1、(10)申请公布号 CN 102520003 A (43)申请公布日 2012.06.27 CN 102520003 A *CN102520003A* (21)申请号 201110387980.1 (22)申请日 2011.11.29 G01N 25/14(2006.01) (71)申请人 中国科学院寒区旱区环境与工程研 究所 地址 甘肃省兰州市城关区东岗西路 332 号 (72)发明人 顾同欣 王贵荣 沈颖 (74)专利代理机构 兰州中科华西专利代理有限 公司 62002 代理人 马正良 (54) 发明名称 环境温度梯度式冻融过程试验装置 (57) 摘要 本发明公开一种环境温度梯度式冻融过程
2、试 验装置， 其结构特征是其特征是恒温室是则由控 温顶、 有机玻璃筒和控温底板组成。土体样品置 于其中 ； 有机玻璃筒插有测温探头， 测温探头过 导线外接数据采集仪， 控温顶板和控温底板分别 与外部外接顶板控温冷浴和外接底板控温冷浴相 连， 土体样品中补水管和调节管穿过控温底板上 的小孔， 补水管接马廖特瓶， 调节管置于保温罩 外， 温度导温罩处于上保温罩、 下保温罩和恒温室 之间， 温度导温罩上插接位移传感器， 马廖特瓶和 保温罩置于支架上。 本发明可对不同温度， 不同密 度， 不同土质， 不同含水量等条件下的冻胀融沉量 与温度变化关系提供所需试验数据。为我国冻土 与冻土工程在自然界冻胀融沉
3、现象的研究方面， 提供一种检测装置和试验方法。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种环境温度梯度式冻融过程试验装置， 包括上保温罩 (1)、 控温顶板 (2)、 环境温 度导温罩(3)、 测温探头(4)、 有机玻璃筒(5)、 控温底板(6)、 下保温罩(7)、 外接顶板控温冷 浴 (8)、 外接底板控温冷浴 (9)、 位移传感器 (10)、 外接数据采集仪 (11)、 马廖特瓶 (12)、 补 水管路(13)、 支架(14
4、)和土体样品(15)， 其特征是恒温室是则由控温顶板(2)、 有机玻璃筒 (5)、 和控温底板 (6) 组成， 控温顶板 (2) 置于有机玻璃筒 (5) 上部， 控温底板 (6) 位于有机 玻璃筒 (5) 的下部， 土体样品 (15) 置于其中 ； 有机玻璃筒 (5) 插有测温探头 (4)， 测温探头 (4) 通过导线外接数据采集仪 (11)， 控温顶板 (2) 和控温底板 (6) 分别与外部外接顶板控 温冷浴 (8) 和外接底板控温冷浴 (9) 相连， 土体样品 (15) 中补水管 (13) 和调节管 (16) 穿 过控温底板 (6) 上的小孔， 补水管 (13) 接马廖特瓶 (12)， 调
5、节管 (16) 置于保温罩 (1) 外， 温度导温罩 (3) 处于上保温罩 (1)、 下保温罩 (7) 和恒温室之间， 温度导温罩 (3) 上插接位 移传感器 (10)， 马廖特瓶 (12) 和保温罩 (1) 置于支架 (14) 上。 权 利 要 求 书 CN 102520003 A 2 1/2 页 3 环境温度梯度式冻融过程试验装置 技术领域 0001 本发明涉及一种针对不同的土壤进行土体的冻胀融沉检测， 可获得土体冻胀融沉 现象与温度变化关系试验数据的环境温度梯度式冻融过程试验装置。 技术背景 0002 我国是世界上多年冻土分布面积第三大国多年冻土和季节冻土区分布面积分别 占全国面积的 2
6、1.5和 53.5， 冻土是一种温度低于 0且含有冰的土岩。冻土是一种特 殊土类， 其特殊性主要表现在它的性质与温度密切相关， 寒区地表土层由于气温年周期波 动产生反复冻结和融化， 导致土壤剖面再造， 这种再造现象突出地表现为水分迁移引起分 凝冰层出现， 最终导致土体冻胀， 当土体表面温度升高后又可产生融沉现象， 这种冻胀融沉 现象会造成寒区各项工程建筑物的破坏和工程建筑物的使用安全。 针对不同的土壤进行土 体的冻胀融沉检测研制一种冻土冻融过程试验装置， 可获得土体冻胀融沉现象与温度变化 关系试验数据， 为冻土与冻土工程在针对自然界冻胀融沉现象的研究方面提供一种检测装 置和试验方法。 发明内容
7、 0003 鉴于上述， 本发明的目的旨在提供一种环境温度梯度式冻融过程试验装置， 是针 对不同土质和扰动或原状土体样品， 在不同密度不同含水量以及不同温度条件下， 进行开 放系统 ( 补水 ) 和封闭系统。冻土冻胀融沉试验检测， 土体的冻胀量是通过电子位移传感 器采集获得， 温度采集采用热敏电阻测温探头获得， 开放系统补水装置采用马廖特瓶进行 补水， 来模拟自然界地下水补给方式。 此试验方法， 可满足冻土与冻土工程研究针对冻胀融 沉试验所提出的试验要求。 0004 本发明的目的是这样实现的 ： 0005 一种环境温度梯度式冻融过程试验装置， 包括上保温罩、 控温顶板、 环境温度导温 罩、 测温
8、探头、 有机玻璃筒、 控温底板、 下保温罩、 外接顶板控温冷浴、 外接底板控温冷浴、 位 移传感器、 外接数据采集仪、 马廖特瓶、 补水管路、 支架和土体样品， 其特征是恒温室是则由 控温顶板、 有机玻璃筒、 和控温底板组成， 控温顶板置于有机玻璃筒上部， 控温底板位于有 机玻璃筒的下部， 土体样品置于其中 ； 有机玻璃筒有测温探头， 测温探头通过导线外接数据 采集仪， 控温顶板和控温底板分别与外部外接顶板控温冷浴和外接底板控温冷浴相连， 土 体样品中补水管和调节管穿过控温底板上的小孔， 补水管接马廖特瓶， 调节管接保温罩， 温 度导温罩处于上保温罩、 下保温罩和恒温室之间， 温度导温罩上插接
9、位移传感器， 马廖特瓶 和保温罩置于支架上。 0006 本发明的优点 ： 0007 1、 恒温室由控温顶板、 控温底板和有机玻璃筒一起组成一个封闭的装土容器， 恒 温室外又罩有上、 下保温罩、 环境温度导温罩， 隔绝外界温度对试验样品的干扰， 保证土体 样品冻融过程的精度。 说 明 书 CN 102520003 A 3 2/2 页 4 0008 2、 有机玻璃筒插有不同梯度的测温探头， 测温探头通过导线外接数据采集仪， 数 据采集仪可以采集不同梯度土体样品冻融过程的数据， 为人工冻土冻融机理的研究提供技 术保证。 0009 3、 调节管用来调节马廖特瓶中的水位。 使马廖特瓶中的气压、 水压、
10、外部大气压以 及有机玻璃筒中土样底端的压力四者达到平衡状态。 0010 4、 恒温室温度控制采用控温顶板和底板内循环酒精通过低温冷浴制冷控温来调 节所需试验温度， 使恒温室温度处于恒温状态。 附图说明 0011 图 1 为本发明示意图。 具体实施方式 0012 下面结合附图， 对本发明的技术方案再作进一步的说明 ： 0013 如图 1 所示， 一种环境温度梯度式冻融过程试验装置， 包括上保温罩 1、 控温顶板 2、 环境温度导温罩3、 测温探头4、 有机玻璃筒5、 控温底板6、 下保温罩7、 外接顶板控温冷浴 8、 外接底板控温冷浴 9、 位移传感器 10、 外接数据采集仪 11、 马廖特瓶
11、12、 导水管 13、 支架 14、 土体样品 15 和调节管 16， 恒温室是则由控温顶板 2、 有机玻璃筒 5 和控温底板 6 组成， 控温顶板 2 置于有机玻璃筒 5 上部， 控温底板 6 位于有机玻璃筒 5 的下部， 土体样品 15 置 于其中。 控温顶板2， 控温底板6和土体样品环境温度导温罩3采用导温效果好的铝合金或 铜质金属材料制做。土体样品 15 为高 100mm 直径 100mm 圆柱形土样， 有机玻璃筒 5 采用厚 度 20mm 有机玻璃管制作， 筒内插有测温探头 4， 测温探头 4 通过导线外接数据采集仪 11， 控 温顶板 2 和控温底板 6 分别与外部外接顶板控温冷浴
12、 8 和外接底板控温冷浴 9 相连， 土体 样品 15 中补水管 13 和调节管 16 穿过控温底板 6 上的小孔， 导水管 13 接马廖特瓶 12， 调节 管 16 置于保温罩 1 外， 用来调节马廖特瓶 12 中的水位。温度导温罩 3 处于上保温罩 (1)、 下保温罩 7 和恒温室之间， 温度导温罩 3 上插接位移传感器 10， 马廖特瓶 12 和保温罩 1 置 于支架 14 上。 0014 下面结合具体试验过程进行说明， 试验前按要求制备土样并装入试验罐体 5 中， 并连接管路进行试验。试验时通过控制控温顶板 2 和控温底板 6 的温度达到所需的试验 上、 下端温度， 通过马廖特瓶导水管 16 的开启与封闭控制补水条件来模拟自然界地下水补 给方式， 通过与控温顶板 2 接触电子位移传感器 10 采集试验过程中土体的轴向位移， 通过 置于罐体壁上与土样接触的温度探头 4 采集试样不同层位的温度， 从而获得整个试验过程 中试样单向冻结条件下的温度、 体积变化情况， 进而可得到不同土质、 不同含水量土样的冻 胀融沉量及其随温度条件、 补水条件变化的变化趋势。 说 明 书 CN 102520003 A 4 1/1 页 5 图 1 说 明 书 附 图 CN 102520003 A 5
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