CN109374463A - 水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，包括模拟试验箱体、加压传力机构以及液压动力系统；所述模拟试验箱体内设置有水平的联络通道，联络通道中轴为模拟施工隧道，模拟施工隧道外围的联络通道空间内放置待试验材料并均匀布置多个冻结管，冻结管外围设置有多个用于检测冻结温度的热电偶和多个用于检测冻胀融沉压力的压力传感器；加压传力机构从模拟试验箱体上方向下施压模拟隧道施工上覆地层自重，加压传力机构的压力由液压动力系统提供。本发明结构简单，设计合理，模拟程度高，能够为水平冻结法形成的冻结壁的稳定性和可靠性评价提供可靠的数据支持，使用效果好，便于推广使用。
Description
技术领域
本发明属于土体冻结技术领域，具体涉及一种水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置。
背景技术
水平冻结法是利用人工冻结技术，降低土体温度使含水土层形成冻结体，以抵抗地压并隔绝与地下水联系的一种地下土木工程施工技术。水平冻结法虽然得到了广泛应用，但由于冻胀、融沉等不确定因素，由此引发的对地下管线、地面建筑物的影响，以及对冻结壁稳定性和可靠性的评价，成为使用该方法施工前的首要问题。
为了解决以上问题，有人提出在实验室中进行实验模拟，研究水平冻结法冻胀融沉受力的研究，但是，现有技术中，还缺乏结构简单，设计合理，实现方便且成本低的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，能够为水平冻结法形成的冻结壁的稳定性和可靠性评价提供可靠的数据支持。
本发明所采用的技术方案为：
水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
所述装置包括模拟试验箱体、加压传力机构以及液压动力系统；
所述模拟试验箱体内设置有水平的联络通道，联络通道中轴为模拟施工隧道，模拟施工隧道外围的联络通道空间内放置待试验材料并均匀布置多个冻结管，冻结管外围设置有多个用于检测冻结温度的热电偶和多个用于检测冻胀融沉压力的压力传感器；
加压传力机构从模拟试验箱体上方向下施压模拟隧道施工上覆地层自重，加压传力机构的压力由液压动力系统提供。
加压传力机构包括底座，底座上设置有位于模拟试验箱体一侧的第一立柱和位于模拟试验箱体另一侧的第二立柱，第一立柱和第二立柱的顶部连接有水平的反力架，反力架的底部安装有液压千斤顶，液压千斤顶下方的模拟试验箱体顶部设置有传力座。
模拟试验箱体顶部设置有一层传力板，传力板上方设置有一层垫板，传力座安装于垫板表面。
传力座为上小下大的圆台形结构。
液压千斤顶设置两组，传力座对应设置两个。
液压动力系统包括液压油箱和一端与液压油箱连接的液压千斤顶进油总管，液压千斤顶进油总管的另一端通过同步阀连接有第一液压千斤顶进油支管和第二液压千斤顶进油支管，第一液压千斤顶进油支管和第二液压千斤顶进油支管分别对应与两个液压千斤顶的油口连接。
液压千斤顶进油总管上从连接液压油箱到同步阀的方向依次连接有双向油泵、换向阀和压力计，液压千斤顶进油总管位于换向阀和压力计之间的油路上连接有接入液压油箱的溢流管，溢流管上连接有溢流阀。
所述装置还包括控制单元，控制单元包括ARM微处理器模块和与ARM微处理器模块相接的用于与计算机连接并通信的USB接口电路；
ARM微处理器模块的输入端接有热电偶接口电路和压力传感器接口电路，热电偶接口电路与热电偶连接，压力传感器接口电路与压力传感器连接。
所述装置还包括还包括与计算机连接且用于对模拟隧道施工进行同步拍摄的高速摄像机。
本发明具有以下优点：
1、本发明结构简单，设计合理，实现方便且成本低。
2、本发明采用模拟试验箱体和加压传力机构真实模拟隧道内的施工环境，模拟程度高，稳定可靠。
3、本发明采用热电偶检测冻结温度，采用压力传感器检测冻胀和融沉压力，能够采集到较为精确的信号，为冻结壁稳定性和可靠性的评价提供数据支撑。
4、本发明采用高速摄像机对模拟隧道施工进行同步拍摄，拍摄的数据用于后续的图像处理，能够用于得到精确的土层位移变化值，为冻结壁稳定性和可靠性的评价提供可靠的数据支持。
5、本发明能够用于在现场施工前，进行模拟试验，模拟程度高，为水平冻结法形成的冻结壁的稳定性和可靠性评价提供可靠的数据支持，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明结构简单，设计合理，实现方便且成本低，模拟程度高，能够为水平冻结法形成的冻结壁的稳定性和可靠性评价提供可靠的数据支持，使用效果好，便于推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明控制单元的电路原理框图。
图中，1—模拟试验箱体；2—联络通道；3—冻结管；4—热电偶；5—压力传感器；6—底座；7—第一立柱；8—第二立柱；9—反力架；10—液压千斤顶；11—传力板；12—垫板；13—传力座；14—液压油箱；15—液压千斤顶进油总管；16—同步阀；17—第一液压千斤顶进油支管；18—第二液压千斤顶进油支管；19—双向油泵；20—换向阀；21—压力计；22—溢流管；23—溢流阀；24—控制单元；24-1—ARM微处理器模块；24-2—USB接口电路；24-3—热电偶接口电路；24-4—压力传感器接口电路；25—计算机；26—高速摄像机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，用于对水平冻结法形成的冻结壁的稳定性和可靠性进行测评和试验，所述装置包括模拟试验箱体1、加压传力机构以及液压动力系统。
所述模拟试验箱体1内设置有水平的联络通道2，联络通道2中轴为模拟施工隧道，模拟施工隧道外围的联络通道2空间内放置待试验材料并均匀布置多个冻结管3，冻结管3外围设置有多个用于检测冻结温度的热电偶4和多个用于检测冻胀融沉压力的压力传感器5。加压传力机构从模拟试验箱体1上方向下施压模拟隧道施工上覆地层自重，加压传力机构的压力由液压动力系统提供。
待试验材料为按照相似比配置的与原实际工程各底层相对应的素填土、粉质黏土、粉土、圆砾石或粉砂质泥岩，具体配比如下：
加压传力机构包括底座6，底座6上设置有位于模拟试验箱体1一侧的第一立柱7和位于模拟试验箱体1另一侧的第二立柱8，第一立柱7和第二立柱8的顶部连接有水平的反力架9，反力架9的底部安装有液压千斤顶10，液压千斤顶10下方的模拟试验箱体1顶部设置有传力座13。模拟试验箱体1顶部设置有一层传力板11，传力板11上方设置有一层垫板12，传力座13安装于垫板12表面。传力座13为上小下大的圆台形结构。如图1所述，液压千斤顶10设置两组，传力座13对应设置两个。
液压动力系统包括液压油箱14和一端与液压油箱14连接的液压千斤顶进油总管15，液压千斤顶进油总管15的另一端通过同步阀16连接有第一液压千斤顶进油支管17和第二液压千斤顶进油支管18，第一液压千斤顶进油支管17和第二液压千斤顶进油支管18分别对应与两个液压千斤顶10的油口连接；液压千斤顶进油总管15上从连接液压油箱14到同步阀16的方向依次连接有双向油泵19、换向阀20和压力计21，液压千斤顶进油总管15位于换向阀20和压力计21之间的油路上连接有接入液压油箱14的溢流管22，溢流管22上连接有溢流阀23。
所述装置还包括控制单元24，控制单元24包括ARM微处理器模块24-1和与ARM微处理器模块24-1相接的用于与计算机25连接并通信的USB接口电路24-2；ARM微处理器模块24-1的输入端接有热电偶接口电路24-3和压力传感器接口电路24-4，热电偶接口电路24-3与热电偶4连接，压力传感器接口电路24-4与压力传感器5连接。
所述装置还包括还包括与计算机25连接且用于对模拟隧道施工进行同步拍摄的高速摄像机26。
本发明使用时，按照实际工程的具体情况，将配制好的材料填入模拟试验箱体1的相应位置，同时，在各土层中做好标记，在联络通道2内施工位置的外围安放冻结管3，再将多个热电偶4安装在垂直于冻结管3的方向上，再将多个压力传感器5安装在施工位置的外围的顶部、侧面和侧面靠近顶部的位置处。通过热电偶4检测冻结温度值，将检测到的温度值输出到ARM微处理器模块24-1中，再通过USB接口电路24-2传输到计算机25中，当冻结完成后，进行模拟隧道开挖，高速摄像机26对模拟隧道施工进行同步拍摄，压力传感器5检测施工过程中以及施工后的冻胀、融沉压力值，将检测到的温度值输出到ARM微处理器模块24-1中，再通过USB接口电路24-2传输到计算机25中，根据高速摄像机26拍摄的图像能够得到精确的土层位移变化值，压力变化值和土层位移变化值为水平冻结法形成的冻结壁的稳定性和可靠性评价提供数据支持。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
所述装置包括模拟试验箱体（1）、加压传力机构以及液压动力系统；
所述模拟试验箱体（1）内设置有水平的联络通道（2），联络通道（2）中轴为模拟施工隧道，模拟施工隧道外围的联络通道（2）空间内放置待试验材料并均匀布置多个冻结管（3），冻结管（3）外围设置有多个用于检测冻结温度的热电偶（4）和多个用于检测冻胀融沉压力的压力传感器（5）；
加压传力机构从模拟试验箱体（1）上方向下施压模拟隧道施工上覆地层自重，加压传力机构的压力由液压动力系统提供。
2.根据权利要求1所述的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
加压传力机构包括底座（6），底座（6）上设置有位于模拟试验箱体（1）一侧的第一立柱（7）和位于模拟试验箱体（1）另一侧的第二立柱（8），第一立柱（7）和第二立柱（8）的顶部连接有水平的反力架（9），反力架（9）的底部安装有液压千斤顶（10），液压千斤顶（10）下方的模拟试验箱体（1）顶部设置有传力座（13）。
3.根据权利要求2所述的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
模拟试验箱体（1）顶部设置有一层传力板（11），传力板（11）上方设置有一层垫板（12），传力座（13）安装于垫板（12）表面。
4.根据权利要求3所述的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
传力座（13）为上小下大的圆台形结构。
5.根据权利要求3所述的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
液压千斤顶（10）设置两组，传力座（13）对应设置两个。
6.根据权利要求5所述的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
液压动力系统包括液压油箱（14）和一端与液压油箱（14）连接的液压千斤顶进油总管（15），液压千斤顶进油总管（15）的另一端通过同步阀（16）连接有第一液压千斤顶进油支管（17）和第二液压千斤顶进油支管（18），第一液压千斤顶进油支管（17）和第二液压千斤顶进油支管（18）分别对应与两个液压千斤顶（10）的油口连接。
7.根据权利要求6所述的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
液压千斤顶进油总管（15）上从连接液压油箱（14）到同步阀（16）的方向依次连接有双向油泵（19）、换向阀（20）和压力计（21），液压千斤顶进油总管（15）位于换向阀（20）和压力计（21）之间的油路上连接有接入液压油箱（14）的溢流管（22），溢流管（22）上连接有溢流阀（23）。
8.根据权利要求7所述的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
所述装置还包括控制单元（24），控制单元（24）包括ARM微处理器模块（24-1）和与ARM微处理器模块（24-1）相接的用于与计算机（25）连接并通信的USB接口电路（24-2）；
ARM微处理器模块（24-1）的输入端接有热电偶接口电路（24-3）和压力传感器接口电路（24-4），热电偶接口电路（24-3）与热电偶（4）连接，压力传感器接口电路（24-4）与压力传感器（5）连接。
9.根据权利要求8所述的水平冻结法冻胀融沉受力实验模拟装置，其特征在于：
所述装置还包括还包括与计算机（25）连接且用于对模拟隧道施工进行同步拍摄的高速摄像机（26）。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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