CN114486983A - 一种冻融循环的模型试验系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冻融循环的模型试验系统及其使用方法。冻融循环的模型试验系统包括箱体外壳、箱体内壁、保温隔板、隧道空腔、加速度传感器、土压力盒、应变片、百分表、温度传感器、压力泵、盐水箱、液氮车、冷却管、盘管、回路管、汇总器、分配器和联通管；模型箱体内外壁及附属设施的设置可以承载试验中冻融土层和搭载各测量仪器，液氮车和压力泵等可以保证冻融循环模拟的合理进行，各测量仪器可以实时监测温度等关键因素的变化情况，便于对试验的进程进行相应的工程；通过该试验系统可以合理预测和探究季节性冻土地区土体的冻胀效应，并且分析冻胀力对隧道结构设计的影响。

Description

一种冻融循环的模型试验系统及其使用方法

技术领域

本发明属于岩土工程的隧道技术领域，具体涉及一种冻融循环的模型试验系统及其使用方法。

背景技术

冻土是一种复杂的多相天然复合体，结构构造上也是一种非均质、各向异性的多孔介质，城市隧道周边土体在经历季节性冻融循环过程中，土中水分存在极其不稳定的相变区间，土原有结构性发生破坏，其工程力学性质将产生显著变化，同时在城市车辆荷载长期耦合作用下，容易导致路面病害和不均匀沉降，危害地下管线的运行安全。

目前针对冻融循环土体的研究主要集中在室内三轴试验和现场实测，技术较为全面且复杂，主要存在以下三点不足：

1、室内三轴试验研究的是土单元体，其重塑和开挖过程破坏了土体原有结构，无法真实还原土体原状受力情况；

2、土压力的产生和冻融循环并没有先后顺序，而三轴试验过程中，均将土样先冻融再施加围压，这是由于仪器的局限性所致；

3、现场实测过程中，隧道外侧以及土体内部难以布置测点，无法直观的得到土体的变形与内力。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种冻融循环的模型试验系统及使用方法，能够合理预测和探究冻融循环作用下对隧道周边土体产生的不良影响，是一种操作简便、科学合理且经济有效的室内缩尺试验模型系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

提供了一种冻融循环的模型试验系统，包括：

室内缩尺模型箱，其包括箱体外壳和隧道空腔，所述隧道空腔设置在所述箱体外壳内中部，所述隧道空腔和所述箱体外壳之间具有冻融土层装填区以及位于冻融土层装填区域下方的非冻融土层装填区；

测量装置，其包括数量均为多个的加速度传感器、土压力盒、应变片和百分表；所述多个加速度传感器分别设置在所述冻融土层装填区中冻融土层的表面上；所述多个土压力盒分别设置在所述隧道空腔的外部上表面和下表面上；所述多个应变片设置在所述隧道空腔的外表面上；所述多个百分表分别设置在所述非冻融土层装填区中非冻融土层的部分上表面上，以及所述冻融土层装填区中冻融土层的上表面和部分下表面上，其中，所述非冻融土层装填区中非冻融土层的部分上表面和所述冻融土层装填区中冻融土层的部分下表面为各自对应的上表面、下表面与所述隧道空腔接触的区域；

冻融循环装置，其包括温度传感器、降温液供给机构、降温液回收机构以及两端分别与降温液供给机构、降温液回收机构各自连接的多个冷却管；所述温度传感器设置在所述冻融土层装填区中冻融土层中；所述冷却液供给机构用以给所述冷却管提供降温液；所述降温液回收机构用以将所述冷却管中的降温液回收至所述降温液供给机构中；所述冷却管穿插在所述室内缩尺模型箱的冻融土层装填区且两端伸出至所述室内缩尺模型箱外。

进一步的，所述降温液供给机构包括：压力泵、盐水箱、分配器和联通管，所述压力泵设置在位于所述分配器和所述盐水箱之间的联通管上，所述分配器设置在所述室内缩尺模型箱右侧且左侧端与各个所述冷却管的一端相连而右侧端通过联通管与所述盐水箱相连。

进一步的，所述降温液供给机构还包括：液氮车和盘管，所述液氮车设置在所述室内缩尺模型箱右侧，所述盘管设置在所述盐水箱内部且两端均与所述液氮车相连。

进一步的，所述降温液回收机构包括：回路管和汇总器，所述回路管设置在所述室内缩尺模型箱外侧周边，所述汇总器设置在所述室内缩尺模型箱左侧且右侧端与各个所述冷却管的另一端相连而左侧端通过所述回路管与所述盐水箱连接。

进一步的，所述箱体外壳内侧壁上涂刷有隔振涂料。

进一步的，所述箱体外壳的顶端设有保温隔板。

进一步的，所述多个土压力盒贴在所述隧道空腔的上下表面，并分布于中心截面和左右两对称截面。

进一步的，所述多个应变片位于所述隧道空腔中轴截面上，在转角和每边的中心点进行粘贴，并且在转角处粘贴时，应变片靠边。

进一步的，所述百分表在安置时进行预压，底部探针与测点土体相接触，并分布于中心截面和左右两对称截面。

一种冻融循环的模型试验系统的使用方法，包括以下步骤：

先往箱体外壳内部回填非冻融土层，回填时应当分层压实，同时不同分层间采取刮花处理；

然后待非冻融土层回填完毕后，放置位于非冻融土层顶部的土压力盒和百分表，预先在隧道空腔的外围粘贴应变片，将隧道空腔放入非冻融土层上，进行按压；在隧道空腔与箱体外壳之间的孔隙先填冻融土层，待填到与隧道空腔顶面高度平齐后，开始布设隧道空腔上表面的加速度传感器、土压力盒和百分表，采用分层回填土层，在每一层回填时除了刮花处理外，还应放置贯穿箱体外壳的冷却管和温度传感器，待冻融土层即将回填完毕时，开始布设加速度传感器和土压力盒，其中，加速度传感器放置时应当嵌入土层一定深度来保证其方向始终垂直于土层表面；

最后盖在试验开始之前，启动冻融循环装置，观察温度传感器的变化，并利用冻融循环装置调节土层温度，再次观察温度传感器的变化，待应变、土压力、加速度、位移和温度数据稳定后，对数据归零，并正式开始试验。

本发明冻融循环的模型试验系统以及使用方法至少具有如下有益效果：

1、本发明通过焊接而成的外壳，保证试验进行过程中的稳定性，同时在周边和顶层采用隔振和保温材料，缩小了试验内部温度和能量流失，保证试验的精确性。

2、本发明上下采用双层土层，精确模拟了季节性冻土地区浅层冻结的特点，同时也模拟内部管线隧道，且模型箱整体占地面积小，拼装过程无需大型机械入场，在节省经费的同时，降低了安全风险。

3、本发明利用液氮循环系统间接冻结模型箱内土壤，一方面减少了液氮的泄露流出的风险，另一方面保证了土壤冻胀作用与周边土压力作用正确的先后顺序，增大试验结果的说服力。

4、本发明利用盘管弯曲盘绕的特点，在有限体积的盐水箱体内部增大了盐水与液氮的接触面积与接触时间，降低模型箱体周边的场地占用率的同时保证了冷却管冻结温度场的形成，缩短试验时间，更加高效。

5、本发明在冻融循环装置中安置分配器和汇总器，可通过调节分配器，来控制各冷却管内部流速和流量，必要时可关闭部分冷却管来保证土体内部温度场的均衡，实现了试验各变量的可控性。

6、本发明在盐水冷却管的两端均设置的回路管，整个循环系统处于封闭状态，不仅实现了盐水的循环利用，也保证了模型箱内部的干燥性，免除其他干扰性因素。

附图说明

图1是本发明一实施例中冻融循环的模型试验系统在沿着一剖切方向剖切后的剖视图；

图2是本发明一实施例中一种冻融循环的模型试验系统在沿着另一剖切方向剖切后的剖视图；

图3是图2的局部放大图；

图4是本发明一实施例中冻融循环系统工作示意图；

图5是本发明一实施例中冷却管和温度传感器在一视角下的布置图的正视图；

图6是本发明一实施例中冷却管和温度传感器在另一视角下的布置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，在一实施例中，提供了一种冻融循环的模型试验系统，包括：室内缩尺模型箱、测量装置和冻融循环装置。

室内缩尺模型箱包括箱体外壳1和隧道空腔6。

其中，箱体外壳1呈矩形且由高强度矩形钢板依次焊接而成，焊缝处进行打磨；使用此方法能够有效承载箱体内部的土压力，焊缝处进行打磨，同时使内外壁其光滑，保证隔振材料2涂抹和后续土体回填的均匀性。

箱体外壳1内侧壁上涂刷有隔振涂料,隔振涂料为减振阻尼剂Duxseal，均匀涂抹在箱体外壳1内壁，厚度15mm，能够有效的减少剪切波和压缩波在模型箱壁的反射效应，保证了试验的精度金和可靠性。

箱体外壳1的顶端设有保温隔板3，保温隔板3为有机保温材料，主要成分为聚氨酯泡沫，厚度20mm，其材质轻盈，密度小，容易实施容易搬运，且保温效果良好极佳，能够有效隔绝内外温度场间的热量传递，保证内部冻融过程有序进行。

隧道空腔6采用钢板组成，其长度方向沿室内缩尺模型箱长度方向布置。

隧道空腔6设置在箱体外壳1内中部，隧道空腔6和箱体外壳1之间具有冻融土层4装填区以及位于冻融土层4装填区域下方的非冻融土层54装填区，其中，冻融土层4装填区内用于装填冻融土层4，而非冻融土层54装填区内用于装填冻融土层4。冻融土层4和非冻融土层54均取自现状原状土，且均为粘性土，其中冻融土层4比非冻融土层54薄，试验过程中应当合理控制压实度，对内覆盖土层进行适当的压实，来还原土的原状特性；隧道空腔6尺寸与材料由试验相似比而定，紧密埋置与两土层间。通过此方法，可有效模拟土体表层冻融的实际情况，合理控制压实度，能够还原土体强度，控制试验初始条件，并且压实过程中，能够使试验土体与冻融装置紧密贴合，更高效的完成冻融过程。

如图1—3所示，测量装置包括数量均为多个的加速度传感器7、土压力盒8、应变片9和百分表10；多个加速度传感器7分别设置在冻融土层4装填区中冻融土层4的表面上，加速度传感器7垂直布置于土体上，沿室内缩尺模型箱长度方向布置成一字，均位于中轴线上，沿室内缩尺模型箱长度方向布置；

多个土压力盒8分别设置在隧道空腔6的外部上表面和下表面上，沿室内缩尺模型箱长度方向布置；在一实施例中，多个土压力盒8贴在隧道空腔6的上下表面，并分布于中心截面和左右两对称截面，如图1中A、B、C截面。

多个应变片9设置在隧道空腔6的外表面上，且沿隧道空腔6表面环向布置；在一实施例中，多个应变片9位于隧道空腔6中轴截面上，在转角和每边的中心点进行粘贴，并且在转角处粘贴时，应变片9靠边，而不是弯折应变片9，通过此方法，保证测点处应变测量的合理与连续性。

多个百分表10分别设置在非冻融土层54装填区中非冻融土层54的部分上表面上，以及冻融土层4装填区中冻融土层4的上表面和部分下表面上，其中，非冻融土层54装填区中非冻融土层54的部分上表面和冻融土层4装填区中冻融土层4的部分下表面为各自对应的上表面、下表面与隧道空腔6接触的区域；在一实施例中，百分表10在安置时进行预压，底部探针与测点土体相接触，并分布于中心截面和左右两对称截面，如图1中A、B、C截面，百分表10预压能够合理测量土体冻融的膨胀与收缩，确保试验数据的完整性。

如图4—6所示，冻融循环装置包括温度传感器11、降温液供给机构、降温液回收机构以及两端分别与降温液供给机构、降温液回收机构各自连接的多个冷却管15；

温度传感器11设置在冻融土层4装填区中冻融土层4中，温度传感器11用于实时监测土体内部温度变化，把控试验变量，仅分布在冻融土体中，其探针与土层紧密接触，与其电性连接的显示装置位于模型箱箱体外侧。通过此方法，能够有效探究土体内部冻融情况，将冻融过程转化为试验数据，调控土体内部冻融程度，极大程度的还原原型土体的冻融状态，同时探针与土层紧密接触，保证数据的可靠性，且显示屏幕布置与模型箱体外，便于观察读数。

冷却液供给机构用以给冷却管15提供降温液；降温液回收机构用以将冷却管15中的降温液回收至降温液供给机构中；冷却管15穿插在室内缩尺模型箱的冻融土层4装填区且两端伸出至室内缩尺模型箱外，冷却管15为冻融土体的冻结模拟装置，直径约为5mm，共八根，分布于模型箱体前后侧，用于形成土体内部低温场，通过上述冷却管15的布置，能够使同一深度土层具有相同的温度，有效还原实际冻融情况中低温场的表层全覆盖性，封闭的冷却管15能有效避免内部低温盐水外泄，导致土体内部结构发生变化。

进一步的，降温液供给机构包括：压力泵12、盐水箱13、分配器19和联通管20，压力泵12设置在位于分配器19和盐水箱13之间的联通管20上，分配器19设置在室内缩尺模型箱右侧且左侧端与各个冷却管15的一端相连而右侧端通过联通管20与盐水箱13相连。

压力泵12用于提供压力，能够使回流的盐水重新流入保证整个冻融循环装置中，保证了盐水的有效循环利用；盐水箱13由隔热材料制成，不仅能够储存一定量的盐水，还能保证与外界温度场隔绝，使用盐水能够提高试验温度下限，盐水与普通水相比，具有更低的冰点，能够防止因温度过低引起的液体冻结效应，保证了整个循环系统的流动性此处采用盐水的原因是盐水不易结冰，能使温度降的更低，满足试验要求；分配器19可将盐水箱13的低温盐水分配至各冷却管15内，同时能够调控盐水进入的流速与流量，在必要时候还可以关闭个别冷却管15，来调整土体内部温度场的均衡通过循环冻融装置中的分配和汇总作用，能够实现盐水的循环利用，保证土体内部温度场均衡稳定，同时便于控制试验进度，调控土体的冻融状态。

进一步的，降温液供给机构还包括：液氮车14和盘管16，液氮车14设置在室内缩尺模型箱右侧，盘管16设置在盐水箱13内部且两端均与液氮车14相连。液氮车14用于提供循环的新鲜液氮，能够保证盐水箱13内部存在持续的低温场，实现循环盐水的持续冷却效应，同时封闭式的车体结构，能够防止液氮外泄，增加了试验的安全性。盘管16为弯曲盘绕的热传递管，通过上述方法能够实现液氮的循环利用，同时弯曲的结构增大了盐水与液氮的接触面积和盐水的流动路径，在有限空间内达到要求的冷却温度，盘管16材质为高热导性精炼金属，能够有效传递液氮与盐水间的热量。

进一步的，降温液回收机构包括：回路管17和汇总器18，回路管17设置在室内缩尺模型箱外侧周边，汇总器18设置在室内缩尺模型箱左侧且右侧端与各个冷却管15的另一端相连而左侧端通过回路管17与盐水箱13连接。回路管17实现盐水的循环利用；汇总器18用于汇总所有冷却管15中的盐水，并重新回流至盐水箱13。

冻结过程：待冻融循环装置拼接完毕后，打开汇总器18与连通器的阀门，同时打开压力泵12，观察管道内盐水是否流动，若正常，即可开始冻结过程；启动液氮车14，将液氮注入盘管16内，此时汇总器18与连通器的阀门全开，管内盐水流速快，土体温度下降快，可通过调节汇总器18和联通器的阀门大小，控制土体的冻结时间，也可以通过关闭个别阀门来控制土层的均一和差异性冻结；观察温度传感器11示数，待土体温度与目标相差2-4℃时，关闭汇总器18和连通器的阀门，并关闭压力泵12和液氮车14，利用冷却管15内剩余低温盐水冻结土体，由此，土体完成冻结。

融化过程：融化过程中关闭液氮车14，打开汇总器18和连通器的阀门，并打开压力泵12，此时回路管17内盐水会重新注入冷却管15内，回路管17与外界接触，内部盐水温度高，与土体冻结形成的低温场进行热量交换，从而使土体融化，可通过调节汇总器18和联通器的阀门大小，控制土体的融化时间，也可以通过关闭个别阀门来控制土层的局部和整体融化；观察温度传感器11示数，待土体温度与目标温度相差2-4℃时，关闭汇总器18和连通器的阀门，并关闭压力泵12，利用冷却管15剩余盐水的热量融化土体，由此，土体完成融化。

一种冻融循环的模型试验系统的使用方法，包括以下步骤：

先往箱体外壳1内部回填非冻融土层54，如原状黏性土，填土高度根据模型相似比确定(例如，1m-表层冻土深度，一般可选取60cm)，回填过程中通过控制回填土的质量，即可控制其压实度，回填时应当分层压实，保证每一层土体的均匀性，同时不同分层间采取铁锹或者铲子刮花处理，保证不同土层之间的连接形，回填时尽量避开隔振材料2边界处，防止刮花隔振材料2；

然后待非冻融土层54回填完毕后，放置位于非冻融土层54顶部的土压力盒8和百分表10，土压力盒8放置经常采用埋置法，先在指定位置开挖洞坑，洞坑的大小以能放下整个土压力盒8并略有富余即可，大约为土压力盒8直径尺寸的1.1倍，深度以露出土体面为准，埋设完毕后要将土体压紧，避免存在孔隙；百分表10的放置应当与土层形成预压，同时通过加长杆始终保持百分表10表盘位于模型箱体外，便于读数；预先在隧道空腔6的外围粘贴应变片9，粘贴时应当先沿着45°方向反复打磨，待表面光滑后，先用胶水大致固定应变片9位置，在用硅橡胶完全包裹应变片9，应变片9朝向为隧道走向；将隧道空腔6放入非冻融土层54上，进行按压，保证隧道底部与非动容土层的紧密接触；

在隧道空腔6与箱体外壳1之间的孔隙先填冻融土层4，待填到与隧道空腔6顶面高度平齐后，开始布设隧道空腔6上表面的加速度传感器7、土压力盒8和百分表10，布设方法与上述类似，采用分层回填土层，在每一层回填时除了刮花处理外，还应放置贯穿箱体外壳1的冷却管15和温度传感器11，压实注意不可太过用力，不然可能导致冷却管15的损坏，温度传感器11埋设时，应当压紧周边的土体保证数据的准确性。

待冻融土层4即将回填完毕时，开始布设加速度传感器7和土压力盒8，其中，加速度传感器7放置时应当嵌入土层一定深度来保证其方向始终垂直于土层表面，土压力盒8放置方法参照上述。

最后盖上保温隔板3，轻拿轻放，放置对内部土体就行二次挤压；在试验开始之前，启动冻融循环装置，观察温度传感器11的变化，并调节分配器19，以达到调节土层温度，再次观察温度传感器11的变化，待应变、土压力、加速度、位移和温度数据稳定后，对数据归零，并正式开始试验。

本发明冻融循环的模型试验系统以及使用方法至少具有如下有益效果：

1、本发明通过焊接而成的外壳，保证试验进行过程中的稳定性，同时在周边和顶层采用隔振和保温材料，缩小了试验内部温度和能量流失，保证试验的精确性。

2、本发明上下采用双层土层，精确模拟了季节性冻土地区浅层冻结的特点，同时也模拟内部管线隧道，且模型箱整体占地面积小，拼装过程无需大型机械入场，在节省经费的同时，降低了安全风险。

3、本发明利用液氮循环系统间接冻结模型箱内土壤，一方面减少了液氮的泄露流出的风险，另一方面保证了土壤冻胀作用与周边土压力作用正确的先后顺序，增大试验结果的说服力。

4、本发明利用盘管16弯曲盘绕的特点，在有限体积的盐水箱13体内部增大了盐水与液氮的接触面积与接触时间，降低模型箱体周边的场地占用率的同时保证了冷却管15冻结温度场的形成，缩短试验时间，更加高效。

5、本发明在冻融循环装置中安置分配器19和汇总器18，可通过调节分配器19，来控制各冷却管15内部流速和流量，必要时可关闭部分冷却管15来保证土体内部温度场的均衡，实现了试验各变量的可控性。

6、本发明在盐水冷却管15的两端均设置的回路管17，整个循环系统处于封闭状态，不仅实现了盐水的循环利用，也保证了模型箱内部的干燥性，免除其他干扰性因素。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种冻融循环的模型试验系统，其特征在于，包括：

室内缩尺模型箱，其包括箱体外壳和隧道空腔，所述隧道空腔设置在所述箱体外壳内中部，所述隧道空腔和所述箱体外壳之间具有冻融土层装填区以及位于冻融土层装填区域下方的非冻融土层装填区；

测量装置，其包括数量均为多个的加速度传感器、土压力盒、应变片和百分表；所述多个加速度传感器分别设置在所述冻融土层装填区中冻融土层的表面上；所述多个土压力盒分别设置在所述隧道空腔的外部上表面和下表面上；所述多个应变片设置在所述隧道空腔的外表面上；所述多个百分表分别设置在所述非冻融土层装填区中非冻融土层的部分上表面上，以及所述冻融土层装填区中冻融土层的上表面和部分下表面上，其中，所述非冻融土层装填区中非冻融土层的部分上表面和所述冻融土层装填区中冻融土层的部分下表面为各自对应的上表面、下表面与所述隧道空腔接触的区域；

冻融循环装置，其包括温度传感器、降温液供给机构、降温液回收机构以及两端分别与降温液供给机构、降温液回收机构各自连接的多个冷却管；所述温度传感器设置在所述冻融土层装填区中冻融土层中；所述冷却液供给机构用以给所述冷却管提供降温液；所述降温液回收机构用以将所述冷却管中的降温液回收至所述降温液供给机构中；所述冷却管穿插在所述室内缩尺模型箱的冻融土层装填区且两端伸出至所述室内缩尺模型箱外。

2.根据权利要求1所述的冻融循环的模型试验系统，其特征在于，所述降温液供给机构包括：压力泵、盐水箱、分配器和联通管，所述压力泵设置在位于所述分配器和所述盐水箱之间的联通管上，所述分配器设置在所述室内缩尺模型箱右侧且左侧端与各个所述冷却管的一端相连而右侧端通过联通管与所述盐水箱相连。

3.根据权利要求2所述的冻融循环的模型试验系统，其特征在于，所述降温液供给机构还包括：液氮车和盘管，所述液氮车设置在所述室内缩尺模型箱右侧，所述盘管设置在所述盐水箱内部且两端均与所述液氮车相连。

4.根据权利要求2所述的冻融循环的模型试验系统，其特征在于，所述降温液回收机构包括：回路管和汇总器，所述回路管设置在所述室内缩尺模型箱外侧周边，所述汇总器设置在所述室内缩尺模型箱左侧且右侧端与各个所述冷却管的另一端相连而左侧端通过所述回路管与所述盐水箱连接。

5.根据权利要求1所述的冻融循环的模型试验系统，其特征在于，所述箱体外壳内侧壁上涂刷有隔振涂料。

6.根据权利要求1所述的冻融循环的模型试验系统，其特征在于，所述箱体外壳的顶端设有保温隔板。

7.根据权利要求1所述的冻融循环的模型试验系统，其特征在于，所述多个土压力盒贴在所述隧道空腔的上下表面，并分布于中心截面和左右两对称截面。

8.根据权利要求1所述的冻融循环的模型试验系统，其特征在于，所述多个应变片位于所述隧道空腔中轴截面上，在转角和每边的中心点进行粘贴，并且在转角处粘贴时，应变片靠边。

9.根据权利要求1所述的冻融循环的模型试验系统，其特征在于，所述百分表在安置时进行预压，底部探针与测点土体相接触，并分布于中心截面和左右两对称截面。

10.一种根据权利要求1—9中任意一项所述冻融循环的模型试验系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

先往箱体外壳内部回填非冻融土层，回填时应当分层压实，同时不同分层间采取刮花处理；

然后待非冻融土层回填完毕后，放置位于非冻融土层顶部的土压力盒和百分表，预先在隧道空腔的外围粘贴应变片，将隧道空腔放入非冻融土层上，进行按压；在隧道空腔与箱体外壳之间的孔隙先填冻融土层，待填到与隧道空腔顶面高度平齐后，开始布设隧道空腔上表面的加速度传感器、土压力盒和百分表，采用分层回填土层，在每一层回填时除了刮花处理外，还应放置贯穿箱体外壳的冷却管和温度传感器，待冻融土层即将回填完毕时，开始布设加速度传感器和土压力盒，其中，加速度传感器放置时嵌入土层中；

最后在试验开始之前，启动冻融循环装置，观察温度传感器的变化，并利用冻融循环装置调节土层温度，再次观察温度传感器的变化，待应变、土压力、加速度、位移和温度数据稳定后，对数据归零，并正式开始试验。

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