上至下穿过冻融箱，冷凝管的另一端与冷冻液制冷循环设备的进口连接，冷凝管上设置盐水泵，盐水泵位于冻融箱的下方，冷冻液制冷循环设备位于冻融箱的上方；冻融箱包括外壳、内箱和冻融箱门，内箱设有高分子复合制内壳，内壳通过搁架分为上下两层，位于内壳的冷凝管上设置温度传感器，冻融箱门与外壳之间铰接，冻融箱门与内箱的开口匹配；温度传感器与控温设备连接。本发明还原实际垂直冻结法施工后的土体工况，为试验提供更准确的土体试样，且操作安全、简单、快捷。

Description

一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备
技术领域
本发明属于土木工程土工试验领域，尤其是一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备。
背景技术
冻结法施工是采用人工制冷的方式形成加固型冻土，最早运用与矿井凿井，自德国1883年首次采用冻结法凿井技术，并获得成功后，英国、波兰、前苏联、加拿大等国家广泛采用。我国最早应用冻结法凿井技术的时间在1955年，技术从波兰引进用于矿坑凿井。而在我国东南沿海一带地铁施工中最大威胁是地下水，人工冻结法则因冻结后冻土良好的强度、隔水性作为地铁施工的优先选择，现已在北京、天津、上海、南京和苏州等地软弱土层及含水砂层中被成功运用。
然而冻结法施工、冻土融化后令土体的各项性质发生了变化，对地铁运营造成了许多不利影响。对软粘土而言，冻结过程中水分迁移形成凝冰层，产生冻胀导致地面鼓起、开裂；施工结束，冻融循环后的土体强度明显降低，孔隙体积增大，在地铁列车荷载下产生较大的不均匀沉降，造成铁轨不平顺，地面建筑物开裂等情况，直接影响地铁的运营安全。
目前，在人工冻结法的试验领域，现有的试验设备大多从底部或顶部进行单向单面冻结，而在实际垂直冻结法施工中冷凝管呈辐射状冻结周围，且在多条冷凝管的影响下土体的冻结方式不再是单向冻结。
发明内容
为了克服已有冻融试验设备的无法还原实际垂直冻结法施工后的土体工况的不足，本发明提供一种还原实际垂直冻结法施工后的土体工况，为试验提供更准确的土体试样，且操作安全、简单、快捷的模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，包括冷冻液制冷系统和冻融箱，所述冷冻液制冷系统包括冷冻液制冷循环设备和冷凝管，所述冷冻液制冷循环设备的出口与冷凝管一端连接，所述冷凝管从上至下穿过所述冻融箱，所述冷凝管的另一端与冷冻液制冷循环设备的进口连接，所述冷凝管上设置用以将底部冷冻液向上回流的盐水泵，所述盐水泵位于所述冻融箱的下方，所述冷冻液制冷循环设备位于冻融箱的上方；
所述冻融箱包括外壳、内箱和冻融箱门，所述内箱设有高分子复合制内壳，所述内壳通过搁架分为上下两层，位于所述内壳的冷凝管上设置温度传感器，所述冻融箱门与外壳之间铰接，所述冻融箱门与内箱的开口匹配；
所述温度传感器与用于控制冻结温度与冻结时间的控温设备连接。
进一步，所述控温设备位于冻融箱的上方。
再进一步，所述冻融箱上安装支撑架，所述支撑架上安装所述冷冻液制冷循环设备和控温设备。
更进一步，所述冷凝管为内外双层管，外壳和内管之间嵌有绝热材料。
位于冷冻液制冷循环设备出口与冻融箱之间的冷凝管通过圆形导管分为上下两层，每层圆形导管分出若干支管汇入等距垂直导管均匀分布冷媒制冷循环设备重新制冷。
所述冻融箱中央设有七个等距分布冷凝管导管。
本发明的有益效果主要表现在：
1)将土体紧贴冷凝管外壁放置，模拟实际垂直冻结施工，符合实际施工工况，提高后续冻融土试验准确度和精确度。
2)本发明可自动计时，土体从冻结到融化完成时间可手动设定，时间结束可自动提醒。
3)本发明冻融箱结构侧向开启方便土样的放置和取出，减少土样扰动，操作便捷。
4)本发明采用盐溶液作为冷媒剂，寿命长、使用稳定且设备操作安全。
5)本发明冷凝管分为内外管，内外管之间为绝热材料，减少外部冷凝管温度损耗，降低能耗。
附图说明
图1为设备结构主视图。
图2为设备结构左视图。
图3为设备外观主视图。
图4为设备外观左视图。
图5为设备外观后视图。
图6为冻结原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图6，一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，包括冷冻液制冷系统和冻融箱，所述冷冻液制冷系统包括冷冻液制冷循环设备2和冷凝管5，所述冷冻液制冷循环设备2的出口与冷凝管5一端连接，所述冷凝管5从上至下穿过所述冻融箱，所述冷凝管5的另一端与冷冻液制冷循环设备2的进口连接，所述冷凝管5上设置用以将底部冷冻液向上回流的盐水泵11，所述盐水泵11位于所述冻融箱的下方，所述冷冻液制冷循环设备2位于冻融箱的上方；
所述冻融箱包括外壳14、内箱10和冻融箱门，所述内箱10设有高分子复合制内壳，所述内壳通过搁架9分为上下两层，位于所述内壳的冷凝管5上设置温度传感器13，所述冻融箱门与外壳之间铰接，所述冻融箱门与内箱的开口匹配；
所述温度传感器13与用于控制冻结温度与冻结时间的控温设备1连接。
进一步，所述控温设备1位于冻融箱的上方。
再进一步，所述冻融箱上安装支撑架4，所述支撑架4上安装所述冷冻液制冷循环设备2和控温设备。
更进一步，所述冷凝管5为内外双层管，外壳14和内管10之间嵌有绝热材料。
位于冷冻液制冷循环设备出口与冻融箱之间的冷凝管通过圆形导管分为上下两层，每层圆形导管分出若干支管汇入等距垂直导管均匀分布冷媒制冷循环设备重新制冷。
所述冻融箱中央设有七个等距分布冷凝管导管。
本实施例中，所述控温设备包括不锈钢外壳3，所述控温设备设有计算处理系统1通过按钮12进行温度以及时间的设定；所述冷冻液制冷系统温设备内冷冻液制冷循环设备2将冷凝管5连接形成循环，所述冷凝管5垂直贯通冻融箱并通回冷冻液制冷循环设备2；所述冻融箱为不锈钢外壳与控温设备通过四根钢管支撑架4在四个角形成连接，进一步所述冻融箱内箱为高分子复合制内壳10通过钢制搁架9分成上下两部分，所述冻融箱內箱冷凝管上设有温度传感器13，更进一步所述冻融箱门与冻融箱之间通过铰链7连接，进一步所述冻融冰箱门上设有磁性密封条6，外部设有门把手8；所述冻融箱底部为盐水泵11。
参见图1，所述冷冻液制冷系统包括冷冻液制冷循环设备2、冷凝管5和盐水泵11。其中冷冻液制冷循环设备2令冷凝管中冷冻液温度降低到设定温度并在制冷系统中循环，盐水泵11给予底部冷冻液压力让其流回顶部冷冻液制冷循环设备。
本实施例中，所述控温设备外部结构为长方体不锈钢外壳，长为900mm，宽为1000mm，高为400mm；所述冻融箱为长方体不锈钢外壳，长为900mm，宽为1000mm，高为1200mm，所述冻融箱门厚长宽为900mm，其中磁性密封条厚度为15mm，宽度为10mm；所述冷凝管外管直径为50mm，内管直径为30mm；所述钢管支撑为直径
40mm钢管，高度为500mm。
上述冻融箱内温度传感器与计算处理系统连接，通过计算处理系统处理后在LED显示屏上显示实时冻融箱温度。

Claims (6)

1.一种模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，其特征在于：包括冷冻液制冷系统和冻融箱，所述冷冻液制冷系统包括冷冻液制冷循环设备和冷凝管，所述冷冻液制冷循环设备的出口与冷凝管一端连接，所述冷凝管从上至下穿过所述冻融箱，所述冷凝管的另一端与冷冻液制冷循环设备的进口连接，所述冷凝管上设置用以将底部冷冻液向上回流的盐水泵，所述盐水泵位于所述冻融箱的下方，所述冷冻液制冷循环设备位于冻融箱的上方；
所述冻融箱包括外壳、内箱和冻融箱门，所述内箱设有高分子复合制内壳，所述内壳通过搁架分为上下两层，位于所述内壳的冷凝管上设置温度传感器，所述冻融箱门与外壳之间铰接，所述冻融箱门与内箱的开口匹配；
所述温度传感器与用于控制冻结温度与冻结时间的控温设备连接。
2.如权利要求1所述的模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，其特征在于：所述控温设备位于冻融箱的上方。
3.如权利要求2所述的模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，其特征在于：所述冻融箱上安装支撑架，所述支撑架上安装所述冷冻液制冷循环设备和控温设备。
4.如权利要求1～3之一所述的模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，其特征在于：所述冷凝管为内外双层管，外壳和内管之间嵌有绝热材料。
5.如权利要求1～3之一所述的模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，其特征在于：位于冷冻液制冷循环设备出口与冻融箱之间的冷凝管通过圆形导管分为上下两层，每层圆形导管分出若干支管汇入等距垂直导管均匀分布冷媒制冷循环设备重新制冷。
6.如权利要求1～3之一所述的模拟垂直人工冻结法的冻融试验设备，其特征在于：所述冻融箱中央设有七个等距分布冷凝管导管。
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Assignee: CHINA RAILWAY TENTH GROUP Co.,Ltd.

Assignor: Hong Fu Jin Precision Industry (ShenZhen) Co.,Ltd.

Contract record no.: X2020330000012

Denomination of invention: Freezing-thawing test device for simulation of vertical artificial freezing method

Granted publication date: 20180907

License type: Common License

Record date: 20200408

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