CN207007835U - 一种块碎石冻土的原位融沉试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种块碎石冻土的原位融沉试验装置，包括加热系统、温度量测系统和沉降量测系统，所述加热系统包括电热风机，所述电热风机位于沉降量测系统的外侧，其用于对块碎石冻土进行加热，所述温度量测系统包括温度仪表和热电偶，所述温度仪表与热电偶连接，所述热电偶位于冻土试验区域的内部，其用于测量不同深度处的冻土融化温度，所述温度仪表用于显示和记录温度数据，所述沉降量测系统包括支撑架和千分表，所述支撑架内设置支撑杆，所述支撑杆与千分表连接，所述千分表通过连接杆连接弹簧杆，所述弹簧杆的下端连接接触板，所述千分表与接触板接触，所述接触板与块碎石冻土接触。本实用新型能够精确测量粒径大的块碎石冻土的融化沉降量。

Description

一种块碎石冻土的原位融沉试验装置

技术领域

本实用新型涉及地质工程与岩土工程领域，尤其涉及一种块碎石冻土的原位融沉试验装置。

背景技术

目前，冻土的原位融沉试验主要参考《土工试验方法标准GB/T 50123-1999》进行，其过程是：首先在传压板的上方施加上覆土体的自重，然后利用底部加热板对冻土进行加热使冻土融化，同时通过安装在传压板周边的3个位移计实时监测沉降变形量。然而该方法并不适用于含有大量块碎石的冻土，主要原因是块碎石冻土粒径过大，在融化过程中各处沉降极其不均匀，传压板可能直接覆于稳定的较大块碎石之上而无法对空隙中冰的融化做出反应，因此利用土工试验方法标准测量的块碎石冻土的沉降变形量不准确；同时块碎石冻土之间的空隙较大，利用加热板对冻土进行加热时热量传递不理想。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种能够精确测量块碎石冻土的融化沉降量的块碎石冻土原位融沉试验装置。

本实用新型提供一种块碎石冻土的原位融沉试验装置，包括加热系统、温度量测系统和沉降量测系统，所述加热系统包括电热风机，所述电热风机位于沉降量测系统的外侧，其用于对块碎石冻土进行加热，所述温度量测系统包括温度仪表和热电偶，所述温度仪表与热电偶连接，所述热电偶位于冻土试验区域的内部，其用于测量不同深度处的冻土融化温度，将所述温度仪表放置在沉降量测系统的外侧，所述温度仪表用于显示和记录温度数据，所述沉降量测系统包括支撑架和千分表，所述支撑架内设置支撑杆，所述支撑杆与千分表连接，所述千分表通过连接杆连接弹簧杆，所述弹簧杆的下端连接接触板，所述千分表与接触板接触，所述接触板与块碎石冻土接触，所述千分表用于测量块碎石冻土的融化下沉量，所述支撑架用于将冻土试验区域隔离。

进一步地，所述支撑架包括上支撑架和侧支撑架，所述上支撑架位于冻土试验区域的上表面的上方，所述侧支撑架的下端设有排水孔和鼓风口，所述鼓风口位于排水孔的上方，所述排水孔用于排出块碎石冻土融化过程中产生的水，所述鼓风口用于传输电热风机的热量，将所述电热风机放置在侧支撑架的下端的外侧。

进一步地，所述侧支撑架上设有卡孔，在所述卡孔内放置支撑杆，通过螺栓将支撑杆固定在侧支撑架上，所述支撑杆与千分表的上端通过螺栓固定连接。

进一步地，所述千分表包括表盘、套筒、量杆和测头，所述套筒固接在表盘的下端，所述量杆与套筒连接，所述量杆可在套筒内上下滑动，所述测头连接在量杆的下端。

进一步地，所述连接杆的中端设有第一支座，通过第一支座将表盘与连接杆固定连接，所述连接杆的左端和右端均设有第二支座，所述第二支座上开设有第一螺栓孔，所述弹簧杆的上端开设有第二螺栓孔，通过在第一螺栓孔和第二螺栓孔内插入螺栓可将连接杆与弹簧杆固定连接。

进一步地，所述弹簧杆包括弹簧和活动杆，所述活动杆的下端固接第三支座，所述第三支座上开设有第三螺栓孔，所述接触板上设有第四支座，所述第四支座上开设有第四螺栓孔，通过在第三螺栓孔和第四螺栓孔内插入螺栓可将弹簧杆与接触板固定连接，所述接触板向上或向下移动时，在所述弹簧杆内弹簧的作用下，所述活动杆随着接触板向上或向下移动。

进一步地，所述接触板的中心设有限位孔，所述限位孔与千分表的测头接触。

进一步地，相邻的热电偶之间的距离为10cm，位于最低处的热电偶的位置低于排水孔的位置，将温度仪表放置在地面上。

进一步地，启动电热风机后，电热风机产生的热量经鼓风口传输至冻土试验区域，冻土试验区域内的块碎石冻土受热融化，块碎石冻土融化后下沉，接触板随着块碎石冻土的下沉发生向下的位移变化，由千分表测量得到块碎石冻土的下沉量，在块碎石冻土的下沉过程中，通过温度仪表记录冻土试验区域内的温度。

进一步地，所述支撑杆的数量为一个或多个，在一个支撑杆上可连接多个千分表。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型利用千分表能够精确测量粒径较大的块碎石冻土的融化沉降量，测量结果可信度大；本实用新型提供的装置结构简单，操作简便；本实用新型通过电热风机对块碎石冻土进行加热，有效提高了加热效率，同时利用热电偶和温度仪表能够实时监测融化温度。

附图说明

图1是本实用新型一种块碎石冻土的原位融沉试验装置的示意图。

图2是本实用新型一种块碎石冻土的原位融沉试验装置中连接杆的示意图。

图3是本实用新型一种块碎石冻土的原位融沉试验装置中弹簧杆的示意图。

图4是本实用新型一种块碎石冻土的原位融沉试验装置中接触板的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本实用新型的实施例提供了一种块碎石冻土的原位融沉试验装置，包括加热系统、温度量测系统和沉降量测系统，加热系统包括电热风机1，电热风机1位于沉降量测系统的外侧，其用于对块碎石冻土进行加热，温度量测系统包括温度仪表2和热电偶3，温度仪表2与热电偶3连接，热电偶3用于测量不同深度处的冻土融化温度，将温度仪表2放置在沉降量测系统的外侧，温度仪表2用于显示和记录温度数据，沉降量测系统包括支撑架4和千分表5，支撑架4内设置支撑杆6，支撑杆6与千分表5连接，千分表5用于测量块碎石冻土的融化下沉量，支撑架4用于将冻土试验区域隔离。

支撑架4包括上支撑架41和侧支撑架42，上支撑架41位于冻土试验区域的上表面的上方，侧支撑架42的下端设有一个或多个的排水孔421和鼓风口422，鼓风口422位于排水孔421的上方，排水孔421用于排出块碎石冻土融化过程中产生的水，鼓风口422用于传输电热风机1的热量，将电热风机1放置在侧支撑架42的下端的外侧。

热电偶3位于冻土试验区域的内部，相邻的热电偶3之间的距离为10cm，位于最低处的热电偶3的位置低于排水孔421的位置，将温度仪表2放置在地面上。

千分表5包括表盘51、套筒52、量杆53和测头54，套筒52固接在表盘51的下端，量杆53与套筒52连接，量杆53可在套筒52内上下滑动，测头54连接在量杆53的下端。

侧支撑架42上设有一个或多个卡孔423，在卡孔423内放置支撑杆6，通过螺栓将支撑杆6固定在侧支撑架42上，千分表5的上端与支撑杆6通过螺栓固定连接，表盘51通过连接杆7固定连接两根弹簧杆8，弹簧杆8的下端固定连接一接触板9，千分表5与接触板9接触，接触板9与块碎石冻土接触。

参考图2，连接杆7的中端设有第一支座71，通过第一支座71将表盘51与连接杆7固定连接，连接杆7的左端和右端均设有第二支座72，第二支座72上开设有第一螺栓孔721，弹簧杆8的上端开设有第二螺栓孔(图中未示)，通过在第一螺栓孔721和第二螺栓孔内插入螺栓可将连接杆7与弹簧杆8固定连接。

参考图3和图4，弹簧杆8包括弹簧81和活动杆82，活动杆82的下端固接第三支座821，第三支座821上开设有第三螺栓孔8211，接触板9上设有第四支座91，第四支座91上开设有第四螺栓孔911，通过在第三螺栓孔8211和第四螺栓孔911内插入螺栓可将弹簧杆8与接触板9固定连接，接触板9向上或向下移动时，在弹簧81的作用下，活动杆82随着接触板9向上或向下移动，接触板9的中心设有限位孔92，限位孔92与千分表5的测头54接触。

启动电热风机1后，电热风机1产生的热量经鼓风口422传输至冻土试验区域，冻土试验区域内的块碎石冻土受热融化，块碎石冻土融化后下沉，接触板9随着块碎石冻土的下沉发生向下的位移变化，然后千分表5的量杆53在套筒52内向下滑动，由千分表5测量得到块碎石冻土的下沉量，在块碎石冻土的下沉过程中，通过温度仪表2记录冻土试验区域内的温度。

支撑杆6的数量为一个或多个，在一个支撑杆6上可固定连接多个千分表5，求取多个千分表5测量得到的下沉量的平均值，该平均值为冻土试验区域内块碎石冻土的融化沉降量，利用沉降量和温度可进一步计算块碎石冻土的融沉系数。

一实施例中，选定的冻土试验区域的面积为2m×2m，通过支撑架4将冻土试验区域隔离，由于在冻土试验区域的开挖过程中，边界的部分块碎石会被掏出以至边界与支撑架4之间会存在空隙，所以需要在边界中注入适量的中粗砂，侧支撑架42上设有四个卡孔423，相邻的卡孔423的距离为0.5m，侧支撑架42的下端分别开设四个鼓风口422和四个排水孔421，通过风钻在冻土试验区域的中间位置钻一个深度为2.2m、直径为5cm的深孔,将21支热电偶3自下而上每隔10cm放入深孔内，并用砂土将深孔填实，然后在每个卡孔423内插入支撑杆6，支撑杆6为长度为2.2m、直径为5cm的钢管，通过螺栓将支撑杆6固定，在每根支撑杆6上固定连接两个千分表5，在侧支撑架42的下端的外侧放置四个电热风机1，启动电热风机1，对块碎石冻土进行鼓风加热，同时持续监测和记录温度仪表2和千分表5的读数，当块碎石冻土全部融化之后，停止加热，利用得到的融化沉降量和温度计算块碎石冻土的融沉系数。

本实用新型利用千分表5能够精确测量粒径较大的块碎石冻土的融化沉降量，测量结果可信度大；本实用新型提供的装置结构简单，操作简便；本实用新型通过电热风机1对块碎石冻土进行加热，有效提高了加热效率，同时利用热电偶3和温度仪表2能够实时监测融化温度。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，包括加热系统、温度量测系统和沉降量测系统，所述加热系统包括电热风机，所述电热风机位于沉降量测系统的外侧，其用于对块碎石冻土进行加热，所述温度量测系统包括温度仪表和热电偶，所述温度仪表与热电偶连接，所述热电偶位于冻土试验区域的内部，其用于测量不同深度处的冻土融化温度，将所述温度仪表放置在沉降量测系统的外侧，所述温度仪表用于显示和记录温度数据，所述沉降量测系统包括支撑架和千分表，所述支撑架内设置支撑杆，所述支撑杆与千分表连接，所述千分表通过连接杆连接弹簧杆，所述弹簧杆的下端连接接触板，所述千分表与接触板接触，所述接触板与块碎石冻土接触，所述千分表用于测量块碎石冻土的融化下沉量，所述支撑架用于将冻土试验区域隔离。

2.如权利要求1所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，所述支撑架包括上支撑架和侧支撑架，所述上支撑架位于冻土试验区域的上表面的上方，所述侧支撑架的下端设有排水孔和鼓风口，所述鼓风口位于排水孔的上方，所述排水孔用于排出块碎石冻土融化过程中产生的水，所述鼓风口用于传输电热风机的热量，将所述电热风机放置在侧支撑架的下端的外侧。

3.如权利要求2所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，所述侧支撑架上设有卡孔，在所述卡孔内放置支撑杆，通过螺栓将支撑杆固定在侧支撑架上，所述支撑杆与千分表的上端通过螺栓固定连接。

4.如权利要求1所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，所述千分表包括表盘、套筒、量杆和测头，所述套筒固接在表盘的下端，所述量杆与套筒连接，所述量杆可在套筒内上下滑动，所述测头连接在量杆的下端。

5.如权利要求4所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，所述连接杆的中端设有第一支座，通过第一支座将表盘与连接杆固定连接，所述连接杆的左端和右端均设有第二支座，所述第二支座上开设有第一螺栓孔，所述弹簧杆的上端开设有第二螺栓孔，通过在第一螺栓孔和第二螺栓孔内插入螺栓可将连接杆与弹簧杆固定连接。

6.如权利要求5所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，所述弹簧杆包括弹簧和活动杆，所述活动杆的下端固接第三支座，所述第三支座上开设有第三螺栓孔，所述接触板上设有第四支座，所述第四支座上开设有第四螺栓孔，通过在第三螺栓孔和第四螺栓孔内插入螺栓可将弹簧杆与接触板固定连接，所述接触板向上或向下移动时，在所述弹簧杆内弹簧的作用下，所述活动杆随着接触板向上或向下移动。

7.如权利要求4所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，所述接触板的中心设有限位孔，所述限位孔与千分表的测头接触。

8.如权利要求2所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，相邻的热电偶之间的距离为10cm，位于最低处的热电偶的位置低于排水孔的位置，将温度仪表放置在地面上。

9.如权利要求2所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，启动电热风机后，电热风机产生的热量经鼓风口传输至冻土试验区域，冻土试验区域内的块碎石冻土受热融化，块碎石冻土融化后下沉，接触板随着块碎石冻土的下沉发生向下的位移变化，由千分表测量得到块碎石冻土的下沉量，在块碎石冻土的下沉过程中，通过温度仪表记录冻土试验区域内的温度。

10.如权利要求1所述的块碎石冻土的原位融沉试验装置，其特征在于，所述支撑杆的数量为一个或多个，在一个支撑杆上可连接多个千分表。