CN110186809A - 一种新型冻土流变仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程用试验仪器设备技术领域，公开了一种新型冻土流变仪，包括工作台、两组温度调节装置和多组单元冻结流变装置，多组单元冻结流变装置平行间隔固定于工作台上部，两组述温度调节装置固定于工作台周边地面处，工作台、两组温度调节装置和多组单元冻结流变装置之间通过保温管道相互连通。本发明总体结构简单合理、容易操作。并且在本发明装置中数据采集温度控制等方面均采用自动化，可以减少人为因素引起的误差。本发明通过设置多组单元冻结流变装置，可以同时进行不同情况下的平行试验与对照实验，既可以减少人力，又可以减少实验时间。

Description

一种新型冻土流变仪

技术领域

本发明涉及岩土工程用试验仪器设备技术领域，具体涉及一种新型的冻土流变仪。

背景技术

流变是指物体受力变形中存在的与时间有关的变形特性。土体具有流变性，其常见的流变现象主要包括蠕变、松弛、流动、应变率效应和长期强度效应等。通常是采用试验模型研究这些流变现象，以揭示流变规律，建立相应理论及计算方法。由于工程建设施工精度越来越高，对土工结构或地基的变形以及强度的计算分析要求越来越高，所以必须对土体的流变性进行精确计算把握。

我国寒区面积广阔，公路和铁路的大范围兴建对寒区的路基有了更高的要求，而由于经过车辆长期对道路碾压或者车辆的停放静压，会使寒区路基土在荷载下发生流变现象，而此现象对公路和铁路路基的影响非常显著。而现有对冻土的流变性研究的专用设备相对较少，缺少专业用于模拟寒区冻土的流变过程，为寒区冻土的流变性研究提供技术支持的装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新型冻土流变仪，该新型冻土流变仪可以为荷载下的冻土流变性试验提供设备支持，且三个平行设备可以同时进行相同变量的平行试验，也可以同时进行不同变量的对照实验，使试验时间大大缩短。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型冻土流变仪，其中，所述一种新型冻土流变仪包括工作台、两组温度调节装置和多组单元冻结流变装置，多组所述单元冻结流变装置平行间隔固定设置于工作台上部，两组所述温度调节装置固定放置于工作台周边地面处，所述工作台、两组温度调节装置和多组单元冻结流变装置之间通过保温管道相互连通；

所述单元冻结流变装置包括压力系统、恒温调节装置、冻结蠕变盒和位移采集器，所述冻结蠕变盒固定设置于压力系统内，且该冻结蠕变盒通过保温管道与恒温调节装置相连通，所述恒温调节装置放置于工作台上，所述位移采集器固定设置于冻结蠕变盒顶部。

在本发明中，优选的，所述冻结蠕变盒包括试样桶、受力顶帽、降温顶板、降温底板与恒温壁，所述降温顶板和降温底板分别滑动穿设于恒温壁内侧，所述试样桶放置于降温顶板、降温底板与恒温壁所形成的恒温空间内，所述受力顶帽固定设置于降温顶板上部。

在本发明中，优选的，所述降温顶板与降温底板内部均设有连续弯曲状液体通道，所述降温顶板和降温底板上均开设有进液口和出液口，所述液体通道与进液口和出液口相连通。

在本发明中，优选的，所述恒温壁包括内传温壁层和外保温壁层，所述内传温壁层和外保温壁层固定连接为一整体结构，所述内传温壁层设置为高导热内传温壁层，所述外保温壁层设置为低导热外保温壁层。

在本发明中，优选的，所述压力系统包括压力支撑台、反力杆架和调平组件，所述压力支撑台固定设置于工作台上，所述调平组件固定设置于压力支撑台底部，所述反力杆架穿设于压力支撑台上，且该反力杆架挂设于调平组件上。

在本发明中，优选的，所述反力杆架底部横梁上固定设有龙门，所述龙门上部固定设置有挂钩。

在本发明中，优选的，所述调平组件包括连接杆一、主调平杆、配重块、挂杆和砝码盘，所述连接杆一固定设置于压力支撑台底部，所述主调平杆和挂杆分别铰接于连接杆一上，所述配重块旋设于主调平杆尾部，所述主调平杆上通过挂钩挂设连接反力杆架，所述挂杆通过转轴转动穿设于龙门内，且该挂杆的另一侧端部挂设有砝码盘。

在本发明中，优选的，所述压力支撑台和工作台内设有多组保温管道，所述压力支撑台和工作台表面设有多组接口，多组所述保温管道与相对应接口相连通。

在本发明中，优选的，所述工作台上固定设有数据收集器，所述数据收集器与位移采集器电性连接。

在本发明中，优选的，所述恒温壁内开设环形螺旋气体通道，所述恒温壁外侧设有气体进口和气体出口，所述气体进口和气体出口均与环形螺旋气体通道连通，所述环形螺旋气体通道内设置多组温度传感器，所述温度传感器与恒温调节装置电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的装置是结合了固结实验原理与冻土实验原理构成的一种新型冻土流变仪，该装置中包括工作台、两组温度调节装置和多组单元冻结流变装置，工作台、两组温度调节装置和多组单元冻结流变装置之间通过保温管道相互连通；本发明总体结构简单合理、容易操作。并且在本发明装置中数据采集温度控制等方面均采用自动化，可以减少人为因素引起的误差。本发明通过设置多组单元冻结流变装置，可以同时进行不同情况下的平行试验与对照实验，既可以减少人力，又可以减少实验时间。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为一组单元冻结流变装置的总体结构图。

图3为冻结蠕变盒的结构示意图。

图4为恒温壁的总体结构示意图。

图5为压力系统的总体结构示意图。

图6为降温顶板的整体结构俯视图。

图7为本发明中的电路结构控制框图。

附图中：1-工作台、21-恒温调节装置、22-冻结蠕变盒、221-试样桶、222-受力顶帽、223-降温顶板、224-降温底板、225-恒温壁、2251-气体进口、2252-气体出口、2253-环形螺旋气体通道、2254-温度传感器、226-进液口、227-出液口、228-液体通道、23-压力系统、2311-反力杆架、2312-横梁、2313-龙门、2314-挂钩、232-压力支撑台、2331-连接杆一、2332-主调平杆、2333-配重块、2334-挂杆、2335-砝码盘、24-位移采集器、3-温度调节装置、4-数据收集器、5-保温管道、6-接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1至图7，本发明一较佳实施方式提供一种新型冻土流变仪，包括工作台1、两组温度调节装置3和多组单元冻结流变装置，多组单元冻结流变装置通过螺钉或本领域常用的紧固方式平行间隔固定于工作台1上部，两组温度调节装置3固定放置于工作台1周边地面处，工作台1、两组温度调节装置3和多组单元冻结流变装置之间通过保温管道5相互连通；多组单元冻结流变装置可同时进行平行实验或对照试验，工作台1为整个仪器的基础，本身结实稳定，工作台1桌面内部有多条保温管道5，作为温控液的通道，两组温度调节装置3为温控水浴箱，其通过提供固定温度的温控液来分别为降温顶板223和降温底板224来调控温度。

单元冻结流变装置包括压力系统23、恒温调节装置21、冻结蠕变盒22和位移采集器24，冻结蠕变盒22固定设置于压力系统23内，且该冻结蠕变盒22通过保温管道5与恒温调节装置21相连通，恒温调节装置21放置于工作台1上，位移采集器24固定设置于冻结蠕变盒22顶部。

冻结蠕变盒22包括试样桶221、受力顶帽222、降温顶板223、降温底板224与恒温壁225，降温顶板223和降温底板224分别滑动穿设于恒温壁225内侧，试样桶221放置于降温顶板223、降温底板224与恒温壁225所形成的恒温空间内，受力顶帽222可通过螺钉或本领域常用的紧固方式固定于降温顶板223上部。受力顶帽222用于承受压力系统23所施加的压力，并将压力传递至试样桶221上，从而模拟车辆对土体施加的压力。

降温顶板223与降温底板224内部均设有连续蛇形弯曲状液体通道228，降温顶板223和降温底板224上均开设有进液口226和出液口227。进液口226和出液口227与液体通道228相连通。液体通道228设置为连续蛇形弯曲状有利于温控液对降温顶板223和降温底板224更好的进行温度调节。

降温顶板223降温过程，其中一组温控水浴箱的温控液首先通过保温管道5流入工作台1桌面内部的保温管道5内，然后再由保温管道5将对应接口6流出的温控液接入到压力支撑台232桌面内部的保温管道5内，接着再通过保温管道5将温控液接入降温顶板223的进液口226，温控液在降温顶板223内流动使温度降低，然后再从降温顶板223的出液口227流出，然后再经保温管道5接入第二组压力支撑台232桌面内部的保温管道5内，然后再依照上述第一组内保温管道5的连接方式，依次将后续两组降温顶板223接入温控液，最后再将第三组降温顶板223出液口227流出的温控液通过保温管道5接入至工作台1桌面上的接口6中，再经工作台1桌面内部保温管道5回流，最后再通过保温管道5将回流的温控液送入温控水浴箱内进行再次温度调节，以备后续循环，通过温控液的循环来控制降温顶板223的温度。降温底板224降温过程的管道连接与上述的连接原理相同，其具体连接可依据上述降温顶板223降温过程中的管道连接方式以及公知常识来进行。温控水浴箱为现有技术，其具体的选型需要结合工作需要来确定，并且其选型方式亦为现有技术，在此不再赘述。

恒温壁225包括内传温壁层和外保温壁层，内传温壁层和外保温壁层固定连接为一整体构，内传温壁层设置为高导热内传温壁层，外保温壁层设置为低导热外保温壁层。由此设置可实现内侧进行传温，外侧进行保温的作用。内传温壁层可由铝合金制造，外传温壁层可由塑钢制造。内传温壁层和外保温壁层的材料也可为和以上两种类似性能的材料。恒温壁225内开设环形螺旋气体通道2253，恒温壁225外侧设有气体进口2251和气体出口2252，气体进口2251和气体出口2252均与环形螺旋气体通道2253连通，环形螺旋气体通道2253内设置多组温度传感器2254，温度传感器2254与恒温调节装置21电性连接。在制造时可分别在内传温壁层和外保温壁层上开设相对应的通道半槽，然后再将内传温壁层和外保温壁层固定为一体即可形成环形螺旋气体通道2253。恒温调节装置21整体为一个箱体内部设有高温循环器、低温循环器和空气压缩机，通过恒温调节装置21的控制面板设定需要恒定的温度，根据温度大小，高(低)温循环器自动工作，产生的热(冷)气，通过空气压缩机，从恒温调节装置21出气口通过保温管道5流入恒温壁225侧壁的气体进口2251，再经过恒温壁225内环形螺旋气体通道2253后到达恒温壁225上的气体出口2252，最后经保温管道5回流至恒温调节装置21内，形成一个恒温循环，在环形螺旋气体通道2253中放置有温度传感器2254，可以随时将温度信息传入恒温调节装置21中，当传感器温度与设定的温度有偏差时，机器会自动调整使温度达到设定的温度，另外两台恒温调节装置21的恒温方法与上述一致。恒温调节装置21和温度传感器2254以及其选型方法均为现有技术，其具体的选型需要结合工作需要来确定，在此不再赘述。

压力系统23包括压力支撑台232、反力杆架2311和调平组件，压力支撑台232通过螺钉或本领域常用的紧固方式固定于工作台1上，调平组件通过螺钉或本领域常用的紧固方式固定于压力支撑台232底部，反力杆架2311穿设于压力支撑台232上，且该反力杆架2311挂设于调平组件上。

反力杆架2311底部横梁2312上焊接固定设有龙门2313，龙门2313上部焊接固定有挂钩2314。

调平组件包括连接杆一2331、主调平杆2332、配重块2333、挂杆2334和砝码盘2335，连接杆一2331固定设置于压力支撑台232底部，主调平杆2332和挂杆2334分别铰接于连接杆一2331上，配重块2333旋设于主调平杆2332尾部，主调平杆2332上通过挂钩2314挂设连接反力杆架2311，挂杆2334通过转轴转动穿设于龙门2313内。且该挂杆2334的另一侧端部挂设有砝码盘2335。

首先通过旋转配重块2333改变其在主调平杆2332的上的位置从而达到整个调平组件的平衡，然后再在砝码盘2335加装所需重量的砝码，再由反力杆架2311将压力传递至受力顶帽222上，从而对试样桶221中的土体施加压力。

压力支撑台232和工作台1内设有多组保温管道5，压力支撑台232和工作台1表面设有多组接口6，多组保温管道5与相对应接口6相连通。此设置可以节约桌面空间，并减少由于管线交错导致连接错误而引起的偶然因素。保温管道5在压力支撑台232和工作台1的具体布置方式需要结合工作需要进行确定，并且其布置方式可根据现有技术得知，再次不再赘述。

工作台1上固定设有数据收集器4，数据收集器4与位移采集器24电性连接。数据收集器4有位移自动采集和储存系统，可以将位移采集器24采集到的数据进行自动记录，并储存在储存系统中，且可以通过移动设备进行拷贝，方便数据的保存传递。

工作原理：

首先工作人员将本发明中的所有装置与外接电源进行连通，并确保各设备处于工作状态及各项性能正常状态。

然后将待测地区的重塑土样按要求制备，并按要求击入试样桶221中，然后再将试样桶221固定在压力支撑台232桌面上，再将位移采集器24固定在降温顶板223上开始采集位移，接着打开恒温调节装置21，在其控制面板上设置好需要恒定的温度值，待内部温度传感器2254传出的温度稳定，同时将两组温控水浴箱通过其上的控制面板上设置好温度，然后开启，使其中的温控液沿保温管道5按管道布置循环流动，对土样进行降温，待降温工作完成后用调平组件对压力系统23进行调平，随后按需要的压力在砝码盘2335上加入砝码，此时试验开始进行。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (10)

1.一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述一种新型冻土流变仪包括工作台(1)、两组温度调节装置(3)和多组单元冻结流变装置，多组所述单元冻结流变装置平行间隔固定设置于工作台(1)上部，两组所述温度调节装置(3)固定放置于工作台(1)周边地面处，所述工作台(1)、两组温度调节装置(3)和多组单元冻结流变装置之间通过保温管道(5)相互连通；

所述单元冻结流变装置包括压力系统(23)、恒温调节装置(21)、冻结蠕变盒(22)和位移采集器(24)，所述冻结蠕变盒(22)固定设置于压力系统(23)内，且该冻结蠕变盒(22)通过保温管道(5)与恒温调节装置(21)相连通，所述恒温调节装置(21)放置于工作台(1)上，所述位移采集器(24)固定设置于冻结蠕变盒(22)顶部。

2.根据权利要求1所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述冻结蠕变盒(22)包括试样桶(221)、受力顶帽(222)、降温顶板(223)、降温底板(224)与恒温壁(225)，所述降温顶板(223)和降温底板(224)分别滑动穿设于恒温壁(225)内侧，所述试样桶(221)放置于降温顶板(223)、降温底板(224)与恒温壁(225)所形成的恒温空间内，所述受力顶帽(222)固定设置于降温顶板(223)上部。

3.根据权利要求2所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述降温顶板(223)与降温底板(224)内部均设有连续弯曲状液体通道(228)，所述降温顶板(223)和降温底板(224)上均开设有进液口(226)和出液口(227)，所述液体通道(228)与进液口(226)和出液口(227)相连通。

4.根据权利要求1所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述恒温壁(225)包括内传温壁层和外保温壁层，所述内传温壁层和外保温壁层固定连接为一整体结构，所述内传温壁层设置为高导热内传温壁层，所述外保温壁层设置为低导热外保温壁层。

5.根据权利要求1所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述压力系统(23)包括压力支撑台(232)、反力杆架(2311)和调平组件，所述压力支撑台(232)固定设置于工作台(1)上，所述调平组件固定设置于压力支撑台(232)底部，所述反力杆架(2311)穿设于压力支撑台(232)上，且该反力杆架(2311)挂设于调平组件上。

6.根据权利要求5所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述反力杆架(2311)底部横梁(2312)上固定设有龙门(2313)，所述龙门(2313)上部固定设置有挂钩(2314)。

7.根据权利要求6所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述调平组件包括连接杆一(2331)、主调平杆(2332)、配重块(2333)、挂杆(2334)和砝码盘(2335)，所述连接杆一固定设置于压力支撑台(232)底部，所述主调平杆(2332)和挂杆(2334)分别铰接于连接杆一(2331)上，所述配重块(2333)旋设于主调平杆(2332)尾部，所述主调平杆(2332)上通过挂钩(2314)挂设连接反力杆架(2311)，所述挂杆(2334)通过转轴转动穿设于龙门(2313)内，且该挂杆(2334)的另一侧端部挂设有砝码盘(2335)。

8.根据权利要求5所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述压力支撑台(232)和工作台(1)内设有多组保温管道(5)，所述压力支撑台(232)和工作台(1)表面设有多组接口(6)，多组所述保温管道(5)与相对应接口(6)相连通。

9.根据权利要求1所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述工作台(1)上固定设有数据收集器(4)，所述数据收集器(4)与位移采集器(24)电性连接。

10.根据权利要求4所述的一种新型冻土流变仪，其特征在于，所述恒温壁(225)内开设环形螺旋气体通道(2253)，所述恒温壁(225)外侧设有气体进口(2251)和气体出口(2252)，所述气体进口(2251)和气体出口(2252)均与环形螺旋气体通道(2253)连通，所述环形螺旋气体通道(2253)内设置多组温度传感器(2254)，所述温度传感器(2254)与恒温调节装置(21)电性连接。