具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统

摘要

本发明提供一种具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，该模型试验系统的补水系统和冷冻系统安装在模型槽箱体内部，模型槽箱体顶部设有可竖向移动的加载系统，温度场测试装置设置在冷冻系统四周，冻胀三维应力应变测试装置安装在模型槽箱体内侧壁处，冻胀融沉观测装置固定在模型槽箱体顶部。有益效果是为研究人工冻土物理力学特性，优化人工冻结工法提供科学研究的平台，可广泛应用于岩土工程、地下工程、交通工程等领域的冻结法施工模型试验，如盾构隧道进出口冻结加固、联络通道冻结法施工、深基坑冻结支护等地下工程的模拟试验。另外调整冷冻机控制参数还可以模拟天然冻土，用于研究季节性冻土及多年冻土地区冻土对建筑物和构筑物的破坏及影响。

主权项

一种具有补水功能和冻胀测试功能的大型冻土模型试验系统，该模型试验系统包括模型槽箱体、加载系统、冷冻系统、补水系统、温度场测试装置、冻胀三维应力应变测试装置、冻胀融沉观测装置及数据采集系统；补水系统和冷冻系统安装在模型槽箱体内部，模型槽箱体顶部设有可竖向移动的加载系统，冷冻系统设置在模型槽箱体的中心位置，水平或倾斜方向放置，温度场测试装置设置在冷冻系统四周，冻胀三维应力应变测试装置安装在模型槽箱体内侧壁处，冻胀融沉观测装置固定在模型槽箱体顶部；其特征是：所述模型槽箱体分为内外两层，内层箱体(2)是一个立方体容器，通过角钢骨架和带孔的不锈钢板连接而成，用于放置试验模拟的土体材料；模型槽箱体(1)在内层箱体(2)的四周，由槽钢(5)凹面向外沿内层箱体(2)高度叠加而成，槽钢(5)的翼缘部分通过螺栓连接，便于模型槽箱体(1)的拼装和拆卸；所述补水系统位于内外两层箱体之间，包括供水管(7)、流量控制阀(13)、流量计(14)、集水槽(15)和高压水泵(16)；供水管(7)沿模型槽箱体(1)侧壁高度水平布置，供水管(7)与流量控制阀(13)、流量计(14)、高压水泵(16)、集水槽(15)相互连同，通过调整流量控制阀(13)控制水流流速和流量，模拟不同深度土层的地下水位及水压，进行水土耦合试验；所述冷冻系统包括冷冻机(17)、盐水箱(18)、冷媒循环液、循环水泵(19)、串联管路(20)和冻结器(21)，所述冻结器(21)位于内层箱体的土体中，是一种内外套管形式的圆柱形容器，在管内能够进行冷媒循环；冻结器(21)通过串联管路(20)与盐水箱(18)和冷冻机(17)连接，各部分接口均采用丝扣螺纹拧接；所述冻胀三维应力应变测试装置包括基于十二面体的三维土压力盒和基于四面体框架的三维应变花；三维土压力盒是将常规的应变式微型土压力盒(24)镶嵌到菱形十二面体的水泥块上，三维应变花是将应变片(25)通过502胶水粘贴在四面体框架上，并在贴应变片(25)处涂抹密封胶。