CN109799264A - 用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置，该装置包括轴向冻土融化压缩系统、侧向保温绝缘系统以及排水控制系统；所述轴向冻土融化压缩系统包括底座(15)、铜电极片(6)、加热片(5)、试样帽(3)和轴向位移表(2)；所述侧向保温绝缘系统包括高强度绝缘塑料(7)、钢护环(8)、保温外套(11)，高强度绝缘塑料(7)内侧沿深度布置薄膜热敏电阻(9)，在高强度绝缘塑料(7)的外侧设置钢护环(8)，保温外套(11)包裹在高强度绝缘塑料(7)、钢护环(8)的外面；所述排水控制系统包括橡皮膜(12)、排水管(13)和夹子(14)，橡皮膜(12)套在试样外，两端分别与底座(15)和试样帽(3)扎紧，排水管(13)内嵌在底座(15)中。本发明可方便、快捷地研究多种工况下冻土融沉特性和电阻率响应。

Description

用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置

技术领域

本发明涉及一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应技术，属于土木工程技术领域。

背景技术

冻土的融沉特性是冻土力学的重要特性之一，也是冻土地区工程设计的重要依据。冻土融化压缩试验是研究冻土融沉特性的重要手段，而现有的冻土融化压缩试验仪是在传统固结仪上进行改装，增加恒温供水设备对土样进行融化，该设备有加工难度大、能耗高、体积大等缺点，试验操作较为繁琐，试验效率较低，且未能实现针对不同温度以及不排水条件等多种工况下冻融过程的系统性研究。

电阻率法是岩土工程的试验新技术，通过测试土体的电阻率来反应土的性质，由于该方法具有快捷、成本低廉等优点而被广泛应用。电阻率法在测试冻土的强度、含水率以及冻结深度等方面已有较多研究，而在冻土的融沉试验中，冻土融化引起土体温度、土中自由水、孔隙体积发生改变，土的电阻率也随之改变，因此可利用电阻率法来研究冻土的融沉特性。本发明提出了一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对上述存在的问题和缺陷，提供一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置，引入电阻率法评价冻土融沉特性，设计了轴向加热、侧向保温绝缘以及排水控制系统，实现了数据的自动监控与采集，解决传统试验操作方法繁琐效率低以及研究方法不系统等问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置采用以下技术方案：

该装置包括轴向冻土融化压缩系统、侧向保温绝缘系统以及排水控制系统；

其中，所述轴向冻土融化压缩系统包括底座、铜电极片、加热片、试样帽和轴向位移表；铜电极片置于高强度绝缘塑料内的土样上下表面处，上部设有加热片、多孔绝缘透水石、试样帽以及轴向位移表，轴向位移表固定在位移架上，并连接位移采集模块；

所述侧向保温绝缘系统包括高强度绝缘塑料、钢护环、保温外套，高强度绝缘塑料内侧沿深度布置薄膜热敏电阻，在高强度绝缘塑料的外侧设置钢护环，保温外套包裹在高强度绝缘塑料、钢护环的外面；

所述排水控制系统包括橡皮膜、排水管和夹子，橡皮膜套在试样外，两端分别与底座和试样帽扎紧，排水管内嵌在底座中。

所述土样下表面处的铜电极片连接电阻率采集控制模块，土样上表面处的铜电极片连接加热片连接温度调节仪。

所述高强度绝缘塑料，其内侧壁上沿深度等间距的设有多个薄膜热敏电阻，电阻接线由高强度绝缘塑料中引出，连接温度采集模块。

所述试样外两端用橡胶圈与底座和试样帽箍紧，内嵌在底座中的排水管由夹子控制试验的排水条件。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提出了一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置和方法，设计了轴向加热、侧向保温绝缘以及排水控制系统，实现了数据的自动监控与采集，简化了试验操作，提高了试验效率和精度，可提供针对不同温度以及不排水状况下冻土冻融特性的研究条件。本发明通过测试冻土融化引起的电阻率的改变，可系统地研究冻土电阻率响应与融沉特性关系。

附图说明

图1为本发明所述一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置结构示意图；

图中有：位移架1、轴向位移表2、试样帽3、多孔绝缘透水石4、加热片5、铜电极片6、高强度绝缘塑料7、钢护环8、薄膜热敏电阻9、电阻接线10、保温外套11、橡皮膜12、排水管13、夹子14、底座15、位移采集模块16、温度调节仪17、电阻率采集控制模块18、温度采集模块19。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作更一步的说明。

如图1所示，一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置的一个实施例，引入电阻率法评价冻土融沉特性，设计了轴向加热、侧向保温绝缘以及排水控制系统，实现了数据的自动监控与采集，解决传统试验操作方法繁琐效率低以及研究方法不系统等问题。

本实施例采用的试验尺寸为50mm，试样高度宜为试验直径的2.5倍。

轴向冻土融化压缩系统包括底座15、铜电极片6、加热片5、试样帽3和轴向位移表2。试样上表面依次放入铜电极6、加热片5、多孔绝缘透水石4、试样帽3以及轴向位移表2。加热片5与温度调节仪17相连，通过温度调节仪17控制试样融化温度，轴向位移表2固定在位移架1上，并电连接位移采集模块16，采集冻土融沉过程中的压缩量，外部荷载施加在试样帽3上。试验下表面自上而下依次为铜电极片6、多孔绝缘透水石4、底座15。铜电极片6置于土样的上下表面处，连接电阻率采集控制模块18，实现冻融过程试样电阻率的自动采集。

侧向保温绝缘系统包括高强度绝缘塑料7、钢护环8、保温外套11，高强度绝缘塑料7包裹试样，其内侧壁上沿深度等间距的设有多个薄膜热敏电阻9，测读冻土试样融化过程中的温度变化，电阻接线10由绝缘塑料中引出与温度采集模块19相接。钢护环8紧箍在绝缘塑料7外侧，由保温外套11实现试样的保温。

排水控制系统包括橡皮膜12、排水管13和夹子14构成，橡皮膜12为具有弹性的乳胶膜，厚度以0.2mm为宜，套在试样外，两端用橡胶圈分别与底座15和试样帽3扎紧，排水管13内嵌在底座15中，由夹子控制试验的排水条件。

上述一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置的使用方法如下：

(1)根据规范描述的三轴试验制备方法，制备冻土试样。

(2)用夹子14夹住排水管13，底座15上依次放置多孔绝缘透水石4、铜电极6、试样、铜电极6、连接温度调节仪的加热片5、多孔绝缘透水石4和试样帽3，轴向位移表2对准试样帽3。用橡皮圈将橡皮膜12两端与底座15及试样帽3分别扎紧。在试样周围布设高强度绝缘塑料7，并用钢护环8箍紧，并布设保温外套11。

(3)利用温度调节仪17设定加热片5温度，试样开始融沉时分别接通位移采集模块16、温度采集模块19、电阻率采集控制模块18采集试样变形量、试样温度以及试样电阻率。

(4)该试验装置可通过调节加热片温度研究不同温度下冻土的冻融特性与电阻率的响应，可通过控制排水管的开闭，研究排水与不排水条件下冻土的冻融特性与电阻率的响应。

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 (4)

1.一种用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置，其特征在于：该装置包括轴向冻土融化压缩系统、侧向保温绝缘系统以及排水控制系统；

其中，所述轴向冻土融化压缩系统包括底座(15)、铜电极片(6)、加热片(5)、试样帽(3)和轴向位移表(2)；铜电极片(6)置于高强度绝缘塑料(7)内的土样上下表面处，上部设有加热片(5)、多孔绝缘透水石(4)、试样帽(3)以及轴向位移表(2)，轴向位移表(2)固定在位移架(1)上，并连接位移采集模块(16)；

所述侧向保温绝缘系统包括高强度绝缘塑料(7)、钢护环(8)、保温外套(11)，高强度绝缘塑料(7)内侧沿深度布置薄膜热敏电阻(9)，在高强度绝缘塑料(7)的外侧设置钢护环(8)，保温外套(11)包裹在高强度绝缘塑料(7)、钢护环(8)的外面；

所述排水控制系统包括橡皮膜(12)、排水管(13)和夹子(14)，橡皮膜(12)套在试样外，两端分别与底座(15)和试样帽(3)扎紧，排水管(13)内嵌在底座(15)中。

2.根据权利要求1所述的用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置，其特征在于：所述土样下表面处的铜电极片(6)连接电阻率采集控制模块(18)，土样上表面处的铜电极片(6)连接加热片连接温度调节仪(17)。

3.根据权利要求1所述的用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置，其特征在于：所述高强度绝缘塑料(7)，其内侧壁上沿深度等间距的设有多个薄膜热敏电阻(9)，电阻接线(10)由高强度绝缘塑料(7)中引出，连接温度采集模块(19)。

4.根据权利要求1所述的用于研究多种工况下冻土融沉与电阻率响应的装置，其特征在于：所述试样外两端用橡胶圈与底座(15)和试样帽(3)箍紧，内嵌在底座(15)中的排水管(13)由夹子(14)控制试验的排水条件。