CN111505239A - 一种水热力耦合模型试验箱 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水热力耦合试验领域，具体是一种水热力耦合模型试验箱，包括试验箱、设置在试验箱中的试验箱盖、设置在试验箱相对立侧壁上的保温材料层，所述的试验箱内设置有使得冷液的进液口与出液口相邻且都在土体外表面的双层冻结管组，所述的试验箱内还设置有若干组安装在土里的弹簧钢条，所述的弹簧钢条上设置有间接采集土体的应变数据的应变片，所述的试验箱上设置有若干组土压力传感器，采用气动C式快插接头凹头和气动C式快插接头凸头，只需将凸接头插入或拔出凹接头中便可实现管路的连通或断开，使其达到研究分时冻结或分时停冻对冻结效果的影响。
Description
技术领域
本发明涉及水热力耦合试验领域，具体是一种水热力耦合模型试验箱。
背景技术
人工冻结法在地下工程中的应用越来越广泛，尤其是地下条件复杂的情况，冻结工程中往往面临着存在地下水、土层复杂、受力情况复杂等问题，因此进行相关的模型试验研究有很重要的现实意义，然而没有大型的可以同时考虑水热力耦合的相关模型试验设备。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种水热力耦合模型试验箱，能够模拟在复杂条件下土体冻结温度场、冻胀力、应力、应变、融沉等关键问题，试验步骤简单，大大简化了操作流程，缩短了试验时间和节省了试验成本。
一种水热力耦合模型试验箱，包括试验箱、设置在试验箱中的试验箱盖、设置在试验箱相对立侧壁上的保温材料层，所述的试验箱内设置有使得冷液的进液口与出液口相邻且都在土体外表面的双层冻结管组，所述的试验箱内还设置有若干组安装在土里的弹簧钢条，所述的弹簧钢条上设置有间接采集土体的应变数据的应变片，所述的试验箱上设置有若干组可以采集到冻胀力对土体产生的压力大小且导线竖直向上归一并伸出试验箱的土压力传感器。
所述的试验箱内设置有若干组温度监测系统。
所述的双层冻结管组包括设置在试验箱的土里用于结冻的内冻结管和外冻结管、分别与内冻结管和外冻结管配合的进水软管和出水软管、分别安装在进水软管和出水软管上的气动C式快插接头凹头和气动C式快插接头凸头。
所述的内冻结管和外冻结管上分别设置有干管去路和干管回路。
所述的干管去路和干管回路上均设置有流量计。
在试验箱的两侧均有设置且与两组保温材料层相邻分布的大粒径缓冲材料层。
所述的试验箱的对应位置分别设置有进水管和出水管，所述的进水管和出水管上均设置有阀门和压力表。
本发明的有益效果是：采用了与实际工程中原理相同的双层冻结管组的形式，冷液的进液口与出液口相邻且都在土体外表面，一方面有利于双层冻结管组的布置，另一方面可以进行流量、流速、冷液温度类对冻结效果影响的相关试验并指导施工；
采用气动C式快插接头凹头和气动C式快插接头凸头，只需将凸接头插入或拔出凹接头中便可实现管路的连通或断开，可以随时开始或结束双层冻结管组的冻结，使其达到研究分时冻结或分时停冻对冻结效果的影响；
通过将应变片贴与弹簧钢条上，并将弹簧钢条安放在土中的办法间接采集土体的应变数据；
内冻结管和干管去路采用进水软管连接，外冻结管和干管回路之间采用出水软管连接，大大增加了冻结管布置的灵活性，双层冻结管组可以布置在试验箱体的任何部位，突破了以往冻结管需成排布置且间距固定的局限性，拓展了研究问题的深度与广度；
采用在试验箱周边布置土压力传感器，可以采集到冻胀力对土体产生的压力大小。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的试验箱的立面透视结构示意图；
图2为本发明的试验箱的立体透视结构示意图；
图3为本发明的试验箱俯视结构示意图；
图4为本发明的外接管路结构示意图；
图5为本发明的双层冻结管组结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图5所示，一种水热力耦合模型试验箱，包括试验箱1、设置在试验箱1中的试验箱盖2、设置在试验箱1相对立侧壁上的保温材料层3，所述的试验箱1内设置有使得冷液的进液口与出液口相邻且都在土体外表面的双层冻结管组，所述的试验箱1内还设置有若干组安装在土里的弹簧钢条10，所述的弹簧钢条10上设置有间接采集土体的应变数据的应变片11，所述的试验箱1上设置有若干组可以采集到冻胀力对土体产生的压力大小且导线竖直向上归一并伸出试验箱1的土压力传感器9。
所述的试验箱1内设置有若干组温度监测系统18。
如图1所示，所述的试验箱1分为I区、II区、III区。
所述的双层冻结管组包括设置在试验箱1的土里用于结冻的内冻结管12和外冻结管13、分别与内冻结管12和外冻结管13配合的进水软管14和出水软管16、分别安装在进水软管14和出水软管16上的气动C式快插接头凹头15和气动C式快插接头凸头17。
所述的内冻结管12和外冻结管13上分别设置有干管去路19和干管回路21。
内冻结管12和干管去路19采用进水软管14连接，外冻结管13和干管回路21之间采用出水软管16连接，大大增加了冻结管布置的灵活性，冻结管可以布置在试验箱体的任何部位，突破了以往冻结管需成排布置且间距固定的局限性，拓展了研究问题的深度与广度。
一般模型试验中使用的冻结管都是普通管子，冷液单向流过达到制冷的目的，这与实际工程中采用的冻结管形式不同，本发明采用了与实际工程中原理相同的双层冻结管形式，冷液的进液口与出液口相邻且都在土体外表面，这样一方面有利于双层冻结管组的布置，另一方面可以进行流量、流速、冷液温度类对冻结效果影响的相关试验并指导施工。
所述的干管去路19和干管回路21上均设置有流量计20。
采用了气动C式快插接头凹头15和气动C式快插接头凸头17，只需将凸接头插入或拔出凹接头中便可实现管路的连通或断开，可以随时开始或结束双层冻结管组的冻结，使其达到研究分时冻结或分时停冻对冻结效果的影响。
在试验箱1的两侧均有设置且与两组保温材料层3相邻分布的大粒径缓冲材料层4。
所述的试验箱1的对应位置分别设置有进水管5和出水管6，所述的进水管5和出水管6上均设置有阀门7和压力表8。
水流从低进水口流入缓冲层通过试样从出水口流出，通过控制水压力可以模拟不同的流速对冻结的影响。
整个试验系统原理科学，操作简单，结果可靠，造价低廉，且具有可拓展性。
本发明的使用步骤如下：
1、将保温材料3与大粒径缓冲材料4分别充填在试验箱1中的不同部位；
2、将保温材料3充填在试验箱盖2中；
3、将进水管5与出水管6近端安装在试验箱对应位置；
4、将进水管5与出水管6远端安装在渗流循环系统中；
5、将阀门7与压力表8分别安装在进水管5与出水管6上；
6、将土压力传感器9分别固定在试验箱不同部位，导线竖直向上归一并伸出试验箱；
7、将应变片11粘贴在弹簧钢条10对应位置，导线竖直向上归一并伸出试验箱；
8、将内冻结管12、外冻结管13、进水软管14、气动C式快插接头凹头15、出水软管16、气动C式快插接头凸头17依次连接；
9、在试验箱I区中铺薄层黏土；
10、将弹簧钢条10和冻结管分别临时固定在黏土中；
11、在试验箱1的I区中分层铺黏土并夯实；
12、在试验箱1的II区中分层铺土样，并在相应部位安装温度监测系统18；
13、在试验箱1的III区中分层铺黏土并夯实，如有必要可在黏土顶部浇灌沥青；
14、将气动C式快插接头凹头15安装在进水软管14上，气动C式快插接头凸头17安装在出水软管16上；
15、将阀门7、流量计20、进水软管14安装在干管去路19近端上；
16、将阀门7、流量计20、出水软管16安装在干管回路21近端上；
17、将干管去路19远端、干管回路21远端接入冷冻循环系统中；
18、将冻结管上的气动C式快插接头凹头15、气动C式快插接头凸头17分别与干管上的气动C式快插接头凸头17、气动C式快插接头凹头15相连接，组成封闭的冷冻循环系统；
19、冷冻循环系统外表面铺贴保温材料；
20、将外接的渗流系统、温度监测系统、土压力监测系统、应变监测系统类导线接入相关设备采集数据并于电脑端显示；
21、各系统分别进行调试合格；
22、根据需要进行试验，并自动采集相关试验数据。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种水热力耦合模型试验箱，包括试验箱(1)、设置在试验箱(1)中的试验箱盖(2)、设置在试验箱(1)相对立侧壁上的保温材料层(3)，其特征在于：所述的试验箱(1)内设置有使得冷液的进液口与出液口相邻且都在土体外表面的双层冻结管组，所述的试验箱(1)内还设置有若干组安装在土里的弹簧钢条(10)，所述的弹簧钢条(10)上设置有间接采集土体的应变数据的应变片(11)，所述的试验箱(1)上设置有若干组可以采集到冻胀力对土体产生的压力大小且导线竖直向上归一并伸出试验箱(1)的土压力传感器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种水热力耦合模型试验箱，其特征在于：所述的试验箱(1)内设置有若干组温度监测系统(18)。
3.根据权利要求1所述的一种水热力耦合模型试验箱，其特征在于：所述的双层冻结管组包括设置在试验箱(1)的土里用于结冻的内冻结管(12)和外冻结管(13)、分别与内冻结管(12)和外冻结管(13)配合的进水软管(14)和出水软管(16)、分别安装在进水软管(14)和出水软管(16)上的气动C式快插接头凹头(15)和气动C式快插接头凸头(17)。
4.根据权利要求3所述的一种水热力耦合模型试验箱，其特征在于：所述的内冻结管(12)和外冻结管(13)上分别设置有干管去路(19)和干管回路(21)。
5.根据权利要求4所述的一种水热力耦合模型试验箱，其特征在于：所述的干管去路(19)和干管回路(21)上均设置有流量计(20)。
6.根据权利要求1所述的一种水热力耦合模型试验箱，其特征在于：在试验箱(1)的两侧均有设置且与两组保温材料层(3)相邻分布的大粒径缓冲材料层(4)。
7.根据权利要求1所述的一种水热力耦合模型试验箱，其特征在于：所述的试验箱(1)的对应位置分别设置有进水管(5)和出水管(6)，所述的进水管(5)和出水管(6)上均设置有阀门(7)和压力表(8)。
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