CN106248498A - 具有单向冻结功能的融化压缩仪 - Google Patents

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马玉涛
张立群
王志阳
程卫星
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崔乃夫
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Abstract

本发明涉及土木工程领域，公开了一种具有单向冻结功能的融化压缩仪，包括土样单向冻结系统、融化压缩仪。土样单向冻结系统由多层半导体制冷片、半导体自动恒温控制器和散热器构成，装有散热器的半导体制冷片置于土样上表面处，试样槽内设有真空保温层；融化压缩仪由变压加热控制器和加热片构成，加热片置于土样上表面处，上侧设有传压板和安装在支架上的千分表，试样槽内设有导环和排水管,试样槽外侧和两槽相接处均有保温材料。冻结时采用半导体制冷片使土样单向冻结，可模拟土样冻结的实际情况；融化压缩时，采用加热片进行加热，方便快捷。土样单向冻结系统和融化压缩仪相互独立，可以同时工作，节省试验时间。

Description

具有单向冻结功能的融化压缩仪
技术领域
本发明涉及一种土木工程实验仪器技术领域，特别是涉及一种具有单向冻结功能的融化压缩仪。
背景技术
冻土在融化过程中，将因为自重作用而发生下沉现象，简称融沉。近年来，由于自然环境变迁较快，人类活动较为频繁，越来越多的多年冻土处于逐渐消退的过程，为这些地区的工程建设及运营维护带来了较大的威胁。因此，研究人员需通过试验的手段测定相关参数，探寻各地区冻土的融沉规律，为实际工程提供参考。冻土融化压缩试验是测定冻土在融化过程中的融沉系数和融化压缩系数的重要手段。
现有的融化压缩仪多是针对原状冻土，但随着冻土领域研究的不断深入，试验前往往需制备一定量的重塑土样，并根据试验的需要，直接冻结或在其经历一定次数的冻融循环后进行冻结。传统的试验方法需将土样放置在低温冷冻箱中，达到所需的试验要求后取出进行试验。此过程中，操作方法繁琐，试验效率较低，且土样四周均会发生冻结，不符合实际工程中土体发生单向冻结的情况。此外，传统的融化压缩仪采用恒温供水设备对土样进行融化，试验能耗较大，且控制精度低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种具有单向冻结功能的融化压缩仪，解决传统实验操作方法繁琐实验效率低和实验能耗大控制精度低的技术问题，具有冻结较符合实际、实验效率高、精度高和节能的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种具有单向冻结功能的融化压缩仪，包括土样单向冻结系统和融化压缩仪，融化压缩仪和土样单向冻结系统能相互独立或同时工作。
优选地，土样单向冻结系统包括试样槽一和保温箱，试样槽一置于保温箱中，试样槽一的上部是多层半导体制冷片，多层半导体制冷片上设有散热器，多层半导体制冷片与半导体自动恒温控制器连接；通过对半导体自动恒温控制器设定土样由上往下单向冻结温度。
优选地，保温箱外层为保温材料，中间为真空；试样槽一和保温箱间为真空保温层。
优选地，融化压缩仪为单向融化压缩仪。
优选地，单向融化压缩仪，包括试样槽二、支架、传压板、千分表、压环、透水石和滤纸，保温外壳，还包括加热片和变压加热控制器，样槽二置于保温外壳中，样槽二上面为滤纸、透水石、加热片、传压板、压环、千分表，样槽二的底部设有排水管；通过对变压加热控制器设定土样由上往下单向融化温度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明具有单向冻结功能的融化压缩仪可以同时进行土样单向冻结和土样单向融化压缩实验，简化实验程序，提高实验效率；土样单向冻结系统使用半导体自动恒温控制器设置土样单向冻结温度，融化压缩仪使用变压加热控制器设置土样单向融化温度，提高实验的控制精度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图中：1、保温箱；2、非金属试样环；3、真空保温层；4、不透水垫块；5、散热器；6、多层半导体制冷片；7、试样槽一；8、半导体自动恒温控制器；9、变压加热控制器。10、支架；11、传压板；12、千分表；13、压环；14、透水石；15、加热片；16、试样槽二；17、滤纸；18、导环；19、排水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，为本发明具有单向冻结功能的融化压缩仪的一个实施例，包括土样单向冻结系统和融化压缩仪，融化压缩仪和土样单向冻结系统能相互独立或同时工作，节省试验时间，提高实验效率。
土样单向冻结系统包括试样槽一7和保温箱1，试样槽一7置于保温箱1中，试样槽一7的上部是多层半导体制冷片6，多层半导体制冷片6上设有散热器5，多层半导体制冷片6与半导体自动恒温控制器8连接；通过对半导体自动恒温控制器8设定土样由上往下单向冻结温度，土样冻结实验时首先将土样放入非金属试样环2中，在试样槽一7中依次放入不透水垫块4、装有土样的非金属试样环2、装有散热器5的多层半导体制冷片6，然后打开电源，在半导体自动恒温控制器8上输入土样的冻结温度后，土样开始冻结；由于多层半导体制冷片6在土样上部，冻结时由上向下单向冻结，土样装入非金属试样环2中可有效防止土样侧部发生冻结现象，此装置对土样的冻结较符合自然界中土样的冻结情况。
保温箱1外层为保温材料，中间为真空；试样槽一7和保温箱1间为真空保温层3，此结构设计可有效阻止冻结的土样与外界进行热交换，使实验结果更加精确。
融化压缩仪为单向融化压缩仪，土样融化时由上往下融化，符合土样自然融化过程。
单向融化压缩仪，包括试样槽二16、支架10、传压板11、千分表12、压环13、透水石14和滤纸17，保温外壳，还包括加热片15和变压加热控制器9，样槽二16置于保温外壳中，样槽二16上面为滤纸17、透水石14、加热片15、传压板11、压环13、千分表10，样槽二16的底部设有排水管19；通过对变压加热控制器9设定土样由上往下单向融化温度。土样融化压缩实验时在试样槽二16底部铺上滤纸17，起到过滤泥土作用，然后将冻结好的土样与非金属试样环2一同放入试样槽二16中，在土样顶部铺上滤纸17，滤纸17上面放上透水石14，透水石14上部为加热片15，加热片15用于土样加热融化，加热片15上部为传压板11，传压板11作用为分散压力，使压力承载均匀，试样槽二16侧部有支架10，支架10上安装有千分表12，千分表12与压环13连接，土样加热融化时，由千分表12可以读出试样的变形量，融化完成后开始进行压缩实验千分表12可以读出试样的压缩量。
上述有单向冻结功能的融化压缩仪的使用方法如下。
（1）根据规范描述的试样制备方法，制备重塑土样。
（2）在试样槽一7内依次放入不透水垫块4、装有土样的非金属试样环2、滤纸17，随后放置装有散热器5的多层半导体制冷片6，打开电源，在半导体自动恒温控制器8上输入土样冻结温度值，启动仪器后开始单向制冷。土样冻结完成后，根据试验要求，取出土样或待土样融化后继续冻结，进行一定次数的冻融循环试验。
（3）将达到试验要求的冻结土样和非金属试样环2从试样槽一7中取出，在试样槽二16内依次放入滤纸17、装有已冻结土样的非金属试样环2，滤纸17、透水石14，然后放置加热片15、传压板11和压环13，将千分表12安装在支架10上后，使其与压环13连接。打开电源，在变压加热控制器9上输入土样融化温度值，启动仪器后开始单向融化，按规范要求记录千分表12读数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.具有单向冻结功能的融化压缩仪，其特征在于：包括土样单向冻结系统和融化压缩仪，融化压缩仪和土样单向冻结系统能相互独立或同时工作。
2.根据权利要求１所述的具有单向冻结功能的融化压缩仪，其特征在于所述土样单向冻结系统包括试样槽一（7）和保温箱（1），试样槽一（7）置于保温箱（1）中，试样槽一（7）的上部是多层半导体制冷片（6），多层半导体制冷片（6）上设有散热器（5），多层半导体制冷片（6）与半导体自动恒温控制器（8）连接；通过对半导体自动恒温控制器（8）设定土样由上往下单向冻结温度。
3.根据权利要求2所述的具有单向冻结功能的融化压缩仪，其特征在于所述保温箱（1）外层为保温材料，中间为真空；试样槽一（7）和保温箱（1）间为真空保温层（3）。
4.根据权利要求1所述的具有单向冻结功能的融化压缩仪，其特征在于所述融化压缩仪为单向融化压缩仪。
5.根据权利要求4所述的具有单向冻结功能的融化压缩仪，其特征在于所述单向融化压缩仪，包括试样槽二（16）、支架（10）、传压板（11）、千分表（12）、压环（13）、透水石（14）和滤纸（17），保温外壳，还包括加热片（15）和变压加热控制器（9），样槽二（16）置于保温外壳中，样槽二（16）上面为滤纸（17）、透水石（14）、加热片（15）、传压板（11）、压环（13）、千分表（10），样槽二（16）的底部设有排水管（19）；通过对变压加热控制器（9）设定土样由上往下单向融化温度。
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