CN111707705A - 双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置和试验方法，其中试验装置包括外层试验箱、内层试验箱和试样箱；在使用状态下，试样箱位于所述内层试验箱内部，内层试验箱位于所述外层试验箱内部；试样箱包括顶部开口的不锈钢箱体，该不锈钢箱体为上下两层的分体式结构，不锈钢箱体的下层设有两对安装孔，每对包括两个相对布置在不锈钢箱体两侧壁上的安装孔，两对安装孔为上下分布，且每对安装孔中贯穿有一根透壁通风管。本发明装置简单，试验方法操作简单，受外界环境小。

Description

双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置及试验方法

技术领域

本申请属于路堤降温试验技术领域，具体涉及一种双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置及试验方法。

背景技术

公路在经历长期服役之后，由于长时间暴露在复杂的外部环境之下，受到雨水、空气对流、太阳辐射等多种气候因素的影响和长期作用，路基路面各层的湿度、密度和模量等物理参数较设计值而言均会发生变化。而模量和密度的变化很可能会进一步诱发路基沉陷、失稳以及路面开裂等病害。因此，对道路在气候影响下的服役状态开展研究，明确道路各层各参数的演化规律，探究其平衡状态，对提高路基路面服役性能和道路病害的防治具有重要意义。

发明内容

本申请的目的在于提供一种双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置及试验方法，装置简单，试验方法操作简单，受外界环境小。

为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：

一种双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置，所述双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置包括外层试验箱、内层试验箱和试样箱；在使用状态下，所述试样箱位于所述内层试验箱内部，所述内层试验箱位于所述外层试验箱内部；

所述试样箱包括顶部开口的不锈钢箱体，该不锈钢箱体为上下两层的分体式结构，所述不锈钢箱体的下层设有两对安装孔，每对包括两个相对布置在不锈钢箱体两侧壁上的安装孔，两对安装孔为上下分布，且每对安装孔中贯穿有一根透壁通风管。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

作为优选，所述外层试验箱和内层试验箱均为双开门结构，所述外层试验箱的内底部设有第一导轨，所述内层试验箱的内底部设有第二导轨，所述内层试验箱的外底面连接有第一滚轮，所述试样箱的外底面连接有第二滚轮。

作为优选，所述透壁通风管的内部安装有一个或多个风机，且所述风机的出风方向朝向透壁通风管的管口。

作为优选，所述不锈钢箱体的上下两层通过贯穿上层侧壁、并在贯穿后深入下层侧壁的第一螺杆连接。

作为优选，所述外层试验箱内安装有第一箱温控制器，该第一箱温控制器外接位于外层试验箱外部的第一制冷机组，所述内层试验箱内安装有第二箱温控制器，该第二箱温控制器外接位于外层试验箱外部的第二制冷机组，所述第一制冷机组和第二制冷机组连接至温控计算机。

作为优选，所述试样箱的顶部连接有至少两条用于起吊的钢丝绳。

本申请还提供一种基于上述任一技术方案所述的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置的试验方法，不锈钢箱体上下分布的两对安装孔中，位于上方的一对为第一安装孔，位于下方的一对为第二安装孔；

所述试验方法包括以下步骤：

在不锈钢箱体内布设预设厚度的保温板；

在木条架上固定试验用的温度传感器，并将木条架安装于不锈钢箱体内部；

在不锈钢箱体的第二安装孔中插入透壁通风管，向试样箱内以随机抛掷的方式放置碎石，直至碎石达到不锈钢箱体的第二安装孔；

在不锈钢箱体的第一安装孔中插入透壁通风管，并继续向试样箱内以随机抛掷的方式放置碎石，直至碎石与不锈钢箱体的顶部平齐；

将试样箱移动至内层试验箱内部，然后将内层试验箱连同试样箱一起移动至外层试验箱内部进行试验。

作为优选，在向试样箱内以随机抛掷的方式放置碎石时，每填入20cm碎石即采用木棍筑实。

作为优选，所述温度传感器连接至位于外层试验箱外部的数采仪，所述数采仪连接有数据采集计算机。

本申请提供的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置及试验方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)其使用的不锈钢箱体为上下两层的分体式结构，利于碎石的填入，便于控制碎石路堤模型更贴近自然环境中的碎石路堤。

2)双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置针对单层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置而言，可在两只通风管内通风，从而增加冷量输入，便于提高试验条件的准确性以及可调范围。

3)本申请的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置通过外层试验箱、内层试验箱和试样箱嵌套的安装方式进行试验，不仅降低试验操作难度，还可有效隔绝外界环境对试验的干扰。

附图说明

图1为本申请的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置的结构示意图；

图2为本申请试样箱的主视图；

图3为本申请试样箱的侧视图；

图4为本申请试样箱的俯视图；

图5为本申请透壁通风管的结构示意图；

图6为本申请风机的安装示意图。

图示中的附图标记说明如下：1、外层试验箱；2、内层试验箱；3、试样箱；31、不锈钢箱体；32、第二螺杆；33、第一螺杆；34、钢丝绳；35、第二安装孔；36、第一安装孔；37、第二滚轮；4、第一箱温控制器；5、第二箱温控制器；6、第一制冷机组；7、第二制冷机组；8、温控计算机；9、温度传感器；10、数采仪；11、透壁通风管；12、数据采集计算机；13、第一导轨；14、风机。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是在于限制本申请。

其中一个实施例中，提供一种双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置，用于碎石路堤模型降温效应的研究。

如图1所示，本实施例的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置包括外层试验箱1、内层试验箱2和试样箱3。

在使用状态下，试样箱3位于内层试验箱2内部，内层试验箱2位于外层试验箱1内部。这里主要强调使用状态下的位置关系，以形成所需的试验条件，因此对未使用状态下的位置关系不做严格限制。

如图2～4所示，试样箱3包括顶部开口的不锈钢箱体31，该不锈钢箱体31为上下两层的分体式结构，且不锈钢箱体31的下层设有两对安装孔，每对包括两个相对布置在不锈钢箱体31两侧壁上的安装孔，两对安装孔为上下分布，且每对安装孔中贯穿有一根透壁通风管11。

本申请中将试样箱3设计为上下两层，是为了便于拆装碎石路堤模型，使装置的使用更加人性化。并且上下分布的安装孔用于安装透壁通风管，以便于控制试验条件。为了便于描述，不锈钢箱体31上下分布的两对安装孔中，位于上方的一对为第一安装孔36，位于下方的一对为第二安装孔35。

为了得到较为准确的试验结果，在一实施例中，设置试样箱3的不锈钢箱体31的尺寸为长1270mm、宽770mm、高1100mm，并且设置两对安装孔的位置分别位于距离试样箱底部200mm、500mm的高度，并且上方的安装孔位于下方安装孔的正上方，以此得到较好的通风效果。

同时为了避免安装孔的开设对不锈钢箱体31自身的结构强度产生影响，设计安装孔为直径为110mm的圆孔，保证碎石路堤模型具有可靠的设置环境。

当装置体积过大时，会对碎石路堤的拆装带来不便，因此在一实施例中，在试样箱3的顶部连接有至少两条用于起吊的钢丝绳34。

钢丝绳34与不锈钢试样箱31之间的连接可以通过安装在不锈钢箱体31顶部四角的第二螺杆32完成，当然也可以直接在不锈钢箱体31上安装吊环。

如图5所示，透壁通风管11为表面带有若干开孔的管状结构，以增加碎石路堤模型中的通风。需要说明的是，本申请使用的透壁通风管为现有常规结构，这里不再对透壁通风管的结构进行展开描述。

如图6所示，在一实施例中，为了提高透壁通风管11中风速流动的可控性，在透壁通风管11的内部安装一个或多个风机14，且风机14的出风方向朝向透壁通风管的管口。由此通过风机转动带动透壁通风管中的风速流动，以更好的模拟自然环境。

由于安装孔的直径为110mm，因此设置透壁通风管11的直径也为110mm。容易理解的是，为了保证透壁通风管能够正常安装，其直径实际为略小于110mm。

为了提高风机14的效果，在一实施例中，设置风机14的直径为100mm，并且风机14具有1m/s、3m/s、5m/s的风速调节，使得试样箱3具有更贴合自然的环境。

在安装风机14时，可以从透壁通风管11的管口推入安装，也可以是在透壁通风管11的管壁上开相应避让口，直接从避让口插入风机14。需要说明的是，风机的安装并不作为本申请的保护重点，因此不对风机的安装进行限制，并且风机安装的数量可根据试验需求进行调整。

容易理解的是，为保证风机的正常使用，风机上必然有电线接出以供电。并且风机的调速可参考现有电扇的调速方式等，这些在本申请中均不作限制。

本实施例的试样箱3为上下两层结构，在使用中需保证两层结构之间无相对位移，因此在一实施例中，不锈钢箱体31的上下两层通过贯穿上层侧壁、并在贯穿后深入下层侧壁的第一螺杆33连接。

具体的，以不锈钢箱体顶部开口所形成的矩形中较长一边作为X轴、较短一边作为Y轴(如图4所示)，设置试样箱沿X方向每侧壁安装3个第一螺杆，共通过6个第一螺杆紧固上下两层。并且每个第一螺杆贯穿上层、并深入下层50mm，以保证不锈钢箱体的上下两层可靠连接。

若用于连接钢丝绳34的为第二螺杆32，则在拆装不锈钢箱体31时，需同时拆装第一螺杆33和第二螺杆32。

为了便于试样箱3的移动，在一实施例中，设置外层试验箱1和内层试验箱2均为双开门结构。并且外层试验箱1的内底部设有第一导轨13，内层试验箱2的内底部设有第二导轨，内层试验箱2的外底面连接有第一滚轮，试样箱3的外底面连接有第二滚轮37。通过导轨和滚轮的配合结构，即可轻松完成试样箱和内层试验箱的移动。

进一步设置试样箱3底部安装的第二滚轮37有4个且为金属滚轮，内层试验箱2底部安装的第一滚轮有4个且为金属滚轮，第一导轨和第二导轨为铁轨，铁轨平直光滑且强度高，利于滚轮的运动并且安装的可靠性高。在铁轨与金属滚轮的配合中，铁轨可以采用三角铁，以便于刚好嵌入金属滚轮。

通常在进行试验时需要对碎石路堤模型进行控温，以高度模仿外界环境条件，因此在一实施例中，外层试验箱1内安装有第一箱温控制器4，该第一箱温控制器4外接位于外层试验箱1外部的第一制冷机组6，内层试验箱2内安装有第二箱温控制器5，该第二箱温控制器5外接位于外层试验箱1外部的第二制冷机组7，第一制冷机组6和第二制冷机组7连接至温控计算机8。

本申请使用的外层试验箱和内层试验箱为高低温试验箱，上述箱温控制器为高低温试验箱中的温湿度控制器。其中高低温试验箱以及温湿度控制器均为本领域的常规试验设备，这里不对其结构以及工作原理进一步详述。

本实施例通过外层试验箱创造一个恒温环境隔绝外界环境对内层试验箱的影响。内层试验箱内通过温度控制模拟寒区环境温度变化，从而准确控制试验条件。

在另一实施例中，还提供一种基于上述任一实施例所述的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置的试验方法。

具体的，本实施例的试验方法包括以下步骤：

在不锈钢箱体31内布设预设厚度的保温板。

在木条架上固定试验用的温度传感器9，并将木条架安装于不锈钢箱体31内部。

在不锈钢箱体31的第二安装孔35中插入透壁通风管11，向试样箱3内以随机抛掷的方式放置碎石，直至碎石达到不锈钢箱体31的第二安装孔35。

在不锈钢箱体31的第一安装孔36中插入透壁通风管11，并继续向试样箱3内以随机抛掷的方式放置碎石，直至碎石与不锈钢箱体31的顶部平齐。

将试样箱3移动至内层试验箱2内部，然后将内层试验箱2连同试样箱3一起移动至外层试验箱1内部进行试验。

本实施例的试验方法操作简单，对自然环境的模拟度高，获得的试验结果准确。

其中，温度传感器9可以是安装在木条架的安装孔内，在一实施例中，为了便于温度传感器的拆装，采用PVC胶带将温度传感器固定于木条架上，然后将载有温度传感器的木条架放置于试样箱内。木条架的放置位置以及温度传感器的数量根据实际试验需求进行调整。

并且在向试样箱内以随机抛掷的方式放置碎石时，每填入20cm碎石即采用木棍筑实，以提高碎石路堤模型的真实性。

本实施例中的温度传感器9连接至位于外层试验箱1外部的数采仪10，并且数采仪10连接有数据采集计算机12。

需要说明的是，温度传感器连接数采仪时，可以根据数采仪的采集口连接相应数量的温度传感器，也可以对温度传感器进行分组，以组为单位连接数采仪。并且温控计算机和数据采集计算机为具有逻辑处理能力的计算机设备(如PC机)，温控计算机和数据采集计算机可以是同一个计算机设备，也可以是两个单独的计算机设备。

并且计算机设备可以是终端，其内部结构可以包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述温控和数据采集。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等，但是具体执行的计算机程序不作为本申请的改进，因此本申请不再具体说明。

本实施例通过外层试验箱创造一个恒温环境隔绝外界环境对内层试验箱的影响。内层试验箱内通过温度控制模拟寒区环境温度变化，从而准确控制试验条件。试样箱内通过布设温度传感器、装填碎石，试样箱四周封闭仅上部开放，通过控制内层试验箱的温度变化，得到碎石层内会发生的相应的温度变化，从而得到较为准确且对实际环境调整具有指导意义的试验数据。

本申请中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、次序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

本申请中，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置，其特征在于，所述双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置包括外层试验箱、内层试验箱和试样箱；在使用状态下，所述试样箱位于所述内层试验箱内部，所述内层试验箱位于所述外层试验箱内部；

所述试样箱包括顶部开口的不锈钢箱体，该不锈钢箱体为上下两层的分体式结构，所述不锈钢箱体的下层设有两对安装孔，每对包括两个相对布置在不锈钢箱体两侧壁上的安装孔，两对安装孔为上下分布，且每对安装孔中贯穿有一根透壁通风管。

2.如权利要求1所述的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置，其特征在于，所述外层试验箱和内层试验箱均为双开门结构，所述外层试验箱的内底部设有第一导轨，所述内层试验箱的内底部设有第二导轨，所述内层试验箱的外底面连接有第一滚轮，所述试样箱的外底面连接有第二滚轮。

3.如权利要求1所述的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置，其特征在于，所述透壁通风管的内部安装有一个或多个风机，且所述风机的出风方向朝向透壁通风管的管口。

4.如权利要求1所述的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置，其特征在于，所述不锈钢箱体的上下两层通过贯穿上层侧壁、并在贯穿后深入下层侧壁的第一螺杆连接。

5.如权利要求1所述的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置，其特征在于，所述外层试验箱内安装有第一箱温控制器，该第一箱温控制器外接位于外层试验箱外部的第一制冷机组，所述内层试验箱内安装有第二箱温控制器，该第二箱温控制器外接位于外层试验箱外部的第二制冷机组，所述第一制冷机组和第二制冷机组连接至温控计算机。

6.如权利要求1所述的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置，其特征在于，所述试样箱的顶部连接有至少两条用于起吊的钢丝绳。

7.一种基于权利要求1～6任一项所述的双层通风管碎石路堤模型降温效应试验装置的试验方法，其特征在于，不锈钢箱体上下分布的两对安装孔中，位于上方的一对为第一安装孔，位于下方的一对为第二安装孔；

所述试验方法包括以下步骤：

在不锈钢箱体内布设预设厚度的保温板；

在木条架上固定试验用的温度传感器，并将木条架安装于不锈钢箱体内部；

在不锈钢箱体的第二安装孔中插入透壁通风管，向试样箱内以随机抛掷的方式放置碎石，直至碎石达到不锈钢箱体的第二安装孔；

在不锈钢箱体的第一安装孔中插入透壁通风管，并继续向试样箱内以随机抛掷的方式放置碎石，直至碎石与不锈钢箱体的顶部平齐；

将试样箱移动至内层试验箱内部，然后将内层试验箱连同试样箱一起移动至外层试验箱内部进行试验。

8.如权利要求7所述的试验方法，其特征在于，在向试样箱内以随机抛掷的方式放置碎石时，每填入20cm碎石即采用木棍筑实。

9.如权利要求7所述的试验方法，其特征在于，所述温度传感器连接至位于外层试验箱外部的数采仪，所述数采仪连接有数据采集计算机。

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