CN110608949A - 一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速铁路技术领域，公开了一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，包括全自动加压计量注水模块、侧限约束均匀渗水模块、湿度采集模块、上覆荷载施加模块、膨胀力测量模块、智能控温均匀加热模块，并相应提供了一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪的使用方法。本发明的有益效果：填补了高速铁路技术邻域内对地基原状泥岩和重塑在上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪的空白，测试过程具有智能化，可实现自动注水、自动采集数据、自动控制温度，测试结果更具实际工程意义。此外本发明提供的仪器还具有成本低廉，无污染，组装快速，可靠稳定，易于大面积推广使用。

Description

一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪 及其使用方法

技术领域

本发明涉及高速铁路无砟轨道路基技术领域，具体涉及一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪及其使用方法。

背景技术

高速铁路作为我国现如今主要出行方式，其速度快、稳定性强、安全性高的特点深受人们欢迎，给人们带来了更加舒适的出行体验。泥岩是自然地质变化过程中形成的一种富含蒙脱石、伊利石等强亲水性黏土矿物及其混层黏土矿物的特殊土，具有吸水膨胀，失水收缩，且变形与破坏具有反复性、多发性和长期潜在性特点，在世界范围内分布极广，在我国云、贵、川、鄂、豫、皖、冀、鲁、陕等22个省和自治区均有分布。泥岩的胀缩循环而引起的体积反复变化，促使干缩裂缝的发生和发展，并使土体的结构发生松散，加速了裂隙的发育和向深部延伸。由于土体内部的矿物成分，含水率分布和受气候影响的水分蒸发与降雨入渗影响在土体中并不均匀，因此土体的收缩作用也不均匀，这样更导致微裂隙的产生和加密。泥岩进过多次干湿循环后，由于裂隙的产生，土体中裂隙附近产生应力集中现象，对土的工程力学性质具有重大影响。对一般铁路工程而言，泥岩地基胀缩循环变化对路基影响较小，常忽略不计，而高速铁路无砟轨道对路基轨面平顺性要求极为严格，泥岩地基的吸水膨胀和失水收缩将导致路基的上拱和下沉，进而使轨道轨面平顺性遭到破坏，影响列车的高速和安全运营，最终导致国家花费高昂代价修建的高速铁路达不到国民需求、经济发展需求和国家战略意义需求的目的。但由于裂隙的定量分析存在困难，所以有必要开展多次干湿循环后的泥岩膨胀力研究。针对上覆荷载及干湿循环作用下泥岩膨胀力测定采用的原理是平衡加荷法，采用的仪器是固结仪和烘箱，测试过程为将试样装入固结仪后向其注水，试验人员不断施加荷载以保证固结仪上百分表读数不变，结束后获取所施加的上覆荷载即为膨胀力；干燥过程为放入烘箱采用反复称量法，待试样含水率降至初始含水率时停止干燥，此为一个干湿循环过程。此种测试方法不能实现土样在某一特定含水率下的膨胀力，干燥过程中采用反复称量法，耗时耗力。截止目前，针对泥岩在上覆荷载及干湿循环作用下膨胀力的测定还没有一种新型有效的仪器，传统的测试仪器与地基泥岩所处的实际环境相差较大，且测试过程操作复杂不能实现自动控制和自动数据采集处理，测试结果误差较大，因此亟待发明一种上覆荷载及干湿循环下高速铁路地基泥岩膨胀力智能测定仪。

发明内容

针对目前没有上覆荷载及干湿循环作用下高速铁路地基泥岩膨胀力智能测定仪的现状，采用平衡加荷法原理，提出了一种既能满足原状泥岩又能满足重塑泥岩的上覆荷载及干湿循环作用下膨胀力智能测定仪，且技术可行，设计合理，经济适用。

本发明的技术方案是：一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：包括全自动加压计量注水模块、侧限约束均匀渗水模块、湿度采集模块、上覆荷载施加模块、膨胀力测量模块、智能控温均匀加热模块；

所述全自动加压计量注水模块包括供水容器、加压堆载板、堆载物、支撑台、输水管、止水阀、流量计、电动阀门、电动执行机构、电线、连通管、接头、湿度控制器，供水容器内水体上表面为加压堆载板，加压堆载板上表面为堆载物，供水容器通过底部垫板放置于支撑台上表面，供水容器底部与输水管一端相连，输水管穿过连通管，其另一端通过接头与侧限约束均匀渗水模块连接，输水管上依次安装有止水阀、流量计和电动阀门，电动阀门上设置电动执行机构，电动执行机构通过电线与湿度控制器相连。

所述侧限约束均匀渗水模块包括底座、空腔、进水道、排气道、截止阀、侧限约束壁、透水体，底座设有空腔，空腔设有进水道和排气道，进水道与输水管相通，排气道延伸到底座外部且其上设有截止阀，截止阀打开时排气道与大气相通，底座上表面安装侧限约束壁，侧限约束壁底部与底座之间加以紧固，侧限约束壁内部设置透水体，底部透水体下表面位于底座内空腔顶部，顶部透水体位于土体上部。

所述湿度采集模块包括湿度感应探头、探头固定件、信号线，湿度感应探头通过探头固定件固定于侧限约束壁的某个高度位置，湿度感应探头通过信号线与湿度控制器连接，湿度控制器一端与智能综合控制单元连接，另一端与信号放大器相连，信号放大器与单片机相连，单片机与无线发射器相连，智能综合控制单元与空气开关相连，空气开关与电源相连。

所述上覆荷载施加模块包括电机、油压表、油缸、输油管、上承压板、施荷装置、荷载测量计、下承压板、承压立柱、盖板、承压板支撑固定架、竖杆，油压表通过输油管与施荷装置连接，施荷装置顶部与荷载测量计接触，底部固定在上承压板下表面，荷载测量计底部与下承压板上表面接触，下承压板下表面与承压立柱接触，盖板与顶部透水体接触，承压板支撑固定架包括至少四根竖杆，竖杆底部固定在底座上或在竖杆底部加装稳定座，上承压板、下承压板套接在至少四根竖杆且由紧固件固定在竖杆的某个高度位置。

所述膨胀力测量模块包括应力传感器、信号线、应力控制器，应力传感器顶部与承压立柱下表面接触，底部与盖板上表面接触，应力传感器通过信号线与应力控制器连接，应力控制器一端与智能综合控制单元连接，另一端与信号放大器相连，信号放大器与单片机相连，单片机与无线发射器相连。

所述智能控温均匀加热单模块包括箱体、电动风机、进气口、排湿口、保温层、U形电加热管、穿孔板、隔板、温度传感器、温度控制器，箱体侧面安装电动风机，箱体顶部安装进气口和排湿口，箱体内表面安装保温层，箱体底部保温层上表面固定安装U形电加热管和穿孔板，U形电加热管和穿孔板顶部固定于隔板下表面，温度传感器固定在隔板下表面，通过信号线与温度控制器相连，温度控制器一端与智能综合控制单元连接，另一端与信号放大器相连，信号放大器与单片机相连，单片机与无线发射器相连，箱体上有箱门、门拉手、观察窗、风机开关、电源开关、风门调节旋钮、显示器。

所述侧限约束壁与底座之间的紧固方式为焊接，或是可拆卸连接结构，即在侧限约束壁下部外圆设法兰，再通过螺栓把法兰与底座紧固在一起。

所述顶部透水体和底部透水体的上表面各设置一凹槽，该凹槽形状与湿度感应探头形状相同，其作用是放置湿度感应探头，且放置湿度感应探头后的顶部透水体和底部透水体的上表面保持平整。

所述探头固定件为中心开孔的外六角法兰面堵头，中心孔径与信号线外径相等，信号线与外六角法兰面堵头的中心孔紧固连接，保证密封性较高。

所述施荷装置为分离式电动液压千斤顶，包含电动机、油压表、油缸、输油管和顶升部件，顶升部件与荷载测量计接触。

所述上承压板、下承压板与竖杆间的紧固件是螺母，竖杆为螺纹杆，分别在上承压板、下承压板的上表面、下表面各设有螺母。

所述进气口和排湿口设有气流调节阀，可随时调节换气量的大小，其直径均为50mm。

所述智能综合控制模块是整个干燥和加湿过程的控制中枢，干燥过程工作原理是：智能综合控制模块同时向湿度控制器、应力控制器、温度控制器发送指令，湿度感应探头开始测量土体中体积含水率，应力传感器开始测量土体的膨胀力，温度传感器开始测量箱体中温度，当箱体中温度达不到设定值时（假设温度设定值高于箱体温度），温度控制器向U形电加热管和电动风机发送指令，使电动风机和U形电加热管启动，持续向箱体加热，因箱体温度升高导致土体中体积含水率开始降低，土体收缩，应力传感器数值开始减小，当湿度感应探头测量的土体中体积含水率达到设定值时（假设设定值低于初始值），湿度控制器向智能综合控制模块发送指令，智能综合控制模块向温度控制器发送指令，温度控制器向U形电加热管发送指令使其停止转动，电动风机持续工作，当温度传感器测量的箱体温度达到室温时，温度控制器向电动风机发送指令，使其停止运转，应力传感器持续测量土体膨胀力，待其24h内数值﹤0.1KPa时，干燥过程结束；加湿过程工作原理是：智能综合控制模块同时向湿度控制器和应力控制器发送指令，湿度感应探头开始测量土体中体积含水率，当体积含水率达不到设定值时（假设设定值高于初始值），湿度控制器向电动执行机构发送指令，电动执行机构开始工作，电动阀门开启，向土体注水，土体吸水膨胀，湿度感应探头持续测量土体体积含水率，应力传感器开始测量土体膨胀力，当3个湿度感应探头测得的土体体积含水率的平均值达到设定值时，湿度控制器向电动执行机构发送指令，电动阀门关闭，应力控制器持续测量土体体积膨胀力，待其24h内数值﹤0.1KPa时，加湿过程结束。如此循环即为多个干湿循环过程下地基泥岩膨胀力测试过程。

一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能仪的使用方法，其特征在于按下述步骤依次进行：

A、在侧限约束壁底部依次安装底部透水板、底部湿度感应探头和滤纸（滤纸饱和吸水量在试验前进行了校核），按照试验目的及设计要求将地基原状泥岩或重塑泥岩放入滤纸上方；

B、在土样上方依次放置滤纸、顶部透水板、顶部湿度感应探头、盖板、应力传感器、承压立柱、下承压板、荷载测量计、施荷装置、上承压板，将上承压板与竖杆之间的螺母紧固，结束后采用电钻向土样钻孔安装中部湿度感应探头；

C、将以上部件放入箱体，并连接所有信号线、输水管、输油管，打开电源开关，整个测试系统开始工作；

D、根据设计荷载用施荷装置向土体施加上覆荷载，荷载测量计开始测量土体施加的上覆荷载，达到目标值时，电机关闭，将下承压板与竖杆间的螺母紧固，结束后将应力传感器的数值清零；

E、打开止水阀、阀门，且电动执行机构和电动阀门开始工作，由供水容器向土样注水，待止水阀口出水时，立刻关闭止水阀（排出输水管及底座内空气）；

F、打开风机开关、风门调节旋钮，湿度感应探头、温度传感器、应力传感器分别记录初始读数，试验人员设定试验参数（如目标土体含水率、干燥时所需温度等），智能综合控制模块根据试验参数，进行干燥或加湿过程。

本发明的有益效果是：

1．本发明通过湿度感应探头、湿度控制器、电动执行机构、电动阀门、供水容器的全自动智能注水方式，克服了传统的人工注水方式；湿度感应探头可实时测量土样的体积含水率，避免了传统的试验人员需反复称量土样质量测试土样含水率所造成的误差和成本的浪费，也能够满足实际环境中土体的某一特定含水率。

2．本发明通过温度传感器、温度控制器、电动风机、U型加热管、穿孔板可实现试验过程中的自动控温保温目的，使试验土样均匀受热，试验箱体的温度能够实现0-105℃，精度为±0.5℃，可实现在不同恒定温度下的干燥过程。

3、本发明通过应力传感器、温度传感器、湿度传感器和无线传输模块可实现实时测量、实时传输、实时记录试验过程中的温度、土体含水率和土体的膨胀力，避免了人工读数产生的误差。

4、本发明采用的智能综合控制模块只需试验人员输入试验所需参数，便可实现全自动智能控制多个干湿循环的进行，节约了试验人员的试验时间。

5、本发明既能实现重塑泥岩在上覆荷载及干湿循环作用下膨胀力的测定，也能实现原状泥岩在上覆荷载及干湿循环作用下膨胀力的测定，整个测试过程与泥岩所处的实际环境符合度较高，测试结果更具实际工程意义。

6、本发明测试过程便捷，自动化、智能化、精确程度较高，成本低廉，无污染。

附图说明

图1是发明技术路线图；

图2是试验箱体图；

图3是试验箱体图右视图；

图4是试验箱体内部构造图；

图5是U型电加热管图；

图6是穿孔板图；

图中：1-供水容器、2-加压堆载板、3-堆载物、4-支撑台、5-输水管、6-止水阀、7-流量计、8-电动阀门、9-电动执行机构、10-电线、11-连通管、12-接头、13-底座、14-空腔、15-进水道、16-排气道、17-截止阀、18-侧限约束壁、19-透水体、20-湿度感应探头、21-探头固定件、22-信号线、23-湿度控制器、24-智能综合控制单元、25-信号放大器、26-单片机、27-无线发射器、28-电机、29-油压表、30-油缸、31-输油管、32-上承压板、33-施荷装置、34-荷载测量计、35-下承压板、36-承压立柱、37-盖板、38-承压板支撑固定架、39-竖杆、40-应力传感器、41-信号线、42-应力控制器、43-箱体、44-电动风机、45-进气口、46-排湿口、47-保温层、48-U型电加热管、49-穿孔板、50-隔板、51-温度传感器、52-温度控制器、53-箱门、54-门拉手、55-观察窗、56-风机开关、57-电源开关、58-风门调节旋钮、59-显示器、60-空气开关、61-螺母。

具体实施方式

一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，包括全自动加压计量注水模块、侧限约束均匀渗水模块、湿度采集模块、上覆荷载施加模块、膨胀力测量模块、智能控温均匀加热模块；

所述全自动加压计量注水模块包括供水容器1、加压堆载板2、堆载物3、支撑台4、输水管5、止水阀6、流量计7、电动阀门8、电动执行机构9、电线10、连通管11、接头12、湿度控制器23，供水容器1内水体上表面为加压堆载板2，加压堆载板2上表面为堆载物3，供水容器1通过底部垫板放置于支撑台4上表面，供水容器1底部与输水管5一端相连，输水管5穿过连通管11，其另一端通过接头12与侧限约束均匀渗水模块连接，输水管5上依次安装有止水阀6、流量计7和电动阀门8，电动阀门8上设置电动执行机构9，电动执行机构9通过电线10与湿度控制器23相连。

加压堆载板2由10mm厚钢板加工而成，其直径与供水容器1的内径相匹配，作用相当于一个活塞。

连通管40由直径为5cm的钢管加工而成，长15cm，内部放置输水管5和输油管31，在输水管5、输油管31和连通管40内壁间填充陶瓷纤维，起保温隔热作用。

支撑台4与箱体内壁之间的连接方式为焊接，或螺栓紧固连接。

输水管5为铁管，其直径与进水道直径相匹配。

所述侧限约束均匀渗水模块包括底座13、空腔14、进水道15、排气道16、截止阀17、侧限约束壁18、透水体19，底座13设有空腔14，空腔14设有进水道15和排气道16，进水道15与输水管5相通，排气道16延伸到底座13外部且其上设有截止阀17，截止阀17打开时排气道16与大气相通，底座13上表面安装侧限约束壁18，侧限约束壁18底部与底座13之间加以紧固，侧限约束壁18内部设置透水体19，底部透水体19下表面位于底座13内空腔14顶部，顶部透水体19位于土体上部。底部透水体18采用透水石，顶部透水体18由钢板加工而成，直径为85mm，板上开设透水孔。

底座13由50mm厚钢板加工而成，圆形形状，直径为150mm。侧限约束壁18由钢管加工而成，其内径为90mm，外径为100mm，高150mm。排气道16的作用是进行试验时将输水管和底座内的气体排出，以保证水份与底部透水体19完全接触。

所述湿度采集模块包括湿度感应探头20、探头固定件21、信号线22，湿度感应探头20通过探头固定件21固定于侧限约束壁18的某个高度位置，湿度感应探头20通过信号线22与湿度控制器60连接，湿度控制器23一端与智能综合控制单元24连接，另一端与信号放大器25相连，信号放大器25与单片机相连26，单片机26与无线发射器27相连，智能综合控制单元24与空气开关60相连，空气开关60与电源相连。

湿度感应探头的测量精度为0.01%，探头固定件21与湿度感应探头20间留有足够的信号线，以保证土体吸水膨胀后湿度感应探头20随土体的上移量和失水收缩后湿度感应探头20随土体的下移量。

所述上覆荷载施加模块包括电机28、油压表29、油缸30、输油管31、上承压板32、施荷装置33、荷载测量计34、下承压板35、承压立柱36、盖板37、承压板支撑固定架38、竖杆39，油压表29通过输油管31与施荷装置33连接，施荷装置33顶部与荷载测量计34接触，底部固定在上承压板32下表面，荷载测量计34底部与下承压板35上表面接触，下承压板35下表面与承压立柱36接触，盖板37与顶部透水体19接触，承压板支撑固定架38包括至少四根竖杆39，竖杆39底部固定在底座13上或在竖杆底部加装稳定座，上承压板32、下承压板35套接在至少四根竖杆且由紧固件固定在竖杆的某个高度位置。

上承压板32和下承压板35由20mm厚钢板加工而成，承压立柱36为直径100mm的钢管加工而成，高250mm。

所述膨胀力测量模块包括应力传感器40、信号线41、应力控制器42，应力传感器顶部40与承压立柱36下表面接触，底部与盖板37上表面接触，应力传感器40通过信号线41与应力控制器42连接，应力控制器42一端与智能综合控制单元24连接，另一端与信号放大器25相连，信号放大器25与单片机相连26，单片机26与无线发射器27相连。

应力传感器40的精度为0.01KPa。

所述控温均匀加热单模块包括箱体43、电动风机44、进气口45、排湿口46、保温层47、U形电加热管48、穿孔板49、隔板50、温度传感器51、温度控制器52，箱体52侧面安装电动风机44，箱体43顶部安装进气口45和排湿口46，箱体43内表面安装保温层47，箱体43底部保温层47上表面固定安装U形电加热管48和穿孔板49，U形电加热管48和穿孔板49顶部固定于隔板50下表面，温度传感器51固定在隔板50下表面，通过信号线与温度控制器52相连，温度控制器52一端与智能综合控制单元24连接，另一端与信号放大器25相连，信号放大器25与单片机相连26，单片机26与无线发射器27相连，箱体43上有箱门53、门拉手54、观察窗55、风机开关56、电源开关57、风门调节旋钮58、显示器59。

侧限约束壁18与底座13之间的紧固方式为焊接，或是可拆卸连接结构，即在侧限约束壁18下部外圆设法兰，再通过螺栓把法兰与底座13紧固在一起。

顶部透水体19和底部透水体19的上表面各设置一凹槽，该凹槽形状与湿度感应探头20形状相同，其作用是放置湿度感应探头20，且放置湿度感应探头20后的顶部透水体19和底部透水体19的上表面保持平整。

所述的探头固定件21为中心开孔的外六角法兰面堵头，中心孔径与信号线22外径相等，信号线22与外六角法兰面堵头的中心孔紧固连接，保证密封性较高。

所述的施荷装置33为分离式电动液压千斤顶，包含电动机28、油压表29、油缸30、输油管31和顶升部件，顶升部件与荷载测量计34接触。

上承压板32、下承压板35与竖杆39间的紧固件是螺母61，竖杆39为螺纹杆，分别在上承压板32、下承压板35的上表面、下表面各设有螺母61。

所述的进气口45和排湿口46设有气流调节阀，可随时调节换气量的大小，其直径均为50mm。

所述的智能综合控制模块24是整个干燥和加湿过程的控制中枢，干燥过程工作原理是：智能综合控制模块24同时向湿度控制器23、应力控制器42、温度控制器52发送指令，湿度感应探头20开始测量土体中体积含水率，应力传感器40开始测量土体的膨胀力，温度传感器51开始测量箱体43中温度，当箱体43中温度达不到设定值时（假设温度设定值高于箱体温度），温度控制器52向U形电加热管48和电动风机44发送指令，使电动风机44和U形电加热管48启动，持续向箱体43加热，因箱体43温度升高导致土体中体积含水率开始降低，土体收缩，应力传感器40数值开始减小，当湿度感应探头20测量的土体中体积含水率达到设定值时（假设设定值低于初始值），湿度控制器23向智能综合控制模块24发送指令，智能综合控制模块24向温度控制器52发送指令，温度控制器52向U形电加热管48发送指令使其停止转动，电动风机44持续工作，当温度传感器51测量的箱体43温度达到室温时，温度控制器52向电动风机44发送指令，使其停止运转，应力传感器40持续测量土体膨胀力，待其24h内数值﹤0.1KPa时，干燥过程结束；加湿过程工作原理是：智能综合控制模块24同时向湿度控制器23和应力控制器42发送指令，湿度感应探头20开始测量土体中体积含水率，当体积含水率达不到设定值时（假设设定值高于初始值），湿度控制器23向电动执行机构9发送指令，电动执行机构9开始工作，电动阀门8开启，向土体注水，土体吸水膨胀，湿度感应探头20持续测量土体体积含水率，应力传感器40开始测量土体膨胀力，当3个湿度感应探头20测得的土体体积含水率的平均值达到设定值时，湿度控制器23向电动执行机构9发送指令，电动阀门8关闭，应力控制器42持续测量土体体积膨胀力，待其24h内数值﹤0.1KPa时，加湿过程结束。如此循环即为多个干湿循环过程下地基泥岩膨胀力测试过程。

一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能仪的使用方法，其特征在于按下述步骤依次进行：

A、在侧限约束壁18底部依次安装底部透水板19、底部湿度感应探头20和滤纸（滤纸饱和吸水量在试验前进行了校核），按照试验目的及设计要求将地基原状泥岩或重塑泥岩放入滤纸上方；

B、在土样上方依次放置滤纸、顶部透水板19、顶部湿度感应探头20、盖板37、应力传感器40、承压立柱36、下承压板35、荷载测量计34、施荷装置33、上承压板38，将上承压板35与竖杆39之间的螺母61紧固，结束后采用电钻向土样钻孔安装中部湿度感应探头19；

C、将以上部件放入箱体，并连接所有信号线、输水管5、输油管31，打开电源开关，整个测试系统开始工作；

D、根据设计荷载用施荷装置33向土体施加上覆荷载，荷载测量计34开始测量土体施加的上覆荷载，达到目标值时，电机28关闭，将下承压板35与竖杆39间的螺母61紧固，结束后将应力传感器40的数值清零；

E、打开止水阀17、阀门6，且电动执行机构9和电动阀门8开始工作，由供水容器1向土样注水，待止水阀17口出水时，立刻关闭止水阀17（排出输水管及底座内空气）；

F、打开风机开关56、风门调节旋钮58，湿度感应探头20、温度传感器38应力传感器40分别记录初始读数，试验人员设定试验参数（如目标土体含水率、干燥时所需温度等），智能综合控制模块43根据试验参数，进行干燥或加湿过程。

说明：在试验进行前对侧限约束均匀渗水单元底座中的排气道、空腔中的储水量进行了校核；对顶部透水板、盖板、应力传感器、承压立柱、下承压板、荷载测量计、施荷装置、上承压板的质量进行了计算，在施加上覆荷载时进行了扣除；盖板和顶部透水板的直径小于侧限约束壁的内径防止土样膨胀或收缩时，由于摩擦造成的测量误差。

根据大量的设备稳定性测试，证明本发明可以进行地基泥岩在上覆荷载及干湿循环下膨胀力试验。

Claims (9)

1.一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：包括全自动加压计量注水模块、侧限约束均匀渗水模块、湿度采集模块、上覆荷载施加模块、膨胀力测量模块、智能控温均匀加热模块；所述全自动加压计量注水模块包括供水容器（1）、加压堆载板（2）、堆载物（3）、支撑台（4）、输水管（5）、止水阀（6）、流量计（7）、电动阀门（8）、电动执行机构（9）、电线（10）、连通管（11）、接头（12）、湿度控制器（23），供水容器（1）内水体上表面为加压堆载板（2），加压堆载板（2）上表面为堆载物（3），供水容器（1）通过底部垫板放置于支撑台（4）上表面，供水容器（1）底部与输水管（5）一端相连，输水管（5）穿过连通管（11），其另一端通过接头（12）与侧限约束均匀渗水模块连接，输水管（5）上依次安装有止水阀（6）、流量计（7）和电动阀门（8），电动阀门（8）上设置电动执行机构（9），电动执行机构（9）通过电线（10）与湿度控制器（23）相连；所述侧限约束均匀渗水模块包括底座（13）、空腔（14）、进水道（15）、排气道（16）、截止阀（17）、侧限约束壁（18）、透水体（19），底座（13）设有空腔（14），空腔（14）设有进水道（15）和排气道（16），进水道（15）与输水管（5）相通，排气道（16）延伸到底座（13）外部且其上设有截止阀（17），截止阀（17）打开时排气道（16）与大气相通，底座（13）上表面安装侧限约束壁（18），侧限约束壁（18）底部与底座（13）之间加以紧固，侧限约束壁（18）内部设置透水体（19），底部透水体（19）下表面位于底座（13）内空腔（14）顶部，顶部透水体（19）位于土体上部；所述湿度采集模块包括湿度感应探头（20）、探头固定件（21）、信号线（22），湿度感应探头（20）通过探头固定件（21）固定于侧限约束壁（18）的某个高度位置，湿度感应探头（20）通过信号线（22）与湿度控制器（23）连接，湿度控制器（23）一端与智能综合控制单元（24）连接，另一端与信号放大器（25）相连，信号放大器（25）与单片机相连（26），单片机（26）与无线发射器（27）相连，智能综合控制单元（24）与空气开关（60）相连，空气开关（60）与电源相连；所述上覆荷载施加模块包括电机（28）、油压表（29）、油缸（30）、输油管（31）、上承压板（32）、施荷装置（33）、荷载测量计（34）、下承压板（35）、承压立柱（36）、盖板（37）、承压板支撑固定架（38）、竖杆（39），油压表（29）通过输油管（31）与施荷装置（33）连接，施荷装置（33）顶部与荷载测量计（34）接触，底部固定在上承压板（32）下表面，荷载测量计（34）底部与下承压板（35）上表面接触，下承压板（35）下表面与承压立柱（36）接触，盖板（37）与顶部透水体（19）接触，承压板支撑固定架（38）包括至少四根竖杆（39），竖杆（39）底部固定在底座（13）上或在竖杆底部加装稳定座，上承压板（32）、下承压板（35）套接在至少四根竖杆且由紧固件固定在竖杆的某个高度位置；所述膨胀力测量模块包括应力传感器（40）、信号线（41）、应力控制器（42），应力传感器顶部（40）与承压立柱（36）下表面接触，底部与盖板（37）上表面接触，应力传感器（40）通过信号线（41）与应力控制器（42）连接，应力控制器（42）一端与智能综合控制单元（24）连接，另一端与信号放大器（25）相连，信号放大器（25）与单片机相连（26），单片机（26）与无线发射器（27）相连；所述智能控温均匀加热模块包括箱体（43）、电动风机（44）、进气口（45）、排湿口（46）、保温层（47）、U形电加热管（48）、穿孔板（49）、隔板（50）、温度传感器（51）、温度控制器（52），箱体（52）侧面安装电动风机（44），箱体（43）顶部安装进气口（45）和排湿口（46），箱体（43）内表面安装保温层（47），箱体（43）底部保温层（47）上表面固定安装U形电加热管（48）和穿孔板（49），U形电加热管（48）和穿孔板（49）顶部固定于隔板（50）下表面，温度传感器（51）固定在隔板（50）下表面，通过信号线与温度控制器（52）相连，温度控制器（52）一端与智能综合控制单元（24）连接，另一端与信号放大器（25）相连，信号放大器（25）与单片机相连（26），单片机（26）与无线发射器（27）相连，箱体（43）上有箱门（53）、门拉手（54）、观察窗（55）、风机开关（56）、电源开关（57）、风门调节旋钮（58）、显示器（59）。

2.根据权利要求1所述的一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：侧限约束壁（18）与底座（13）之间的紧固方式为焊接，或是可拆卸连接结构，即在侧限约束壁（18）下部外圆设法兰，再通过螺栓把法兰与底座（13）紧固在一起。

3.根据权利要求1所述的一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：顶部透水体（19）和底部透水体（19）的上表面各设置一凹槽，该凹槽形状与湿度感应探头（20）形状相同，其作用是放置湿度感应探头（20），且放置湿度感应探头（20）后的顶部透水体（19）和底部透水体（19）的上表面保持平整。

4.根据权利要求1所述的一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：探头固定件（21）为中心开孔的外六角法兰面堵头，中心孔径与信号线（22）外径相等，信号线（22）与外六角法兰面堵头的中心孔紧固连接，保证密封性较高。

5.根据权利要求1所述的一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：施荷装置（33）为分离式电动液压千斤顶，包含电动机（28）、油压表（29）、油缸（30）、输油管（31）和顶升部件，顶升部件与荷载测量计（34）接触。

6.根据权利要求1所述的一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：上承压板（32）、下承压板（35）与竖杆（39）间的紧固件是螺母（61），竖杆（39）为螺纹杆，分别在上承压板（32）、下承压板（35）的上表面、下表面各设有螺母（61）。

7.根据权利要求1所述的一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：进气口（45）和排湿口（46）设有气流调节阀，可随时调节换气量的大小，其直径均为50mm。

8.根据权利要求1所述的一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能测定仪，其特征是：智能综合控制模块（24）是整个干燥和加湿过程的控制中枢，干燥过程工作原理是：智能综合控制模块（24）同时向湿度控制器（23）、应力控制器（42）、温度控制器（52）发送指令，湿度感应探头（20）开始测量土体中体积含水率，应力传感器（40）开始测量土体的膨胀力，温度传感器（51）开始测量箱体（43）中温度，当箱体（43）中温度达不到设定值时（假设温度设定值高于箱体温度），温度控制器（52）向U形电加热管（48）和电动风机（44）发送指令，使电动风机（44）和U形电加热管（48）启动，持续向箱体（43）加热，因箱体（43）温度升高导致土体中体积含水率开始降低，土体收缩，应力传感器（40）数值开始减小，当湿度感应探头（20）测量的土体中体积含水率达到设定值时（假设设定值低于初始值），湿度控制器（23）向智能综合控制模块（24）发送指令，智能综合控制模块（24）向温度控制器（52）发送指令，温度控制器（52）向U形电加热管（48）发送指令使其停止转动，电动风机（44）持续工作，当温度传感器（51）测量的箱体（43）温度达到室温时，温度控制器（52）向电动风机（44）发送指令，使其停止运转，应力传感器（40）持续测量土体膨胀力，待其24h内数值﹤0.1KPa时，干燥过程结束；加湿过程工作原理是：智能综合控制模块（24）同时向湿度控制器（23）和应力控制器（42）发送指令，湿度感应探头（20）开始测量土体中体积含水率，当体积含水率达不到设定值时（假设设定值高于初始值），湿度控制器（23）向电动执行机构（9）发送指令，电动执行机构（9）开始工作，电动阀门（8）开启，向土体注水，土体吸水膨胀，湿度感应探头（20）持续测量土体体积含水率，应力传感器（40）开始测量土体膨胀力，当3个湿度感应探头（20）测得的土体体积含水率的平均值达到设定值时，湿度控制器（23）向电动执行机构（9）发送指令，电动阀门（8）关闭，应力控制器（42）持续测量土体体积膨胀力，待其24h内数值﹤0.1KPa时，加湿过程结束。

9.据权利要求1所述的一种高铁地基泥岩上覆荷载及干湿循环下膨胀力智能仪的使用方法，其特征在于按下述步骤依次进行：

A、在侧限约束壁（18）底部依次安装底部透水板（19）、底部湿度感应探头（20）和滤纸（滤纸饱和吸水量在试验前进行了校核），按照试验目的及设计要求将地基原状泥岩或重塑泥岩放入滤纸上方；

B、在土样上方依次放置滤纸、顶部透水板（19）、顶部湿度感应探头（20）、盖板（37）、应力传感器（40）、承压立柱（36）、下承压板（35）、荷载测量计（34）、施荷装置（33）、上承压板（38），将上承压板（35）与竖杆（39）之间的螺母（61）紧固，结束后采用电钻向土样钻孔安装中部湿度感应探头（19）；

C、将以上部件放入箱体，并连接所有信号线、输水管（5）、输油管（31），打开电源开关，整个测试系统开始工作；

D、根据设计荷载用施荷装置（33）向土体施加上覆荷载，荷载测量计（34）开始测量土体施加的上覆荷载，达到目标值时，电机（28）关闭，将下承压板（35）与竖杆（39）间的螺母（61）紧固，结束后将应力传感器（40）的数值清零；

E、打开止水阀（17）、阀门（6），且电动执行机构（9）和电动阀门（8）开始工作，由供水容器（1）向土样注水，待止水阀（17）口出水时，立刻关闭止水阀（17）（排出输水管及底座内空气）；

F、打开风机开关（56）、风门调节旋钮（58），湿度感应探头（20）、温度传感器（38）、应力传感器（40）分别记录初始读数，试验人员设定试验参数（如目标土体含水率、干燥时所需温度等），智能综合控制模块（43）根据试验参数，进行干燥或加湿过程。