CN111982955A - 一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统涉及一种冻融循环试验装置，目的是为了克服现有冻融循环试验装置不能够真实准确地反映实际冻融循环过程中温度、水分及荷载的综合影响的问题，装置包括试验仓、控制系统和数据采集系统，试验仓包括套筒、保温体和透水部；套筒内装载有试件，侧壁密封包裹有保温体，底部设置有透水部；控制系统包括温度控制系统、水分控制系统和荷载控制系统；温度控制系统包括控温室、上控温盘和下控温盘；控温室罩设于试验仓外部；上控温盘和下控温盘分别设于套筒顶部和底部；水分控制系统通过补水管与试件的底部连通；荷载控制系统设于套筒的顶部；数据采集系统包括温度采集系统、水分采集系统和位移采集系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种冻融循环试验装置，具体涉及一种测量非饱和土的水、热、力参数的 冻融循环试验装置。
背景技术
我国季节性冻土地区分布广泛，面积达513.7万km2，占全国总面积53.5％，遍及我国中、北部10余个省市。周期性的冻结和融化作用是引发路基土水分迁移的主要因素。 水分迁移会改变路基土的非饱和状态，使土体强度下降，稳定性降低，甚至出现冻胀现象， 严重影响着路基工程的使用性能，是国内外学者关注的热门工程问题。路基土中的水分由 土体势能高的位置流向土体势能低的位置流动。在土体冻结过程中，冻结区域附近的水分 向冻结锋面附近移动；在融化过程中，已融化区域的水分同样存在着向未融化层迁移的现象。故在连续的冻结、融化作用下，土体内部存在着明显的水分迁移、积聚现象。这类反 复的水分迁移作用，改变了土体内部构造，减小了路基强度、稳定性。当水分积累到一定 程度时，路基甚至会出现冻胀现象。道路工程由于沿线跨度长、直接暴露于自然环境中， 成为了水分迁移影响的主要工程之一。特别是位于季节性冻土区的道路工程，在反复的冻 结和融化作用下，路基中水分迁移现象明显，含水量增大，严重影响着道路的使用性能和 使用寿命。这类在冻结、融化循环作用下由路基中水分迁移引发的病害，受地下水位、温 度等外部因素的影响较大，表现出“久治不愈”、“年年治理、年年冻胀”的现象。所以， 如何处理好新路建设以及旧路维修、改扩建过程中路基土中水分迁移问题，是目前道路工 程中急需解决的问题之一。
目前，国内外学者对于冻融条件下的水分迁移研究多采用室内单元试件，分析道路在 饱和的不利情况下的冻胀规律，或在工程现场埋置传感器进行实测分析，而通过室内的非 饱和路基土模型试验研究水分迁移规律的研究较少。土的冻胀室内试验是根据研究课题的 基本信息，通过室内冻胀试验来模拟室外土的冻胀过程。由于试验的可控度、重现度高， 现已经成为研究冻胀机理、验证冻胀模型等方面有效的方法。我国《土工试验方法标准 (GBT50123-1999)》中的冻胀量测试方法中给出了试验设备的详细组成，并说明了设备的操作方法和数据处理方法。同时，查阅国外有关冻胀量或是冻胀敏感性相关的规范，同样发现有关冻胀的试验设备。例如美国的《土体冻胀及敏感性标准测试方法(D5918-13)》中的土体敏感性试验，日本现行《土体敏感性测试方法(JGS0172-2003)》中测定土的冻 胀敏感性试验设备，以及俄罗斯《人工冻土冻胀率及冻胀力测试方法(CCCPNo746033)》 中介绍的土的冻胀率测试设备。这类规范中的设备常用于测量土壤的冻胀敏感性或者冻胀 量，具有简洁、统一、试验数据稳定准确等优点。但设备的使用范围均有限，难以用于设 计性的研究试验。为此，相关学者多在这些设备的基础上进行改进，设计出了用于室内可 控试验条件的冻融试验设备。陈志国等(2005)研发了一种土质冻胀率测定仪，该测定仪 由底部的制冷室将冷量通过导温板传递给上部的土体试件，温度加载方式为上端绝热、下 端制冷。设备中加入了连接至电脑的位移传感器，可用于实时观测冻胀量变化，同时试验 设备的改进也简化了试验的操作。陈立宏等(2013)开发了一种双室冻土体积冻胀率测定 仪，该测定仪将土体试件放于试样管内一同置于冷却液循环箱内，对土体试件上表面和侧 面同时进行冻结，改进了传统冻胀设备单向冻结的局限性。康宜群等(2014)发明了一种 量测人工冻融土冻胀力与冻胀量的试验装置，该装置改进了控温设备，可测试不懂冻结温 度下的土样冻胀量。罗汀(2016)设计了用于分析土体中“锅盖效应”的试验仪器，试验 设备采用“锅盖效应”室内试验仪，试验土样为北京昌平地区砂质粉土。试样为直径18cm， 高100cm的圆柱形土样，但试验设备没有考虑冻融现象。王乃东(2016)对罗汀的设备 进行了一定改进，加强了设备的密封性，但同样没有加入制冷端，不适用于模拟季冻区路 基中水气迁移冻胀现象。白瑞强(2018)设计了一种试验装置及非饱和土冻胀应变试验方 法，能够在恒温箱体内检测模块的位移、温度及水分状况。操作容易且直观，但被测模块 四周未做保温处理，且无法施加荷载，观测的形变为自由冻胀，与实际工况有一定出入。 胡田飞(2018)等发明了一种气冷式土体冻胀试验装置，创新之处在于采用冷风降温的方 式施加温度条件，可模拟实际工况中的大气降温。不足在于气冷需要试件表面裸露使得无 法施加荷载，仅能用于自由冻胀试验。滕继东(2019)等发明了一种冻土未冻水迁移规律 的测量装置，精妙之处在于采用电极贴片测量水分含量，实现了无损检测。只是无损检测 的精度及准确性有待验证，且该发明仅考虑了水分，未对温度及位移数据进行监测。
综上，当前已有的冻融循环试验装置或着眼于水分变化，或着眼于冻胀形变，都不能 够真实准确地反映实际冻融循环过程中温度、水分及荷载的综合影响。鲜有的考虑了荷载 的试验系统又仅能够实现静态荷载的施加，也与动态荷载为主的实际工况相去较远。且现 有试验系统仅能进行单元试验，无法真实地表征路基的实际冻融状况，要开展大型模型试 验，需要重新设计新的试验系统。因此，有必要充分考虑水热力三因素的综合影响，设计一种非饱和土冻融循环水-热-力耦合模型试验系统，从硬件层面上做好深入开展非饱和土冻融循环试验的准备，为解决非饱和冻土领域的诸多问题奠定基础。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有冻融循环试验装置不能够真实准确地反映实际冻融循环 过程中温度、水分及荷载的综合影响的问题，提供了一种非饱和路基土冻融循环模型试验 系统。
本发明的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，包括试验仓，试验仓包括上下开 口的套筒、保温体和透水部；
套筒内装载有试件，该套筒的侧壁密封包裹有保温体，底部设置有透水部；
试验系统还包括控制系统和数据采集系统；
控制系统包括温度控制系统、水分控制系统和荷载控制系统；
温度控制系统包括控温室、上控温盘和下控温盘；
控温室罩设于试验仓外部，用于初步控制试验仓的试验环境温度；
上控温盘设于套筒顶部，用于对试件的顶部温度进行精确的控制；
下控温盘设于套筒底部，用于对试件的底部温度进行精确的控制；
水分控制系统通过补水管与试件的底部连通，用于对试件进行补水；
荷载控制系统设于套筒的顶部，用于对试件施加应力；
数据采集系统包括温度采集系统、水分采集系统和位移采集系统；
温度采集系统，用于采集试件不同点位的温度数据；
水分采集系统，用于采集试件不同点位的含水率数据；
位移采集系统，用于实时监测试件的竖向位移数据。
本发明的有益效果是：本发明所述的非饱和土水-热-力耦合冻融循环模型试验系统用 于室内冻融模型试验研究，测量模型体在指定条件下多个周期的冻融作用过程中，模型体 内部的温度、温度分布情况。试验系统能够设置不同的制冷温度、上端荷载、补水条件， 同时自动采集冻融过程中各测点的温度、含水量两参数。相较于现有的冻融循环试验系统 有以下三个优点：
(1)可进行大尺寸非饱和土冻融循环模型试验，弥补了现有试验系统仅能进行小型 室内试验的不足，能更为精准地反应非饱和土冻融循循环作用下水分迁移规律及温度变化 规律；
(2)可进行非饱和土冻融循环水热力耦合模型试验，突破了当前冻融循环试验系统 只可进行水热耦合试验，无法进行完整的水热力耦合试验的瓶颈。该系统能够实现对试件 施加动态荷载，使其能够模拟更复杂的真实工况。
(3)采用大型控温仓和循环控温箱相结合的方法，大幅提高了冻融循环试验的温度 控制精度，可使得模型体的冻结状况更加接近真实工况，有助于深入挖掘非饱和土冻融特 性；
(4)高精度传感器及高频采集器组成的高质量数据采集系统，可实时、无损、精准地测量和记录试验过程中温度、水分两个重要参数，解决了现有试验装置数据采集精度不足，取样式采集破坏试件的问题，可完整、详细地捕捉长周期试验中的温度、水分变化数据，有利于更进一步的分析非饱和土冻融试验过程中的温度场及湿度场变化规律。
附图说明
图1为一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统的剖面结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一，本实施方式的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，一种非饱 和路基土冻融循环模型试验系统，包括试验仓，试验仓包括上下开口的套筒1-1、保温体 1-2和透水部1-3；
套筒1-1内装载有试件，该套筒1-1的侧壁密封包裹有保温体1-2，底部设置有透水部1-3；
试验系统还包括控制系统和数据采集系统；
控制系统包括温度控制系统、水分控制系统3和荷载控制系统；
温度控制系统包括控温室2-1、上控温盘2-2和下控温盘2-3；
控温室2-1罩设于试验仓外部，用于初步控制试验仓的试验环境温度；
上控温盘2-2设于套筒1-1顶部，用于对试件的顶部温度进行精确的控制；
下控温盘2-3设于套筒1-1底部，用于对试件的底部温度进行精确的控制；
水分控制系统3通过补水管与试件的底部连通，用于对试件进行补水；
荷载控制系统设于套筒1-1的顶部，用于对试件施加应力；
数据采集系统包括温度采集系统、水分采集系统和位移采集系统；
温度采集系统，用于采集试件不同点位的温度数据；
水分采集系统，用于采集试件不同点位的含水率数据；
位移采集系统，用于实时监测试件的竖向位移数据。
具体地，试验系统分为三个部分：试验仓、控制系统和数据采集系统。
试验仓主体为圆柱形中空有机玻璃的套筒1-1，侧面根据试验要求开一定数量的规则 的孔供传感器插入，且配套孔塞用于试件成型时封闭孔洞。有机玻璃的套筒1-1四周紧密 覆盖聚氨酯的保温体1-2，用以隔绝四周水平向的热量交换，保证试件在试验过程中仅顶 部和底部可与外界进行热量交换，充分模拟单向冻融循环过程。有机玻璃套筒底部配有透 水部1-3(可以采用透水石制成)，置于非饱和土体的试件底部允许水分自由通过且防止 模型体土颗粒与补水孔直接接触造成堵塞，保持试验过程中水分运移的通畅性。
控制系统包括温度控制系统、水分控制系统3和荷载控制系统。
温度控制系统由大型的控温室2-1、上控温盘2-2和下控温盘2-3组成。其中大型的控温室2-1可将环境温度初步控制在零度以下，上控温盘2-2和下控温盘2-3可分别对试 件顶部和底部温度进行精确的控制，控温范围为-30℃-0℃，精度为±0.5℃。
控温室2-1可利用现有的低温实验室，具有稳定控制室内温度的作用，保证试验过程 中整个外界环境温度都处于较低的条件。通过保温箱和控温室的二级控温，进一步的提高 试验的控温性能。控温室的温度控制范围为-50℃～40℃，控温精度为-0.1℃～0.1℃，满足 试验要求。
有机玻璃的套筒1-1是模型体发生冻融的主体部分，其高度为透水石高度、模型体高 度、上制冷盘高度、上覆铸铁盘高度以及上端密封板高度之和。其中模型体高度是根据路 基最大冻深以及制冷装置性能两方面综合确定的。考虑到试验所用的套筒尺寸较大，所以 试验仓采用密度小、强度大的有机玻璃材料。
该材料在试验中如下优点：①密度小，模具轻巧。有机玻璃的密度为1.18g/cm3，远小于金属材料；②透光率高，便于观察内部情况。其透光率高达96％，能够清晰的观察 玻璃套筒内土样的情况；③具有较高的机械强度，能够满足试验对外壁的抗压、抗拉强度 的要求。
数据采集系统包括温度采集系统、水分采集系统和位移采集系统。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，水分控制系统3 为马氏瓶补水装置，用于对试件进行无压补水。
具体地，水分控制系统3由马氏瓶补水装置(构成，通过软管与试件底部相连，可对试件进行无压补水。
马氏瓶水装置用于模型体冻融过程中补充温度。路基土中发生明显温度迁移、积聚现 象的必要条件之一是在冻融区域附近存在补水源(多为路基下的地下水源)，本试验中研 究的就是存在地下水源这种不利的地质条件，所以应当在模型体的底端设置补水装置，保 证在模型体冻融过程中有充分的温度补给。补水装置是将自制的补水瓶和下控温盘2-3的 补水孔连接组成。补水瓶采用有机玻璃材料，杯体下端开有小孔，与补水管相连。补水管 的另一端与下控温盘2-3的补水孔相连，从而达到补水效果。为保证补水过程基本为稳压 补水，在试验过程中需要定时向补水瓶中注水。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，温度控制系统还 包括上循环控温箱2-4和下循环控温箱2-5，且上循环控温箱2-4和下循环控温箱2-5均为酒精式低温冷却循环箱；
上循环控温箱2-4的通过冷媒循环管与上控温盘2-2连通，用于对上控温盘2-2进行 温度控制；
下循环控温箱2-5的通过冷媒循环管与下控温盘2-3连通，用于对下控温盘2-3行温 度控制。
具体地，控温装置由上控温盘2-2、下控温盘2-3、上循环控温箱2-4和下循环控温箱 2-5组成。
控温的原理：控温箱能将箱内的液体温度控制在所设的温度范围内。控温箱的液体进 出口与控温盘的液体进出口采用橡胶管相连，形成一个液体循环控温体系。这样就保证了 控温盘的温度和控温箱设定的试验温度基本一致。将上控温盘2-2放置于模型体顶面，下 控温盘2-3放置于模型体底面就能达到单向控温效果。
其中上循环控温箱2-4和下循环控温箱2-5可采用XT5704LT-R30型号的控温箱，该控温箱能有效的将箱内液体控制在所需的温度范围内。控温的模式可以是恒温控制，也可以是变温(正弦、梯形)控制。控温盘采用不锈钢材料制作，内部设有“S”型的迂回液 体通道、液体进出口，进出口与控温箱相连，制冷过程中制冷液能充分的流过制冷盘再流 回控温箱。上控温盘2-2的外径为200mm，与模型体的顶面接触。下控温盘2-3的外径为 260mm，与试件的底面接触，表面的橡胶圈是为了与套筒1-1底端侧壁更好的密封接触， 防止试验过程中温度的泄露，下控温盘2-3中心的孔为补水孔，试验中与外部的水分控制 系统3相连。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，荷载控制系统包 括龙门4-1、应力施加装置4-2、应力控制器4-3和应力底座4-4；
龙门4-1横跨试验仓，且该龙门4-1的横梁位于试验仓的上方；
应力施加装置4-2固定在龙门4-1的横梁上，该应力施加装置4-2的应力杆朝向试验 仓中的试件；
应力控制器4-3的应力控制信号输入端与应力施加装置4-2的应力控制信号输入端电 气连接，用于控制应力施加装置4-2对试件施加不同形式和大小的应力；
应力底座4-4设置于试件的顶部，该应力底座4-4的上表面中心处设有与应力杆底部 相匹配的凹槽。
具体地，荷载控制系统由龙门4-1、应力施加装置4-2、应力控制器4-3和应力底座4-4组成。其中龙门4-1固定在地面上，跨越整个试验仓，横梁上装有应力施加装置4-2， 通过连接应力控制器4-3可预设应力形式及大小以模拟不同的荷载情况，如恒定静态荷 载、变化静态荷载、固定周期动态荷载、变周期动态荷载。
应力施加装置4-2用于模拟试件顶部上覆静态或动态压力。可由试验室常用的龙门装 置结合应力施加装置改造而来。各构件应具备足够的强度和稳定性，以保证应力施加的准 确性。应力底座4-4可选铸铁材质。在应力控制器4-3中设置应力时应将应力底座4-4的 质量考虑在其中。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，应力施加装置4-2的应力杆的底部为半球形，应力底座4-4上表面的凹槽为半球形凹槽。
具体地，应力施加装置4-2的应力杆底部为半球形，对应的应力底座4-4顶部正中央 有半球形凹槽，从而确保应力传递均匀。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，温度采集系统包 括多个温度传感器5-1和温度采集器5-2；
多个温度传感器5-1穿过套筒1-1的侧壁并插入试件的不同位置，用于实时监测所测 点位的温度数据；
温度采集器5-2的温度采集信号输入端与温度传感器5-1的温度采集信号输出端电气 连接，用于采集和存储温度传感器5-1所测的温度数据，
具体地，温度采集系统由温度传感器5-1和温度采集器5-2构成。温度传感器5-1从有机玻璃的套筒1-1侧壁预留孔洞中穿入，插入非饱和土体试件中，可根据试验需求调整数量和布局，实施监测所测点位的温度数据。温度传感器5-1与温度采集器5-2相连，温 度采集器5-2可实时采集、存储温度传感器5-1所测温度数据，采集频率最高可达30s/次。
温度传感器5-1可采用试验室常用的T型热电耦，温度采集器5-2为DT80G信号的数据采集仪。该装置能自动测量、采集、记录模型体不同高度位置处的温度随时间的变化情况，用于后期分析试验温度变化规律和建模。T型热电偶是试验室常用的温度传感器， 具有稳定性高、传感器尺寸小(直径0.1mm～2mm不等)温度测量范围大等试验优点。试 验中所用热电偶的温度测量范围为-200℃～260℃，为提高测量精度可自行标定。
DT80G型信号采集器能采集电压、电流、电阻、频率等多种信号。采集器的测试范围为±300mVdc，电压分辨率为2.5μV，精确度为1‰。具有采集信号范围广、数据稳定、 操作简单等优点。试验中与T型热电偶相连接，可准确的采集传来的电压信号。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，水分采集系统包 括多个水分传感器6-1和水分采集器6-2；
多个水分传感器6-1穿过套筒1-1的侧壁并插入试件的不同位置，用于实时监测所测 点位的含水率数据；
水分采集器6-2的水分采集信号输入端与水分传感器6-1的水分采集信号输出端电气 连接，用于采集和存储水分传感器6-1所测的含水率数据
具体地，水分采集系统由水分传感器6-1、水分采集器6-2构成。
水分采集系统由水分传感器6-1和水分采集器6-2构成。水分传感器6-1同样从有机 玻璃套筒侧壁预留孔洞中穿入，插入非饱和土体试件中，可根据试验需求调整数量和布局， 实施监测所测点位的水分数据。水分传感器6-1与水分采集器6-2相连，水分采集器6-2可实时采集、存储水分传感器6-1所测水分数据，采集频率最高可达1min/次。
水分传感器6-1可采用SM100型号的土壤体积含水量传感器，水分采集器6-2可采用配套的WatchDog信号的采集器。SM100体积含水量传感器较合适于室内土壤体积含水 量测量。测量时依据土壤的介电常数与体积含水量具有一一对应的函数关系，达到测量土 壤中体积含水量的效果。
WatchDog信号采集仪是与SM100体积含水量传感器配套的采集器，内部安装有电源 给传感器供电，可以用来采集由SM100输送来的温度、体积含水量等信号，数据分辨率为0.1％，读数间隔可以设置1min、5min以及10min等多种情况。采集数据的具体条件设 置、采集的数据下载等功能可在与该采集器配套的SpaceWare软件上完成。
最佳实施例，本实施例是对实施方式一的进一步说明，本实施例中，位移采集系统包 括位移传感器7-1和位移采集器7-2；
位移传感器7-1垂直设于应力底座4-4的顶部靠近中点处，用于实时监测试件的竖向 位移数据；
位移采集器7-2的位移信号输入端与位移传感器7-1的位移信号输出端电气连接，用 于采集和存储位移传感器7-1所发送的竖向位移数据。
具体地，位移采集系统由位移传感器7-1、位移采集器7-2构成。
位移采集系统由位移传感器7-1和位移采集器7-2构成。位移传感器垂直置于应力底 座4-4顶部靠近中央位置，可实时监测试件竖向位移，测量精度达到0.1mm。位移传感器7-1与位移采集器7-2相连，位移采集器7-2可实时采集、存储位移传感器7-1所测位移 数据，采集频率最高可达1min/次。
位移传感器7-1可采用CW-341型号千分容栅测微计，量程为25mm，精确度为3μ m，分辨率为1μm。位移采集仪(18)可采用DS822-T3型重量变送器改造而成，DS822-T3 型重量变送器采用24位ΣΔ集成芯片，可分辨0.2μV，拥有隔离的232通讯接口和隔离的 485接口，具有顶松的通讯协议和标准的MODBUSRTU总线协议。系统采集精度高，抗 干扰能力强。
基于一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统的实验方法，方法具有如下步骤：
步骤一、配制一定含水率的非饱和土样，并在套筒1-1中分层击实土样制作成型试验 所需的试件；
步骤二、在试件底部放置透水部1-3，并将套筒1-1及其中的试件整体置于下控温盘 2-3上，将上控温盘2-2置于试件顶部；并将上控温盘2-2和下控温盘2-3分别与上循环控温箱2-4和下循环控温箱2-5相连；
步骤三、将温度传感器5-1和水分传感器6-1分别按照试验设计插入试件中；
步骤四、将保温体1-2紧密包围在套筒1-1环周；
步骤五、将温度传感器5-1和水分传感器6-1分别与温度采集器5-2和水分采集器6-2 电气连接；
步骤六、将应力施加装置4-2与应力底座4-4对接，在应力控制器4-3上设置试验应力条件；
步骤七、将马氏瓶补水装置通过补水管与试件底部相连；
步骤八、将位移传感器7-1置于应力底座4-4顶部中央附近，并与位移采集器7-2电气连接。
步骤九、启动控温室2-1，调试设备，确认正常后进行试验。
Claims (8)
1.一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，包括试验仓，所述试验仓包括上下开口的套筒(1-1)、保温体(1-2)和透水部(1-3)；
所述套筒(1-1)内装载有试件，该套筒(1-1)的侧壁密封包裹有所述保温体(1-2)，底部设置有透水部(1-3)；
其特征在于，试验系统还包括控制系统和数据采集系统；
所述控制系统包括温度控制系统、水分控制系统(3)和荷载控制系统；
所述温度控制系统包括控温室(2-1)、上控温盘(2-2)和下控温盘(2-3)；
所述控温室(2-1)罩设于试验仓外部，用于初步控制试验仓的试验环境温度；
所述上控温盘(2-2)设于套筒(1-1)顶部，用于对试件的顶部温度进行精确的控制；
所述下控温盘(2-3)设于套筒(1-1)底部，用于对试件的底部温度进行精确的控制；
所述水分控制系统(3)通过补水管与试件的底部连通，用于对试件进行补水；
所述荷载控制系统设于套筒(1-1)的顶部，用于对试件施加应力；
所述数据采集系统包括温度采集系统、水分采集系统和位移采集系统；
所述温度采集系统，用于采集试件不同点位的温度数据；
所述水分采集系统，用于采集试件不同点位的含水率数据；
所述位移采集系统，用于实时监测试件的竖向位移数据。
2.根据权利要求1所述的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，其特征在于，水分控制系统(3)为马氏瓶补水装置，用于对试件进行无压补水。
3.根据权利要求1所述的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，其特征在于，所述温度控制系统还包括上循环控温箱(2-4)和下循环控温箱(2-5)，且所述上循环控温箱(2-4)和下循环控温箱(2-5)均为酒精式低温冷却循环箱；
所述上循环控温箱(2-4)的通过冷媒循环管与上控温盘(2-2)连通，用于对上控温盘(2-2)进行温度控制；
所述下循环控温箱(2-5)的通过冷媒循环管与下控温盘(2-3)连通，用于对下控温盘(2-3)行温度控制。
4.根据权利要求1所述的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，其特征在于，荷载控制系统包括龙门(4-1)、应力施加装置(4-2)、应力控制器(4-3)和应力底座(4-4)；
所述龙门(4-1)横跨试验仓，且该龙门(4-1)的横梁位于试验仓的上方；
所述应力施加装置(4-2)固定在龙门(4-1)的横梁上，该应力施加装置(4-2)的应力杆朝向试验仓中的试件；
所述应力控制器(4-3)的应力控制信号输入端与应力施加装置(4-2)的应力控制信号输入端电气连接，用于控制应力施加装置(4-2)对试件施加不同形式和大小的应力；
所述应力底座(4-4)设置于试件的顶部，该应力底座(4-4)的上表面中心处设有与应力杆底部相匹配的凹槽。
5.根据权利要求4所述的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，其特征在于，所述应力施加装置(4-2)的应力杆的底部为半球形，所述应力底座(4-4)上表面的凹槽为半球形凹槽。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，其特征在于，所述温度采集系统包括多个温度传感器(5-1)和温度采集器(5-2)；
所述多个温度传感器(5-1)穿过套筒(1-1)的侧壁并插入试件的不同位置，用于实时监测所测点位的温度数据；
所述温度采集器(5-2)的温度采集信号输入端与所述温度传感器(5-1)的温度采集信号输出端电气连接，用于采集和存储温度传感器(5-1)所测的温度数据。
7.根据权利要求6所述的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，其特征在于，所述水分采集系统包括多个水分传感器(6-1)和水分采集器(6-2)；
所述多个水分传感器(6-1)穿过套筒(1-1)的侧壁并插入试件的不同位置，用于实时监测所测点位的含水率数据；
所述水分采集器(6-2)的水分采集信号输入端与所述水分传感器(6-1)的水分采集信号输出端电气连接，用于采集和存储水分传感器(6-1)所测的含水率数据。
8.根据权利要求7所述的一种非饱和路基土冻融循环模型试验系统，其特征在于，位移采集系统包括位移传感器(7-1)和位移采集器(7-2)；
所述位移传感器(7-1)垂直设于应力底座(4-4)的顶部靠近中点处，用于实时监测试件的竖向位移数据；
所述位移采集器(7-2)的位移信号输入端与位移传感器(7-1)的位移信号输出端电气连接，用于采集和存储位移传感器(7-1)所发送的竖向位移数据。
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