CN110779948A - 分层控温土壤冻融循环试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤冻融试验技术领域，尤其为分层控温土壤冻融循环试验装置，包括试验箱，试验箱的外部一侧设置有若干个温度传感器、水分传感器、温度显示器和水分显示器，试验箱的内部开设有若干个试验仓，相邻的试验仓之间位于试验箱的内壁四周固定有密封圈，试验箱的内部位于试验仓的内侧设置有试验筒，试验箱和试验筒的一侧均开设有若干个插孔，试验筒的内部设置有刮筒，试验筒和刮筒的上端两侧分别固定有一号提杆和二号提杆，刮筒的上端设置有密封盖,通过开设的若干处插孔便于温度传感器和水分传感器上、中、下位置的分段插入，插入简单，固定稳固,同时，通过二号提杆和刮筒便于试验筒内部土样的刮动清出，使用简单便捷。

Description

分层控温土壤冻融循环试验装置

技术领域

本发明属于土壤冻融试验技术领域，具体涉及分层控温土壤冻融循环试验装置。

背景技术

土壤的冻融是一个非常复杂的过程，它伴随物理、物理化学、力学的现象和子过程，最主要的包括水分、热量的传输、水分相变和盐分的积聚过程，据统计，全球陆地面积70%存在冻土，其中14%为永久冻土，56%为季节冻土；我国是世界上第三冻土大国,冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，冻融过程中伴随着水分和温度的变化，进而造成季节性冻土产生冻胀和融沉现象，并对冻土区的修筑工程和道桥工程造成一定程度的破坏，冻胀问题严重困扰着严寒地区冻土地基上构筑物的使用情况,现有的土壤冻融试验装置存在试验效果较差的问题。

目前国内于2012年11月28日授权的，授权公众号为CN202562912U的一种分层控温土壤冻融循环试验装置，基于上述问题提供了一种新的解决方案，设置有分层控温土壤冻融试验箱，能够分层控温对土壤冻融循环进行试验，试验效果较好，但该专利在使用过程中还存在以下问题:分层控温土壤冻融试验箱内部密封效果较差，温度守恒不均；温度传感器、水分传感器插入土壤不便，固定不牢；试验筒装盛土样后，需要通过土样升降架送入，结构复杂；试验筒装盛土样后，内部土样不易清出，影响试验筒的使用。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了分层控温土壤冻融循环试验装置，具有结构简单和操作便捷的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：分层控温土壤冻融循环试验装置，包括试验箱，试验箱的外部一侧设置有若干个温度传感器、水分传感器、温度显示器和水分显示器，试验箱的内部开设有若干个试验仓，相邻的试验仓之间位于试验箱的内壁四周固定有密封圈，试验箱的内部位于试验仓的内侧设置有试验筒，试验箱和试验筒的一侧均开设有若干个插孔，试验筒的内部设置有刮筒，试验筒和刮筒的上端两侧分别固定有一号提杆和二号提杆，刮筒的上端设置有密封盖。

作为本发明的分层控温土壤冻融循环试验装置优选技术方案，温度传感器与水分传感器均为圆形结构且呈对称设置，温度传感器与水分传感器均与插孔相穿合且贯穿试验箱与试验筒，温度显示器与水分显示器均为圆形结构且呈对称设置，温度传感器和水分传感器分别与温度显示器和水分显示器电性相连接，温度显示器与水分显示器均与试验箱固定相连接。

作为本发明的分层控温土壤冻融循环试验装置优选技术方案，试验箱的外部一侧固定有若干个温度控制器，试验箱的内壁四周位于试验仓的内部固定有制冷管，制冷管与试验筒相套合，制冷管与制冷管电性相连接。

作为本发明的分层控温土壤冻融循环试验装置优选技术方案，试验筒与密封圈相互贴合，试验筒与刮筒相互套合，刮筒包括立杆和刮板，刮板的上端两侧均固定有立杆。

作为本发明的分层控温土壤冻融循环试验装置优选技术方案，一号提杆与二号提杆均呈倾斜设置且相互贴合。

作为本发明的分层控温土壤冻融循环试验装置优选技术方案，密封盖与刮筒嵌合相连接，刮筒的上端中心位置处开设有弧形槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：设置有试验箱，试验箱内部设置有试验筒，试验箱内部开设有三处试验仓，试验仓之间设置有密封圈，试验箱与试验筒一侧均开设有插孔，试验筒内部设置有刮筒，试验筒上端和刮筒上端分别设置有一号提杆和二号提杆，且刮筒上端设置有密封盖，通过试验仓与试验仓之间设置的密封圈便于试验箱密封，便于温度守恒；通过开设的若干处插孔便于温度传感器和水分传感器上、中、下位置的分段插入，插入简单，固定稳固；通过一号提杆和试验筒便于试验筒内部土样的放置，操作简单便捷；通过二号提杆和刮筒便于试验筒内部土样的刮动清出，使用简单便捷。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的内部剖视结构示意图；

图3为本发明中的试验筒结构示意图；

图4为本发明中的试验筒内部剖视结构示意图；

图5为本发明中的试验筒上部结构示意图；

图6为本发明中的试验箱上部内部剖视结构示意图；

图中：1、试验箱；2、温度传感器；3、水分传感器；4、温度显示器；5、水分显示器；6、温度控制器；7、试验仓；8、制冷管；9、密封圈；10、试验筒；11、插孔；12、刮筒；13、一号提杆；14、二号提杆；15、密封盖；16、立杆；17、刮板。

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。

实施例

请参阅图1-6，本发明提供以下技术方案：分层控温土壤冻融循环试验装置，包括试验箱1，试验箱1的外部一侧设置有若干个温度传感器2、水分传感器3、温度显示器4和水分显示器5，试验箱1的内部开设有若干个试验仓7，相邻的试验仓7之间位于试验箱1的内壁四周固定有密封圈9，试验箱1的内部位于试验仓7的内侧设置有试验筒10，试验箱1和试验筒10的一侧均开设有若干个插孔11，试验筒10的内部设置有刮筒12，试验筒10和刮筒12的上端两侧分别固定有一号提杆13和二号提杆14，刮筒12的上端设置有密封盖15，本实施例中试验箱1为金属材质且内部中空，试验仓7为柱形结构，密封圈9为硅胶环形结构，在使用时，通过一号提杆13将刮筒12插入试验筒10内部，将土样放入试验筒10内侧位于刮筒12内部，通过二号提杆14将试验筒10插入试验箱1内部，并通过密封盖15对试验筒10以及刮筒12进行密封，将三处温度传感器2和三处水分传感器3分别通过试验箱1和试验筒10一侧上、中、下位置两侧开设的若干个插孔11插入土样中，通过温度控制器6控制试验箱1内部上、中、下三处试验仓7中的三处制冷管8制冷，然后进行土样冻融试验，通过试验仓7与试验仓7之间设置的密封圈9便于试验箱1密封，便于温度守恒；通过开设的若干处插孔11便于温度传感器2和水分传感器3上、中、下位置的分段插入，插入简单，固定稳固；通过一号提杆13和试验筒10便于试验筒10内部土样的放置，操作简单便捷；通过二号提杆14和刮筒12便于试验筒10内部土样的刮动清出，使用简单便捷。

具体的，温度传感器2与水分传感器3均为圆形结构且呈对称设置，温度传感器2与水分传感器3均与插孔11相穿合且贯穿试验箱1与试验筒10，温度显示器4与水分显示器5均为圆形结构且呈对称设置，温度传感器2和水分传感器3分别与温度显示器4和水分显示器5电性相连接，温度显示器4与水分显示器5均与试验箱1固定相连接，本实施例中温度传感器2使用的是型号为BCZ-88的温度传感器2，水分传感器3是型号为M398435的水分传感器3，温度传感器2和水分传感器3均设有三处，且呈上、中、下分段设置，且分别与三处温度显示器4和水分显示器5电性相连接，温度显示器4使用的是型号为JM1400的温度显示器4，水分显示器5使用的是型号为HKT535水分显示器5，通过三处温度传感器2和三处温度显示器4能够对试验中的土样进行实时温度数据监测，通过三处水分传感器3和三处水分显示器5能够对试验筒10中的土样进行实时水分数据监测，从而能够对试验筒10中的土样冻融变化过程中的温度和水分数据进行实时监测，通过六处插孔11便于三处温度传感器2和三处水分传感器3贯穿试验箱1和试验筒10并插入土样中，插入简单便捷，安装稳定牢固。

具体的，试验箱1的外部一侧固定有若干个温度控制器6，试验箱1的内壁四周位于试验仓7的内部固定有制冷管8，制冷管8与试验筒10相套合，制冷管8与制冷管8电性相连接，本实施例中温度控制器6使用的是型号为M4017的温度控制器6，通过三处温度控制器6能够对三处试验仓7内部的共三处制冷管8进行制冷控制，从而能够对三处试验仓7内部的温度控制器6进行分层控温，进而能够对土样进行分段试验，制冷管8使用的是型号为TP紫铜的制冷管8，呈环形结构通过制冷管8便于土样的制冷，便于土样冻融试验。

具体的，试验筒10与密封圈9相互贴合，试验筒10与刮筒12相互套合，刮筒12包括立杆16和刮板17，刮板17的上端两侧均固定有立杆16，本实施例中试验筒10为金属筒状结构，通过试验筒10便于土样冻融试验，刮筒12包括底端的金属圆形刮板17，和刮板17上端两侧的金属弧形立杆16，通过二号提杆14带动立杆16和刮板17向试验筒10的筒口处移动，从而通过刮板17将试验筒10内部的土样清出，土样清理简单便捷。

具体的，一号提杆13与二号提杆14均呈倾斜设置且相互贴合，本实施例中一号提杆13便于试验筒10的提升，便于试验筒10中土样的放置，二号提杆14便于刮筒12的提升，便于刮筒12的放置以及土样的清出，一号提杆13与二号提杆14均为金属材质。

具体的，密封盖15与刮筒12嵌合相连接，刮筒12的上端中心位置处开设有弧形槽，本实施例中密封盖15为橡胶圆形结构，外部与刮筒12内壁嵌合相连接，通过密封盖15便于试验筒10以及刮筒12的密封，便于土样的温度守恒，通过弧形槽便于密封盖15的旋动与拔取。

本发明的工作原理及使用流程：本发明在使用时，通过二号提杆14将刮筒12插入试验筒10的内部，将待试验土样放入试验筒10的内侧位于刮筒12的内部，通过一号提杆13将试验筒10插入试验箱1的内部，向下按压密封盖15对试验筒10以及刮筒12进行封合，通过一号提杆13转动试验筒10，使得试验筒10一侧的六处插孔11与试验箱1一侧的六处插孔11相互贴合相通，将三处温度传感器2和三处水分传感器3分别插入六处插孔11中，呈上、中、下左右对称设置，外接电源启动温度控制器6、水分显示器5和温度显示器4，通过外部制冷设备，例如制冷机，以及三处温度控制器6控制试验箱1内部开设的三处试验仓7中的制冷管8进行分层制冷，待土样呈冻态时，关闭温度控制器6和制冷管8，在土样冻融变化过程中，通过三处温度显示器4和三处水分显示器5实时显示土壤上、中、下三处位置的温度变化和水分变化，并进行相应的记录，试验完毕后，将试验筒10连同刮筒12从试验箱1中取出，打开密封盖15，通过一号提杆13带动试验筒10内部的立杆16和底部的刮板17向试验筒10的筒口处移动，从而通过刮板17将试验筒10内部的土样清出。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.分层控温土壤冻融循环试验装置，其特征在于：包括试验箱（1），试验箱（1）的外部一侧设置有若干个温度传感器（2）、水分传感器（3）、温度显示器（4）和水分显示器（5），试验箱（1）的内部开设有若干个试验仓（7），相邻的试验仓（7）之间位于试验箱（1）的内壁四周固定有密封圈（9），试验箱（1）的内部位于试验仓（7）的内侧设置有试验筒（10），试验箱（1）和试验筒（10）的一侧均开设有若干个插孔（11），试验筒（10）的内部设置有刮筒（12），试验筒（10）和刮筒（12）的上端两侧分别固定有一号提杆（13）和二号提杆（14），刮筒（12）的上端设置有密封盖（15）。

2.根据权利要求1所述的分层控温土壤冻融循环试验装置，其特征在于：温度传感器（2）与水分传感器（3）均为圆形结构且呈对称设置，温度传感器（2）与水分传感器（3）均与插孔（11）相穿合且贯穿试验箱（1）与试验筒（10），温度显示器（4）与水分显示器（5）均为圆形结构且呈对称设置，温度传感器（2）和水分传感器（3）分别与温度显示器（4）和水分显示器（5）电性相连接，温度显示器（4）与水分显示器（5）均与试验箱（1）固定相连接。

3.根据权利要求1所述的分层控温土壤冻融循环试验装置，其特征在于：试验箱（1）的外部一侧固定有若干个温度控制器（6），试验箱（1）的内壁四周位于试验仓（7）的内部固定有制冷管（8），制冷管（8）与试验筒（10）相套合，制冷管（8）与制冷管（8）电性相连接。

4.根据权利要求1所述的分层控温土壤冻融循环试验装置，其特征在于：试验筒（10）与密封圈（9）相互贴合，试验筒（10）与刮筒（12）相互套合，刮筒（12）包括立杆（16）和刮板（17），刮板（17）的上端两侧均固定有立杆（16）。

5.根据权利要求1所述的分层控温土壤冻融循环试验装置，其特征在于：一号提杆（13）与二号提杆（14）均呈倾斜设置且相互贴合。

6.根据权利要求1所述的分层控温土壤冻融循环试验装置，其特征在于：密封盖（15）与刮筒（12）嵌合相连接，刮筒（12）的上端中心位置处开设有弧形槽。

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