測量凍土融化固結過程中孔隙水壓力分布的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種測量凍土融化固結過程中孔隙水壓力分布的裝置。
【背景技術】
[0002]凍土融化后，在外壓力的作用下，隨著土體融化后孔隙水的不斷排出，其體積持續壓縮，這個過程即為融化固結。在實際工程中，凍土地基的沉降量以及沉降過程的準確預測，取決于土體在融化固結過程中孔隙水壓力的消散和分布規律。因此，亟需一種能夠測量凍土融化固結過程中孔隙水壓力的測量裝置，來實現土體不同層位孔隙水壓力的消散和分布測量的目的。
[0003]目前針對凍土融化固結過程中孔隙水壓力的測量裝置僅能夠測量到凍土試樣融化至土樣底端時，一個層位的孔隙水壓力消散情況。具體為:
[0004]1、試樣溫度通過試驗罐體頂端和底端承壓板控制。試樣罐體采用較厚的絕熱材料，整個試驗過程在室溫下進行。
[0005]2、首先調節試樣頂端和底端承壓板為負溫，使土樣凍結。隨后，將頂端承壓板溫度調為正溫，底端承壓板溫度調節為試樣的凍結溫度(凍結溫度指土體中水分凍結的溫度，一般低于零度)。
[0006]3、在頂端承壓板溫度調節為正溫后，通過加壓杠桿對其頂端承壓板施加壓力。同時通過設置在頂端承壓板的位移計記錄土樣壓縮變形。
[0007]4、當試樣從上至下融化到底端承壓板位置時，安裝在底端承壓板位置的孔隙水壓力探頭將測量到孔隙水的消散過程。
[0008]這樣的儀器結構存在兩方面的不足。首先，要讓土樣能夠從上到下融化到其底端位置，其底端承壓板的溫度需要精確控制在凍結溫度。因此，在進行此類試驗之前需要確定土樣凍結溫度，試驗程序繁瑣，且得到的試驗結果準確性較低，離散性較大。其次，現有的裝置僅能測量一個層位的孔隙水壓力，因而無法得到凍土試樣融化固結過程中不同層位處孔隙水壓力的分布情況。
【發明內容】
[0009]針對現有測量凍土試樣孔隙水壓力中存在的問題，本發明的目的在于提供一種測量凍土融化固結過程中孔隙水壓力分布的裝置，該裝置在控制凍土試樣一維融化狀態的過程中，對其施加壓力并測量土樣融化至不同層位處的孔隙水壓力，以此得到不同層位處土體孔隙水壓力的分布情況
[0010]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0011]—種測量凍土融化固結過程中孔隙水壓力分布的裝置，是由頂端承壓板冷液循管、頂端承壓板、有機玻璃試樣罐、透水石、底端承壓板、底端承壓板冷液循管、電伺服油壓系統、排水管、陶土板、孔隙水壓力傳感器、孔隙水壓力重置閥、溫度傳感器和恒溫箱組成。試樣置于有機玻璃試樣罐內，有機玻璃試樣罐罐體一側壁裝有溫度傳感器，另一側壁通過陶土板和導管與孔隙水壓力傳感器相連，導管上裝有孔隙水壓力重置閥，有機玻璃試樣罐底端和頂端分別置有底端承壓板和頂端承壓板，頂端承壓板底部裝有透水石，頂部置有排水管，頂端承壓板與電伺服油壓系統連接，有機玻璃試樣罐放置在恒溫箱內。恒溫箱外頂端承壓板冷浴通過頂端承壓板冷液循管與頂端承壓板連接;恒溫箱外底端承壓板冷浴通過底端承壓板冷液循管與底端承壓板連接;孔隙水壓力傳感器和溫度傳感器分別與數采儀連接，空氣壓縮機通過導管與恒溫箱連接。
[0012]本實用新型與現有技術相比。具有以下優點:
[0013]1、可直接對凍土試樣進行融化固結試驗，不需要額外測量凍土試樣的凍結溫度來確定試樣罐底端承壓板的溫度。
[0014]2、能夠實時測量凍土融化過程中不同層位的孔隙水壓力消散過程，以此得到試樣融化方向上的孔隙水分布情況。
[0015]3、本實用新型結構簡單、易于操作及準確率高，可用來測量凍土融化固結過程中試樣不同層位的孔隙水壓力消散和分布。具有測試程序簡單，測量結果更為準確全面的優點。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型結構不意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面，結合附圖，對本實用新型的技術方案再作進一步的說明:
[0018]如圖1所示，一種測量凍土融化固結過程中孔隙水壓力分布的裝置，是由頂端承壓板冷液循管1、頂端承壓板2、有機玻璃試樣罐3、透水石4、底端承壓板5、底端承壓板冷液循管6、電伺服油壓系統7、排水管8、陶土板9、孔隙水壓力傳感器10、孔隙水壓力重置閥11、溫度傳感器12和恒溫箱13組成。試樣17置于有機玻璃試樣罐3內，有機玻璃試樣罐3罐體一側壁裝有溫度傳感器12，溫度傳感器12與試樣17接觸;另一側壁通過陶土板9和導管與孔隙水壓力傳感器10相連，陶土板9與試樣17接觸;導管上裝有孔隙水壓力重置閥11。有機玻璃試樣罐3底端和頂端分別置有底端承壓板5和頂端承壓板2，頂端承壓板2底部與試樣17上部間裝有透水石4，頂端承壓板2頂部置有排水管8。頂端承壓板2與自由移動電伺服油壓系統7連接，有機玻璃試樣罐3放置在恒溫箱13內，恒溫箱13外頂端承壓板冷浴16通過頂端承壓板冷液循管I與頂端承壓板2連接;恒溫箱13外底端承壓板冷浴14通過底端承壓板冷液循管6與底端承壓板5連接;孔隙水壓力傳感器10和溫度傳感器12分別與數采儀18連接，空氣壓縮機15通過導管與恒溫箱13連接。
[0019]本發明的具體實施方案包括兩個操作內容，S卩:試驗準備階段和試驗測試階段。其中試驗準備階段對孔隙水壓力測量的準確性至關重要。
[0020]試驗準備階段:
[0021]如圖1所示，首先在與孔隙水壓力傳感器10聯通的導管內注入防凍液。將制備好的未凍試樣17放入有機玻璃試樣罐3內，并調整油壓加載系統7使頂端承壓板2與試樣17接觸。隨后，調整頂端承壓板冷浴16、底端承壓板冷浴14和空氣壓縮機15使頂端承壓板2、底端承壓板5以及恒溫箱13溫度處于相同目標負溫，并恒溫至少8小時。通過有機玻璃罐3側壁的溫度傳感器12監測土樣溫度達到恒定目標溫度后，短時開啟孔隙水壓力重置閥11確定孔隙水壓力傳感器10監測壓力為O后重新關閉孔隙水壓力重置閥11。
[0022]試驗測試階段:
[0023]試樣17的一維融化狀態是通過與頂端承壓板2和底端承壓板5連接的頂端和底端冷浴進行控制實現的。為了保證試驗過程中試樣嚴格處于一維融化狀態，通過空氣壓縮機控制恒溫箱13的溫度處于O度。調節頂端承壓板2溫度至正溫，底端承壓板5溫度控制為負溫，凍土試樣從上向下融化。通過與頂端承壓板2連接、且能夠自由移動電伺服油壓系統7對頂端承壓板2施加恒定壓力。
[0024]凍土試樣17從上向下融化過程中，安裝在有機玻璃試樣罐3側壁不同位置處的溫度傳感器12和孔隙水壓力傳感器10會監測到融化鋒面到達不同層位處的溫度以及孔隙水壓力，試樣17中孔隙水從排水管8排出。此時，數采儀18將記錄土樣在加壓融化過程中頂端承壓板2的位移，溫度傳感器12采集的溫度以及孔隙水壓力傳感器10采集到的試樣不同層位的孔隙水壓力。通過觀察采集到的頂端承壓板2的位移，由此監測結果可以得到凍土試樣融化深度以及孔隙水壓力的分布和發展情況。待頂端承壓板2的位移不再發展時表明試樣融化固結過程結束。最后，導出數采儀記錄的位移、溫度以及孔隙水壓力的數據。
[0025]該凍土融化固結孔隙水壓力測量儀的主要功能為。
[0026]試驗過程中頂端承壓板2溫度控制為正溫，底端承壓板5溫度控制為負溫，以此保證凍土試樣從上向下融化。為了保證試驗過程中試樣嚴格處于一維融化狀態，通過空氣壓縮機控制恒溫箱13的溫度處于O度。與此同時，通過與頂端承壓板2連接的能夠自由移動電伺服油壓系統7對頂端承壓板2施加恒定壓力。
[0027]融化固結試驗開始前打開孔隙水壓力重置閥11，并觀察孔隙水壓力傳感器10測量讀數待其歸零后重新關閉孔隙水壓力重置閥11。
【主權項】
1.一種測量凍土融化固結過程中孔隙水壓力分布的裝置，是由頂端承壓板冷液循管(1)、頂端承壓板(2)、有機玻璃試樣罐(3)、透水石(4)、底端承壓板(5)、底端承壓板冷液循管(6)、電伺服油壓系統(7)、排水管(8)、陶土板(9)、孔隙水壓力傳感器(10)、孔隙水壓力重置閥(11)、溫度傳感器(12)和恒溫箱(13)組成，其結構特征是:試樣(17)置于有機玻璃試樣罐(3)內，有機玻璃試樣罐(3)罐體一側壁裝有溫度傳感器(12)，另一側壁通過陶土板(9)和導管與孔隙水壓力傳感器(10)相連，導管上裝有孔隙水壓力重置閥(11)，有機玻璃試樣罐(3)底端和頂端分別置有底端承壓板(5)和頂端承壓板(2)，頂端承壓板(2)底部裝有透水石(4)，頂部置有排水管(8)頂端承壓板(2)與電伺服油壓系統(7)連接，有機玻璃試樣罐(3)放置在恒溫箱(13)內，恒溫箱(13)外頂端承壓板冷浴(16)通過頂端承壓板冷液循管(I)與頂端承壓板(2)連接;恒溫箱(13)外底端承壓板冷浴(14)通過底端承壓板冷液循管(6)與底端承壓板(5)連接;孔隙水壓力傳感器(10)和溫度傳感器(12)分別與數采儀(18)連接，空氣壓縮機(15)通過導管與恒溫箱(13)連接。
【專利摘要】本實用新型公開一種測量凍土融化固結過程中孔隙水壓力分布的裝置，其特征是：試樣置于有機玻璃試樣罐內，有機玻璃試樣罐罐體一側壁裝有溫度傳感器，另一側壁通過陶土板和導管與孔隙水壓力傳感器相連，導管上裝有孔隙水壓力重置閥，有機玻璃試樣罐底端和頂端分別置有底端承壓板和頂端承壓板，頂端承壓板底部裝有透水石，頂部置有排水管，頂端承壓板與電伺服油壓系統連接，有機玻璃試樣罐放置在恒溫箱內。恒溫箱外冷浴通過導管與頂端承壓板和底端承壓板連接；本實用新型結構簡單、易于操作及準確率高，可用來測量凍土融化固結過程中試樣不同層位的孔隙水壓力消散和分布。具有測試程序簡單，測量結果更為準確全面的優點。
【IPC分類】G01N33/24
【公開號】CN205176019
【申請號】CN201520967398
【發明人】姚曉亮, 齊吉琳, 劉萌心, 余帆
【申請人】中國科學院寒區旱區環境與工程研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月26日