專利名稱：大型低溫土工模擬試驗系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于土工試驗測試技術領域，尤其是涉及一種大型低溫土工模擬 試驗系統。
背景技術：
隨著公路事業的迅速發展， 一些特殊土 (如凍土、鹽漬土等)的基礎 工程病害日益成為本行業發展的瓶頸。目前，所涉及的上述病害的試驗研 究大都在低溫實驗室內進行，但是由于實驗室面積相對較大，因而降溫升 溫耗費能源巨大，加之低溫模擬實驗周期長，造成很多大型低溫試驗因無 力支付巨大的能耗資金而被擱淺。另外，因環境溫度的影響很難對實驗室 內部的溫度和水分等因素進行控制，導致試驗效果較差，甚至失敗。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一 種大型低溫土工模擬試驗系統，其結構簡單、設計合理且能耗低、可控性 強、性價比高，能有效解決現有大型低溫試驗測試系統可操作性差、成本 高且測試效果不理想等缺陷和不足。
為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是 一種大型低溫土工模
擬試驗系統，其特征在于包括為測試體提供低溫模擬試驗環境的隔熱保 溫罩、從所述測試體底部由下至上自動對所述測試體進行補水的底部水分 動態補給系統、對隔熱保溫罩內部溫度進行控制調整的溫度檢測及控制系 統和對所述測試體的相關參數進行檢測、分析及處理的信號檢測及數據采 集處理系統；所述底部水分動態補給系統由蓄水裝置、布設在所述測試體 底部的多個補水裝置、接在蓄水裝置和所述補水裝置間的供水管道、安裝在所述供水管道上的閥門、對所述測試體底部的水流流速進行實時檢測并 同時顯示檢測結果的流速儀和根據流速儀所檢測信號相應對閥門的開關 及開度大小進行控制調整的流速控制器，所述流速儀接流速控制器，流速 控制器接閥門；所述溫度檢測及控制系統包括對隔熱保溫罩內部氣溫進行 實時檢測的溫度傳感器一、與溫度傳感器一相接且位于隔熱保溫罩外部的 溫度控制箱和對隔熱保溫罩內部氣溫進行升降調整的溫度調整系統，所述 溫度傳感器一和溫度調整系統均布設在隔熱保溫罩內部，所述溫度調整系
統由溫度控制箱根據溫度傳感器一實時所檢測信號相應進行控制；所述信
號檢測及數據釆集處理系統包括對所述測試體的相關參數進行實時檢測
的傳感器組、與傳感器組相接的A/D轉換器和與A/D轉換器相接且對傳感
器組所檢測信號進行分析處理、顯示及存儲的微處理器，所述傳感器組布
設在所述測試體內部，A/D轉換器和微處理器均布設在隔熱保溫罩外部，
半封閉制冷壓縮機組和暖風空調均與溫度控制箱相接。
所述隔熱保溫罩的內壁上鋪設有一層由保溫材料制成的保溫層。
所述隔熱保溫罩的底部開口處鋪有一層玻璃鋼保溫防水板。
還包括設置在隔熱保溫罩正上方且對隔熱保溫罩進行起吊的起吊裝置。
所述補水裝置為布設在所述測試體底部且表面開有多個流水孔的不 銹鋼管。
所述溫度調整系統包括暖風空調、位于隔熱保溫罩外部的半封閉制冷 壓縮機組和與半封閉制冷壓縮機組相接的制冷風扇，所述制冷風扇和暖風 空調均布設在隔熱保溫罩內部。
所述溫度傳感器一、制冷風扇和暖風空調均布設在隔熱保溫罩頂部的 內壁上。
所述供水管道為塑膠套管。
所述傳感器組包括對所述測試體內部的溫度、水分、鹽分和應力分別 進行檢測的溫度傳感器二、水分傳感器、鹽分傳感器和壓力盒。所述傳感器組布設在所述測試體的內部中部。 本發明與現有技術相比具有以下優點
1、 結構簡單、設計合理、制造及運行成本低且使用操作簡便。
2、 試驗效果好，特別是對涉及水熱等多種因素影響的大型模擬試驗, 本發明能取代現有的專用低溫實驗室，其能模擬大氣溫度隨季節和晝夜變 化的整個試驗環境，從而簡單方便地實現在室內進行大型試槽的路基凍脹 或鹽脹模擬試驗的目的，且模擬試驗效果非常好，測試參數更加準確。
3、 經濟效益巨大，本發明可以對測試體內各參數進行動態測試，為 大型土工室內低溫模擬試驗提供一種理想的試驗設備，在提高大型低溫試
驗測試精度的同時，也能大幅降低試驗費用，利用該設備(約6萬RMB) 僅需很小的試驗費用(僅10匹壓縮機所耗電能)完全可以達到專用低溫 實驗室的試驗效果，因而實際操作過程中不必再修建專用的低溫實驗室 (約500萬RMB)，從而節省高昂的機電設備費、電能消耗費(90匹壓縮
機所耗電能)和巨額的修建低溫實驗室費用。
綜上所述，本發明結構簡單、設計合理且能耗低、可控性強、性價比 高，能有效解決現有大型低溫試驗測試系統可操作性差、成本高且測試效 果不理想等缺陷和不足。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發明的整體結構示意圖。 圖2為本發明溫度檢測及控制系統的電路框圖。 圖3為本發明信號檢測及數據釆集處理系統的電路框圖。 附圖標記說明
l一半封閉制冷壓縮機組；2-l —溫度傳感器一； 2-2—溫度控制箱；
3—制冷風扇；4一暖風空調； 5—傳感器組；
5-1一溫度傳感器二； 5-2—水分傳感器； 5-3—鹽分傳感器；5-4—壓力盒；
8—流速儀； 11一A/D轉換器 14一保溫層； 17 —閥門；
15—玻璃鋼保溫防水板 18—流速控制器。
6—不銹鋼管; 9一塑膠套管; 12—數據線；
7—蓄水裝置； IO—微處理器;
13 —隔熱保溫罩; 16—起吊裝置；
具體實施例方式
如圖l、圖2及圖3所示，本發明包括為測試體提供低溫模擬試驗環境 的隔熱保溫罩13、從所述測試體底部由下至上自動對所述測試體進行補水 的底部水分動態補給系統、對隔熱保溫罩13內部溫度進行控制調整的溫 度檢測及控制系統和對所述測試體的相關參數進行檢測、分析及處理的信 號檢測及數據釆集處理系統。同時，本發明還包括設置在隔熱保溫罩13 正上方且對隔熱保溫罩13進行起吊的起吊裝置16，所述起吊裝置16主要 用在試驗開始和結束時升降隔熱保溫罩13。本實施例中，所述隔熱保溫罩 13的內壁上鋪設有一層由保溫材料制成的保溫層14,所述隔熱保溫罩13 的底部開口處鋪有一層玻璃鋼保溫防水板15。所述玻璃鋼保溫防水板15 的主要功能是隔絕隔熱保溫罩13底部的溫度和水分，使待測測試體免受 底部環境的影響。
所述底部水分動態補給系統由蓄水裝置7、布設在所述測試體底部的 多個補水裝置、接在蓄水裝置7和所述補水裝置間的供水管道、安裝在所 述供水管道上的閥門17、對所述測試體底部的水流流速進行實時檢測并同 時顯示檢測結果的流速儀8和根據流速儀8所檢測信號相應對閥門17的 開關及開度大小進行控制調整的流速控制器18，所述流速儀8接流速控制 器18，流速控制器18接閥門17。本實施例中，所述補水裝置為布設在所 述測試體底部且表面開有多個流水孔的不銹鋼管6，所述供水管道為塑膠 套管9，也就是說，所述蓄水裝置7和表面開有多個流水孔的不銹鋼管6 間通過塑膠套管9進行連接。所述表面開有多個流水孔的不銹鋼管6具體安裝在玻璃鋼保溫防水板15上方。
所述溫度檢測及控制系統包括對隔熱保溫罩13內部氣溫進行實時檢
測的溫度傳感器一 2-1、與溫度傳感器一 2-1相接且位于隔熱保溫罩13 外部的溫度控制箱2-2和對隔熱保溫罩13內部氣溫進行升降調整的溫度 調整系統。所述溫度傳感器一 2-1和溫度調整系統均布設在隔熱保溫罩13 內部，所述溫度調整系統由溫度控制箱2-2根據溫度傳感器一 2-1實時所 檢測信號相應進行控制。本實施例中，所述溫度調整系統包括暖風空調4、 位于隔熱保溫罩13外部的半封閉制冷壓縮機組1和與半封閉制冷壓縮機 組1相接的制冷風扇3,所述制冷風扇3和暖風空調4均布設在隔熱保溫 罩13內部，半封閉制冷壓縮機組1和暖風空調4均與溫度控制箱2-2相 接。并且所述溫度傳感器一 2-1、制冷風扇3和暖風空調4均布設在隔熱 保溫罩13頂部的內壁上。
所述信號檢測及數據釆集處理系統包括對所述測試體的相關參數進 行實時檢測的傳感器組5、與傳感器組5相接的A/D轉換器11和與A/D 轉換器11相接且對傳感器組5所檢測信號進行分析處理、顯示及存儲的 微處理器IO。所述傳感器組5布設在所述測試體內部，A/D轉換器ll和 微處理器10均布設在隔熱保溫罩13外部。本實施例中，所述傳感器組5 布設在所述測試體的內部中部且其與A/D轉換器11間通過數據線12進行 連接。所述傳感器組5包括對所述測試體內部的溫度、水分、鹽分和應力 分別進行檢測的溫度傳感器二 5-1、水分傳感器5-2、鹽分傳感器5-3和 壓力盒5-4。
本發明使用過程中，通過隔熱保溫罩13為測試體提供一個低溫模擬試 驗，使得置于隔熱保溫罩13內部溫度在測試過程中不受外界環境溫度的影 響，且通過所述溫度檢測及控制系統對隔熱保溫罩13內溫度進行持續動態 控制，從而使隔熱保溫罩13保持在一定的可控范圍內，為所述測試體的測試 過程提供一個理想的溫度環境；同時，通過所述底部水分動態補給系統對測 試體底部含水量進行自動補給，使得所述測試體底部的含水量始終處于適宜狀態；另外，通過所述信號檢測及數據釆集處理系統實現動態觀測測試體
內部不同點位的試驗參數等目的；使用操作非常簡便且效果非常好。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是 根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構 變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在于包括為測試體提供低溫模擬試驗環境的隔熱保溫罩(13)、從所述測試體底部由下至上自動對所述測試體進行補水的底部水分動態補給系統、對隔熱保溫罩(13)內部溫度進行控制調整的溫度檢測及控制系統和對所述測試體的相關參數進行檢測、分析及處理的信號檢測及數據采集處理系統；所述底部水分動態補給系統由蓄水裝置(7)、布設在所述測試體底部的多個補水裝置、接在蓄水裝置(7)和所述補水裝置間的供水管道、安裝在所述供水管道上的閥門(17)、對所述測試體底部的水流流速進行實時檢測并同時顯示檢測結果的流速儀(8)和根據流速儀(8)所檢測信號相應對閥門(17)的開關及開度大小進行控制調整的流速控制器(18)，所述流速儀(8)接流速控制器(18)，流速控制器(18)接閥門(17)；所述溫度檢測及控制系統包括對隔熱保溫罩(13)內部氣溫進行實時檢測的溫度傳感器一(2-1)、與溫度傳感器一(2-1)相接且位于隔熱保溫罩(13)外部的溫度控制箱(2-2)和對隔熱保溫罩(13)內部氣溫進行升降調整的溫度調整系統，所述溫度傳感器一(2-1)和溫度調整系統均布設在隔熱保溫罩(13)內部，所述溫度調整系統由溫度控制箱(2-2)根據溫度傳感器一(2-1)實時所檢測信號相應進行控制；所述信號檢測及數據采集處理系統包括對所述測試體的相關參數進行實時檢測的傳感器組(5)、與傳感器組(5)相接的A/D轉換器(11)和與A/D轉換器(11)相接且對傳感器組(5)所檢測信號進行分析處理、顯示及存儲的微處理器(10)，所述傳感器組(5)布設在所述測試體內部，A/D轉換器(11)和微處理器(10)均布設在隔熱保溫罩(13)外部。
2. 按照權利要求1所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在于 所述隔熱保溫罩(13)的內壁上鋪設有一層由保溫材料制成的保溫層(14)。
3. 按照權利要求1或2所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在 于所述隔熱保溫罩(13)的底部開口處鋪有一層玻璃鋼保溫防水板(15)。
4. 按照權利要求l或2所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在于還包括設置在隔熱保溫罩(13)正上方且對隔熱保溫罩(13)進行起 吊的起吊裝置(16)。
5. 按照權利要求1或2所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在于所述補水裝置為布設在所述測試體底部且表面開有多個流水孔的不銹 鋼管(6)。
6. 按照權利要求l或2所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在 于所述溫度調整系統包括暖風空調(4)、位于隔熱保溫罩(13)外部 的半封閉制冷壓縮機組(1 )和與半封閉制冷壓縮機組(1 )相接的制冷風 扇(3)，所述制冷風扇(3)和暖風空調(4)均布設在隔熱保溫罩(13) 內部，半封閉制冷壓縮機組(1)和暖風空調(4)均與溫度控制箱(2-2) 相接。
7. 按照權利要求6所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在于 所述溫度傳感器一 (2-1)、制冷風扇(3)和暖風空調(4)均布設在隔 熱保溫罩(13)頂部的內壁上。
8. 按照權利要求l或2所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在 于所述供水管道為塑膠套管(9)。
9. 按照權利要求1或2所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征在 于所述傳感器組(5)包括對所述測試體內部的溫度、水分、鹽分和應 力分別進行檢測的溫度傳感器二 (5-1)、水分傳感器(5-2)、鹽分傳感 器(5-3)和壓力盒(5-4)。
10. 按照權利要求1或2所述的大型低溫土工模擬試驗系統，其特征 在于所述傳感器組(5)布設在所述測試體的內部中部。
全文摘要
本發明公開了一種大型低溫土工模擬試驗系統，包括為測試體提供低溫模擬試驗環境的隔熱保溫罩、從所述測試體底部由下至上自動對所述測試體進行補水的底部水分動態補給系統、對隔熱保溫罩內部溫度進行控制調整的溫度檢測及控制系統和對所述測試體的相關參數進行檢測、分析及處理的信號檢測及數據采集處理系統。本發明結構簡單、設計合理且能耗低、可控性強、性價比高，能有效解決現有大型低溫試驗測試系統可操作性差、成本高且測試效果不理想等缺陷和不足。
文檔編號G01N33/24GK101587116SQ20091002305
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月26日 優先權日2009年6月26日
發明者侯仲杰, 曹福貴, 高江平 申請人:長安大學