CN111982868A - 冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冻融‑荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置及方法，包括土样槽、温度控制机构、地下水供给机构、荷载施加机构和迁移路径观测机构；土样槽，用于装填呈透明状态的路基试样；温度控制机构包括上循环控温组件、下循环控温组件和若干个温度传感器；地下水供给机构包括一个公共补水口、荧光示踪补水口、马氏补水瓶和若干个水分传感器；马氏补水瓶能盛有含不同颜色荧光示踪剂的纯净水；荷载施加机构包括激振器和位移计；迁移路径观测机构包括紫外灯和数码相机。本发明能更加真实地模拟路基工况，采用透明的玻璃砂模拟土体，利用不同颜色的荧光剂在紫外光照射下呈现不同颜色的方法更加直观地探究路基下水分迁移路径的问题。

Description

冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及土工试验技术领域，特别是一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置及方法。

背景技术

在高速公路、机场等工程的路基建设过程中，如何防止水分迁移和保持土体水分相对稳定是相当关键的问题。因为高速公路和机场路基下含水率的变化是影响路基安全稳定的重要因素。尤其在季节性冻土区，交通荷载作用下，循环往复的动力加载作用更加加剧了路基内部的水分迁移，衍生出来的冻胀、融陷和翻浆等病害，一直以来都是困扰工程建设的难题，亦是国内外众多学者高度关注的问题。

冻融作用下，循环动载会导致路基下部地下水位以下的饱和土产生超静孔隙水压力，进而将地下水持续地“泵送”至冻结线以上。由于冻结锋面以上土层渗透性下降，超静孔隙水压力难以很快消散，促使孔隙水流向冻结锋面并使冰透镜体不断发育，从而导致地下水位以上的路基土体中的冰透镜体不断增长而产生冻胀。因此研究冻融和荷载耦合作用下路基水分迁移问题具有十分重要的理论和工程意义。

目前，国内外普遍采用两种方式来研究土体冻融过程中的水分迁移规律，一是采用烘干法测量冻结前后不同高度处的含水率，该方法仅能得到冻结前后不同土柱高度处含水率的变化情况，不能反映水分迁移过程中的含水率变化情况；二是通过水分传感器测试土体冻结过程中不同高度处含水量的变化情况，该方法可实时监测含水率随冻结时间的变化过程，但且缺乏可视性，并不能观察到试样内部孔隙流体冻结和迁移的过程。实际水分迁移过程中，孔隙流体的流线形态和轨迹还一直缺少研究，这对针对路基的特定深度和位置采取工程防冻胀措施，是至关重要的。尤其是在循环荷载-冻融耦合作用下的路基水汽迁移路径规律还缺乏研究，亟需开发一种模拟冻融-荷载耦合作用下路基水汽迁移的试验装置及方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置及方法，该冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置及方法更加真实地模拟季冻区路基工况，采用透明的玻璃砂模拟土体，利用不同颜色荧光剂在紫外光照射下呈现不同颜色的方法更加直观地探究路基下水分迁移路径的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置，包括土样槽、温度控制机构、地下水供给机构、荷载施加机构和迁移路径观测机构。

土样槽包括底座、活塞盖板和透明筒体。底座密封设置在透明筒体底部，透明筒体内用于装填呈透明状态的路基试样，活塞盖板放置在路基试样顶部，且与透明筒体内壁密封滑动连接。

温度控制机构包括上循环控温组件、下循环控温组件和若干个温度传感器。上循环控温组件内置在活塞盖板中，下循环控温组件内置在底座中，若干个温度传感器沿透明筒体高度方向等距布设。

地下水供给机构包括一个公共补水口、至少一个荧光示踪补水口、马氏补水瓶和若干个水分传感器。公共补水口和所有荧光示踪补水口均竖向贯通设置在底座中，顶部指向路基试样，底部通过补水管各连接一个马氏补水瓶。

公共补水口连接的马氏补水瓶内盛有纯净水，至少一个荧光示踪补水口连接的马氏补水瓶内盛有含荧光示踪剂的纯净水。当有多个荧光示踪补水口且有多个荧光示踪补水口连接的马氏补水瓶内盛有含荧光示踪剂的纯净水时，各个马氏补水瓶内的荧光示踪剂能根据需要设置成不同颜色。若干个水分传感器沿透明筒体高度方向等距布设。

荷载施加机构包括激振器和位移计。激振器安装在活塞盖板顶部，用于向活塞盖板及路基试样施加竖向荷载。位移计用于检测活塞盖板及路基试样的竖向位移量。

迁移路径观测机构包括设置在透明筒体外部的紫外灯和数码相机，用于观测水汽在路基试样中的迁移路径。

透明筒体包括有机玻璃层和保温层。有机玻璃层采用弧形的有机玻璃板拼接形成，保温层同轴套设在有机玻璃层外周，且采用透明材料制成。

保温层为保温透明薄膜。

路基试样为级配和含水率均能调节的玻璃砂。

有机玻璃层和保温层的透光率不低于95%。

公共补水口和所有荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上。

一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟方法，包括如下步骤。

步骤1，制备路基试样：根据待分析路基土的级配曲线和含水率，采用玻璃砂配置成均匀的路基试样、并养护。

步骤2，装样：将步骤1养护好的路基试样装入土样槽的透明筒体内，并沿透明筒体的高度方向在路基试样中等距埋设若干水分传感器和温度传感器。装样至设定高度后，在路基试样顶部加盖活塞盖板，活塞盖板与透明筒体内壁密封滑动连接。然后在活塞盖板顶部安装荷载施加机构。

步骤3，供给地下水：将公共补水口和所有荧光示踪补水口均与马氏补水瓶相连，将与其中一个、两个或多个荧光示踪补水口的马氏补水瓶内盛装有含荧光示踪剂的纯净水，与公共补水口和其余荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内盛装纯净水。所有马氏补水瓶均启动，对路基试样进行地下水供给。

步骤4，试样控温，包括如下步骤：

步骤41，正恒温控制：开启上循环控温组件和下循环控温组件，分别队路基试样顶部和底部进行恒温加热。其中，上循环控温组件和下循环控温组件的初始设定温度均为T1，且T1>0。埋设在路基试样中的各个温度传感器数据将实时监测位于不同高度处路基试样的温度。

步骤42，冻融控制：当埋设在路基试样中的各个温度传感器数据达到一致且为T1时，上循环控温组件降温至设定的温度T2，且T2<0，下循环控温组件保持温度T1不变，从而使得路基试样上表面和下表面形成正负温度梯度，并使路基试样处于冻融状态。水分传感器将实时监测处于不同高度处路基试样的含水率。

步骤5，施加竖向荷载：首先，根据待分析路基上的车辆荷载，调节激振器的激振频率。 然后，开启激振器，对活塞盖板和路基试样施加竖向荷载。

步骤6，水汽迁移过程观察：开启迁移路径观测机构中的紫光灯和数码相机，追踪含有荧光示踪剂纯净水的迁移过程，进而探究冻融-荷载耦合作用下土体中水分的迁移过程。

步骤3中，供给地下水时，荧光示踪补水口具有三个，公共补水口和三个荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上。将与中间位置荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内盛装有含荧光示踪剂的纯净水，

与公共补水口和其余两个荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内盛装纯净水。所有马氏补水瓶均启动，对路基试样进行地下水同步供给。

步骤3中，供给地下水时，荧光示踪补水口具有三个，公共补水口和三个荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上。将与三个荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内均盛装有含荧光示踪剂的纯净水，且三个马氏补水瓶内荧光示踪剂的颜色分别为红色、绿色和蓝色。与公共补水口相连的马氏补水瓶内盛装纯净水。所有马氏补水瓶均启动，对路基试样进行地下水同步供给。

步骤5中，采用位移计实时监测活塞盖板和路基试样的竖向位移量。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明中采用冻融-荷载两场耦合作用，更加真实地再现高速公路、机场路基的受力情况，有助于探究路基中水汽迁移的真实路径。

2、本发明采用柱状的土样槽研究一维冻土问题，沿侧壁对称位置分别设置水分传感器和温度传感器，单组试验可同时获得土样不同深度处的水分和温度的变化情况，效率高。

3、本发明中的补水槽上设置有多个荧光示踪补水口和一个公共补水口，其中公共补水口接装有纯净水的马氏补水瓶，荧光示踪补水口可连接装有不同颜色荧光剂的马氏补水瓶，实现不同位置的多条水分迁移路径的可视化追踪。

4、本发明采用不同颜色的荧光剂进行补水，可以通过观察土柱中不同颜色荧光剂的分布来追踪冻土中水分迁移的路径，直观、可视性强，为探究路基中水汽迁移路径提供新思路。

5、利用荧光剂在紫外光照射下呈现不同颜色的方法更加直观地探究路基下水分迁移路径的问题。

附图说明

图1显示了本发明一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置的结构示意图。

图2显示了本发明中图1结构侧视图；图2（a）为左侧试图，图2（b）为右侧视图。

图3显示了本发明中土样槽的结构俯视图。

图4显示了本发明中地下水供给机构的截面图。

图5显示了本发明中图4的A-A剖面图。

图6显示了本发明中控温循环冷浴板的示意图。

图中有：

11、土样槽；12、有机玻璃板；13、水分测口；14、温度测口；15、水分传感器；16、温度传感器；17、土样槽内壁；18、保温层；19、环形固定螺栓；22、橡胶密封圈；23、活塞盖板；24、橡胶密封圈外壁；25、上控温循环冷浴板；26、蛇形铜管；27、冷冻液进口；28、冷冻液出口；31、底座；32、下控温循环冷浴板；33、O型橡胶密封圈；41、补水槽；42、公共补水口；43-1、43-2和43-3均为荧光示踪补水口；44、马氏补水瓶；5、激振器；6、位移计；7、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置，包括土样槽11、温度控制机构、地下水供给机构、荷载施加机构和迁移路径观测机构。

土样槽包括底座31、活塞盖板23和透明筒体。

底座密封设置在透明筒体底部，通过O型橡胶密封圈33使得底座31与土样槽内壁17形成密封贴合。

透明筒体内用于装填呈透明状态的路基试样。

路基试样优选为级配和含水率均能调节的玻璃砂。

如图3所示，透明筒体优选包括有机玻璃层和保温层18。

有机玻璃层优选采用两块弧形的有机玻璃板12拼接形成。有机玻璃板12的外壁面上下均优选采用环形固定螺栓19进行固定。在两块弧形有机玻璃板的其中一条拼接缝处，沿高度方向等距布设有若干个如图2（a）所示的水分测口13；在另一条拼接缝处，沿高度方向等距布设有若干个如图2（b）所示的温度测口14。

保温层同轴套设在有机玻璃层外周，且采用透明材料制成，优选为保温透明薄膜。

进一步，有机玻璃层和保温层的透光率优选不低于95%。

活塞盖板放置在路基试样顶部，优选通过橡胶密封圈外壁24与透明筒体内壁密封滑动连接。

温度控制机构包括上循环控温组件、下循环控温组件和若干个温度传感器16。

上循环控温组件内置在活塞盖板中，上循环控温组件优选包括上控温循环冷浴板25、内置在上控温循环冷浴板25中且如图6所示的蛇形铜管26，蛇形铜管26的冷冻液进口27和冷冻液出口28分别与外部降温装置相连。

下循环控温组件内置在底座中，下循环控温组件优选包括下控温循环冷浴板32，内置在下控温循环冷浴板32中的蛇形铜管26，蛇形铜管26的冷冻液进口27和冷冻液出口28分别与外部降温装置相连。

若干个温度传感器沿透明筒体高度方向等距布设，优选在每个温度测口插设一个温度传感器，用于监测路基试样在不同高度处的温度。

如图1、图4和图5所示，地下水供给机构包括一个公共补水口42、至少一个荧光示踪补水口43、马氏补水瓶44和若干个水分传感器15。公共补水口和所有荧光示踪补水口均竖向贯通设置在底座中，顶部指向路基试样，底部通过补水管各连接一个马氏补水瓶。

在底座顶部与路基试样底部之间具有补水槽41，在补水槽上部铺设有一块均匀布满小圆孔的透水板（图中未画出来），在这块透水板和土样之间铺设一张土工布，土工布作用是滤水保土，试验时防止土样渗出。

由于公共补水口42中可以一直补充源源不断的透明纯净水，补水槽则能存储一定体积的明纯净水，模拟水分迁移，但是透明纯净水并不能捕捉到水分迁移的路径和流线形态。当需要观察水分迁移的路径和流线形态时，通过荧光示踪补水口补充的含荧光示踪剂的纯净水，在紫外线下可以呈现出颜色，这样便可以示踪出一条流线轨迹，若需要观察多条轨迹，则设置多个不同的荧光示踪补水口（如图5示意3个）。

公共补水口连接的马氏补水瓶内盛有纯净水，至少一个荧光示踪补水口连接的马氏补水瓶内盛有含荧光示踪剂的纯净水。当有多个荧光示踪补水口且有多个荧光示踪补水口连接的马氏补水瓶内盛有含荧光示踪剂的纯净水时，各个马氏补水瓶内的荧光示踪剂根据需要设置成不同颜色。

荧光示踪剂优选为纯净水和荧光剂的混合物，荧光示踪剂的掺量优选为每升水5g。

本实施例中，公共补水口和所有荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上，荧光示踪补水口优选为三个，分别为左荧光示踪补水口43-1、中间荧光示踪补水口43-2和右荧光示踪补水口43-3。

若干个水分传感器沿透明筒体高度方向等距布设，优选在每个水分测口插设一个水分传感器，用于监测路基试样在不同高度处的含水率。

荷载施加机构包括激振器5和位移计6。激振器优选通过螺栓7安装在活塞盖板顶部，用于向活塞盖板及路基试样施加竖向荷载，用来模拟路基上的循环荷载。位移计用于检测活塞盖板及路基试样的竖向位移量。

迁移路径观测机构包括设置在透明筒体外部的紫外灯和数码相机，用于观测水汽在路基试样中的迁移路径。

一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟方法，包括如下步骤。

步骤1，制备路基试样：根据待分析路基的级配曲线和含水率，采用玻璃砂配置成均匀的路基试样、并养护一昼夜。

上述玻璃砂除了料具有透明度高，形态和级配等方面还具有与天然土体相似度更好的特点。试样的高度一般是直径的1-2倍。路基试样的压实度可按照实际工程需要或试验设计要求对应设计。

步骤2，装样：将步骤1养护好的路基试样装入土样槽的透明筒体内，并沿透明筒体的高度方向在路基试样中等距埋设若干水分传感器和温度传感器。装样至设定高度后，在路基试样顶部加盖活塞盖板，活塞盖板与透明筒体内壁密封滑动连接。然后在活塞盖板顶部安装荷载施加机构。

步骤3，供给地下水：将公共补水口和所有荧光示踪补水口均与马氏补水瓶相连，将与其中一个、两个或多个荧光示踪补水口的马氏补水瓶内盛装有含荧光示踪剂的纯净水，与公共补水口和其余荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内盛装纯净水。所有马氏补水瓶均启动，对路基试样进行地下水供给。

1、上述公共补水口42中可以一直补充源源不断的透明纯净水，这种情况下可以模拟水分迁移，但是并不能捕捉到水分迁移的路径和流线形态。当需要观察水分迁移的路径和流线形态时，通过荧光示踪补水口补充的含荧光示踪剂的纯净水，在紫外线等下可以呈现出颜色，这样便可以示踪出一条流线轨迹，若需要观察多条轨迹，则设置多个不同的荧光示踪补水口（如图5示意为3个）。

2、本发明通过荧光补水口进行流线示踪，从而能够真实模拟冻融和荷载作用下水分往路基表层上迁移。

3、为了观察各个位置的流线形态，需要保持各个荧光示踪补水口的口径一样大；但公共补水口直径不需要和它们保持一致，推荐大于等于荧光示踪补水口的直径即可。

本发明中，地下水优选具有如下两种优选实施例。

实施例1

供给地下水时，荧光示踪补水口具有三个，公共补水口和三个荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上。将与中间位置荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内盛装有含荧光示踪剂的纯净水。

将中间荧光示踪补水口43-2与装有红色荧光剂的马氏补水瓶相连，将公共补水口42和另外两个荧光示踪补水口43-1、43-3均与装有纯净水的马氏补水瓶相连，所有补水口同步供水模拟地下水补充。本实施例能够追踪一条水分迁移流线轨迹。

实施例2

荧光示踪补水口具有三个，公共补水口和三个荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上。

将荧光示踪补水口43-1、43-2、43-3分别与装有红色荧光剂、绿色荧光剂、蓝色荧光剂的马氏补水瓶相连，将公共补水口42与装有纯净水的马氏补水瓶相连，所有补水口同步供水模拟地下水补充。本实施例能够追踪三条水分迁移流线轨迹。

步骤4，试样控温，包括如下步骤：

步骤41，正恒温控制：开启上循环控温组件和下循环控温组件，分别对路基试样顶部和底部进行恒温加热。其中，上循环控温组件和下循环控温组件的初始设定温度均为T1，且T1>0。埋设在路基试样中的各个温度传感器数据将实时监测位于不同高度处路基试样的温度。

本发明中，路基高度一般为直径的1~2倍，根据试验经验，上下同时恒温时，可以使得路基试样各个高度温度达到一致。

步骤42，冻融控制：当埋设在路基试样中的各个温度传感器数据达到一致且为T1时，上循环控温组件降温至设定的温度T2，且T2<0，下循环控温组件保持温度T1不变，从而使得路基试样上表面和下表面形成正负温度梯度，并使路基试样从上至下处于逐渐冻结状态。水分传感器将实时监测处于不同高度处路基试样的含水率。

施加负的温度梯度，会使得水分往上迁移，这个过程只在冻结过程中发生；而施加循环荷载时，可使得水分在动力“泵送”效应下往上迁移，这个过程在冻结和融化状态下均可能发生，在融化状态下由于自由水更多，更容易迁移。

上述T1一般根据路基深处多年平均温度确定，优选地可取5~10℃之间的一个数值。T2一般根据路基表面大气冬季多年平均温度确定，为负温，可取-10~-20℃。

步骤5，施加竖向荷载。

上述竖向荷载的施加时机，具体根据实际试验条件自主设定，例如：

1、模拟冻结和循环荷载作用下水汽迁移时，当温度传感器监测出的温度分布呈现出稳定的温度梯度时，开始启动循环荷载加载。

2、模拟融化和循环荷载作用下水汽迁移时，待试样经历N次冻融循环荷载后，温度监测出的温度分布再次呈现出均匀的T1温度后，开始启动循环荷载加载。

上述竖向荷载施加前，根据待分析路基上的车辆荷载，调节激振器的激振频率。然后，开启激振器，对活塞盖板和路基试样施加竖向荷载。

采用位移计实时监测活塞盖板和路基试样的竖向位移量，从而能够动态监测冻融和循环荷载作用下，路基的沉降累积变形。

步骤6，水汽迁移过程观察：开启迁移路径观测机构中的紫光灯和数码相机，追踪含有荧光示踪剂纯净水的迁移过程，进而探究冻融循环-耦合作用下土体中水分的迁移过程。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置，其特征在于：包括土样槽、温度控制机构、地下水供给机构、荷载施加机构和迁移路径观测机构；

土样槽包括底座、活塞盖板和透明筒体；底座密封设置在透明筒体底部，透明筒体内用于装填呈透明状态的路基试样，活塞盖板放置在路基试样顶部，且与透明筒体内壁密封滑动连接；

温度控制机构包括上循环控温组件、下循环控温组件和若干个温度传感器；上循环控温组件内置在活塞盖板中，下循环控温组件内置在底座中，若干个温度传感器沿透明筒体高度方向等距布设；

地下水供给机构包括一个公共补水口、至少一个荧光示踪补水口、马氏补水瓶和若干个水分传感器；公共补水口和所有荧光示踪补水口均竖向贯通设置在底座中，顶部指向路基试样，底部通过补水管各连接一个马氏补水瓶；

公共补水口连接的马氏补水瓶内盛有纯净水，至少一个荧光示踪补水口连接的马氏补水瓶内盛有含荧光示踪剂的纯净水；当有多个荧光示踪补水口且有多个荧光示踪补水口连接的马氏补水瓶内盛有含荧光示踪剂的纯净水时，各个马氏补水瓶内的荧光示踪剂能根据需要设置成不同颜色；若干个水分传感器沿透明筒体高度方向等距布设；

荷载施加机构包括激振器和位移计；激振器安装在活塞盖板顶部，用于向活塞盖板及路基试样施加竖向荷载；位移计用于检测活塞盖板及路基试样的竖向位移量；

迁移路径观测机构包括设置在透明筒体外部的紫外灯和数码相机，用于观测水汽在路基试样中的迁移路径。

2.根据权利要求1所述的冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置，其特征在于：透明筒体包括有机玻璃层和保温层；有机玻璃层采用弧形的有机玻璃板拼接形成，保温层同轴套设在有机玻璃层外周，且采用透明材料制成。

3.根据权利要求2所述的冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置，其特征在于：保温层为保温透明薄膜。

4.根据权利要求3所述的冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置，其特征在于：路基试样为级配和含水率均能调节的玻璃砂。

5.根据权利要求2所述的冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置，其特征在于：有机玻璃层和保温层的透光率不低于95%。

6.根据权利要求1所述的冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟装置，其特征在于：公共补水口和所有荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上。

7.一种冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，制备路基试样：根据待分析路基的级配曲线和含水率，采用玻璃砂配置成均匀的路基试样、并养护；

步骤2，装样：将步骤1养护好的路基试样装入土样槽的透明筒体内，并沿透明筒体的高度方向在路基试样中等距埋设若干水分传感器和温度传感器；装样至设定高度后，在路基试样顶部加盖活塞盖板，活塞盖板与透明筒体内壁密封滑动连接；然后在活塞盖板顶部安装荷载施加机构；

步骤3，供给地下水：将公共补水口和所有荧光示踪补水口均与马氏补水瓶相连，将与其中一个、两个或多个荧光示踪补水口的马氏补水瓶内盛装有含荧光示踪剂的纯净水，与公共补水口和其余荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内盛装纯净水；所有马氏补水瓶均启动，对路基试样进行地下水供给；

步骤4，试样控温，包括如下步骤：

步骤41，正恒温控制：开启上循环控温组件和下循环控温组件，分别队路基试样顶部和底部进行恒温加热；其中，上循环控温组件和下循环控温组件的初始设定温度均为T1，且T1>0；埋设在路基试样中的各个温度传感器数据将实时监测位于不同高度处路基试样的温度；

步骤42，冻融控制：当埋设在路基试样中的各个温度传感器数据达到一致且为T1时，上循环控温组件降温至设定的温度T2，且T2<0，下循环控温组件保持温度T1不变，从而使得路基试样上表面和下表面形成正负温度梯度，并使路基试样处于冻融状态；水分传感器将实时监测处于不同高度处路基试样的含水率；

步骤5，施加竖向荷载：首先，根据待分析路基上的车辆荷载，调节激振器的激振频率；然后，开启激振器，对活塞盖板和路基试样施加竖向荷载；

步骤6，水汽迁移过程观察：开启迁移路径观测机构中的紫光灯和数码相机，追踪含有荧光示踪剂纯净水的迁移过程，进而探究冻融循环-耦合作用下土体中水分的迁移过程。

8.根据权利要求7所述的冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟方法，其特征在于：步骤3中，供给地下水时，荧光示踪补水口具有三个，公共补水口和三个荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上；将与中间位置荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内盛装有含荧光示踪剂的纯净水，

与公共补水口和其余两个荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内盛装纯净水；所有马氏补水瓶均启动，对路基试样进行地下水同步供给。

9.根据权利要求7所述的冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟方法，其特征在于：步骤3中，供给地下水时，荧光示踪补水口具有三个，公共补水口和三个荧光示踪补水口均位于底座的同一直径位置上；将与三个荧光示踪补水口相连的马氏补水瓶内均盛装有含荧光示踪剂的纯净水，且三个马氏补水瓶内荧光示踪剂的颜色分别为红色、绿色和蓝色；与公共补水口相连的马氏补水瓶内盛装纯净水；所有马氏补水瓶均启动，对路基试样进行地下水同步供给。

10.根据权利要求7所述的冻融-荷载耦合作用下路基水汽的迁移模拟方法，其特征在于：步骤5中，采用位移计实时监测活塞盖板和路基试样的竖向位移量。

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