一种适合粗粒土的冻融循环试验装置及试验方法

本发明属于岩土冻融循环试验领域，具体涉及一种适合粗粒土的冻融循环试验装置及试验方法。

背景技术：

1、藏东南地区粗粒土在高寒多雨环境下长期经历着冻融循环作用，其力学性质和结构发生改变从而影响其强度特性。因此，冻融循环试验对于研究粗粒土力学性质具有重要意义。根据《土工试验方法标准》(gb/t50123-1999)和《土工试验规程》(sl237—1999)粗颗粒土冻融循环试验方法为：冻结和融化温度设定为-20℃与20℃；冻结和融化时间均为12h，一次冻融循环试验用时为12h。

2、研究冻融循环作用下粗粒土的强度特性变化，需要制备数量较多的试样，目前现有的冻融循环试验箱内的试样装载数量少，同时在制备冻融试样时较为繁琐，试样无法达到标准统一化，无法实现在冻融循环过程中实现对箱内湿度的控制，同时需要手动控制冻融周期时长，试验步骤较为繁琐，这极大的增加了冻融循环试验的难度，降低了试验结果的准确性。

技术实现思路

1、本发明提供一种适合粗粒土的冻融循环试验装置及试验方法，能够解决现有的冻融循环试验箱内的试样装载数量少，同时在制备冻融试样时较为繁琐，试样无法达到标准统一化，无法实现在冻融循环过程中实现对箱内湿度的控制，同时需要手动控制冻融周期时长，试验步骤较为繁琐，这极大的增加了冻融循环试验的难度，降低了试验结果的准确性的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

3、本发明实施例提供一种适合粗粒土的冻融循环试验装置，包括冻融循环试验箱(7)和试样制备装置；

4、所述冻融循环试验箱(7)内设置有冻融仓(21)，所述冻融仓(21)设置有三层放置板，每层放置板设置有6个试样放置槽(20)，每个所述试样放置槽(20)上放置一个所述试样制备装置，所述试样制备装置由上、下两部分组成，所述试样制备装置的下部直接固定在所述放置板上，每层所述放置板的底部设置电动轨道组件(14)，所述放置板可通过电动轨道组件(14)将所述试样制备装置推出所述冻融循环试验箱(7)的箱体；

5、所述冻融循环试验箱(7)的箱体内还设置有冻融循环系统，所述冻融循环系统包括加热机(17)、空气压缩机(8)、温度传感器(9)、湿度传感器(13)、控制器；所述温度传感器(9)和湿度传感器(13)设置在冻融循环箱的箱体内三侧箱壁上，用于监测箱体内的温度，当箱内温度达到阈值时，所述温度传感器(9)和湿度传感器(13)便会向控制器发出信号以实现对箱体内温度、湿度的控制；

6、所述冻融循环箱的箱体内后部设有排风口(3)，所述箱体内底部设有蒸发器(16)，用于实现对所述箱体内温度、湿度的控制；所述箱体下方安装有四个万向轮(4)，用于方便冻融循环试验箱(7)的移动；

7、所述冻融循环试验箱(7)的前侧设置有冻融循环箱箱门，所述冻融循环箱箱门上设置有亚克力透明观察窗口(6)和触摸式计算控制装置(1)，触摸式计算控制装置(1)用于设定冻融循环温度、冻融时长、箱内湿度、冻融循环次数以及所述电动轨道组件(14)，同时用于对试验过程中的温度、箱内湿度、冻融循环次数进行实时监控。

8、根据本发明一可选实施例，所述试样制备装置包括试样盒(26)、与所述试样盒(26)匹配的试样盒盖(25)、以及位于所述试样盒(26)和所述试样盒盖(25)上的封闭卡扣(23)、侧向应变片(22)和轴向应变片(24)。

9、根据本发明一可选实施例，所述冻融循环试验箱(7)底部还设置有机组设备箱(5)。

10、根据本发明一可选实施例，所述冻融循环试验箱(7)还设置有湿度控制装置，所述湿度控制装置包括湿度感应装置和湿度控制组件(18)，所述湿度感应装置位于所述冻融仓(21)内部，所述湿度控制组件(18)位于所述机组设备箱(5)内。

11、根据本发明一可选实施例，所述冻融循环试验箱(7)还设置有加热制冷装置，所述加热制冷装置包括空气压缩机(8)、冷凝器(15)、蒸发器(16)和湿度传感器(13)；

12、所述冷凝器(15)和所述空气压缩机(8)位于所述机组设备箱(5)内；湿度传感器(13)位于所述冻融仓(21)内，所述蒸发器(16)一端连接于所述冻融仓(21)，另一端连接所述机组设备箱(5)内的所述冷凝器(15)和所述空气压缩机(8)。

13、根据本发明一可选实施例，所述冻融仓(21)顶部还设置有声光报警装置(11)。

14、根据本发明一可选实施例，所述冻融循环试验箱(7)左下方设置有220v交流电输入接口(2)。

15、根据本发明一可选实施例，所述加热机(17)包括半导体加热片。

16、依据上述适合粗粒土的冻融循环试验装置，本发明还提供一种适合粗粒土的冻融循环试验方法，所述适合粗粒土的冻融循环试验方法采用上述实施例的适合粗粒土的冻融循环试验装置，所述冻融循环试验方法包括如下步骤：

17、步骤s1，接通220v电源，打开电源开关；

18、步骤s2，通过手动设置，在触摸式计算控制装置(1)上手动设置：冻融循环周期、高温、低温和湿度；

19、步骤s3，开始预制冷，将冻融循环试验箱(7)的温度制冷至-20℃；

20、步骤s4，将制备好的粗粒土试块首先在常温下养护48h，将养护好的粗粒土试样放到试样放置槽(20)内，关闭冻融循环箱箱门，粗粒土试样开始冻结；

21、步骤s5，冻结时间达到12h时，冻冻融循环试验箱(7)自动转变为溶解模式，此时冻融循环试验箱(7)在加热机(17)的加热作用下温度控制在20℃；

22、步骤s6，当冻结、融化时间分别达到12h，为一次冻融循环试验结束；

23、步骤s7，为保证冻融循环试验的准确性，温度传感器(13)自动记录恒温保持时间，未达到冻融预设温度的冻融时长不计入试验时间；

24、步骤s8，重复以上步骤s1-s7，对粗粒土试样进行5次、10次、20次、40次的冻融循环试验，并对冻融循环试验完成的试样开展剪切试验，计算其抗剪强度以及抗剪强度参数衰减率。

25、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种适合粗粒土的冻融循环试验装置及试验方法，冻融循环试验装置的结构简单，设计合理，实用性强，实现方便且成本低，使用操作便捷，温度与湿度控制精准，试样制备方便快捷，极大提高了冻融循环试验的效率与准确性，使用效果好，便于推广使用。

技术特征：

1.一种适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，包括冻融循环试验箱(7)和试样制备装置；

2.根据权利要求1所述的适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，所述试样制备装置包括试样盒(26)、与所述试样盒(26)匹配的试样盒盖(25)、以及位于所述试样盒(26)和所述试样盒盖(25)上的封闭卡扣(23)、侧向应变片(22)和轴向应变片(24)。

3.根据权利要求1所述的适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，所述冻融循环试验箱(7)底部还设置有机组设备箱(5)。

4.根据权利要求3所述的适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，所述冻融循环试验箱(7)还设置有湿度控制装置，所述湿度控制装置包括湿度感应装置和湿度控制组件(18)，所述湿度感应装置位于所述冻融仓(21)内部，所述湿度控制组件(18)位于所述机组设备箱(5)内。

5.根据权利要求4所述的适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，所述冻融循环试验箱(7)还设置有加热制冷装置，所述加热制冷装置包括空气压缩机(8)、冷凝器(15)、蒸发器(16)和湿度传感器(13)；

6.根据权利要求1所述的适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，所述冻融仓(21)顶部还设置有声光报警装置(11)。

7.根据权利要求1所述的适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，所述冻融循环试验箱(7)左下方设置有220v交流电输入接口(2)。

8.根据权利要求1所述的适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，所述加热机(17)包括半导体加热片。

9.一种适合粗粒土的冻融循环试验方法，所述适合粗粒土的冻融循环试验方法采用如权利要求1至8任一所述的适合粗粒土的冻融循环试验装置，其特征在于，所述冻融循环试验方法包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种适合粗粒土的冻融循环试验装置及试验方法，该冻融循环试验装置包括冻融循环试验箱和试样制备装置；冻融循环试验箱内设置有冻融仓，冻融仓设置有三层放置板，每层放置板设置有6个试样放置槽，每个试样放置槽上放置一个试样制备装置，冻融循环试验箱的箱体内还设置有冻融循环系统，冻融循环试验箱的前侧设置有冻融循环箱箱门，冻融循环箱箱门上设置有亚克力透明观察窗口和触摸式计算控制装置；该冻融循环试验装置的结构简单，设计合理，实用性强，实现方便且成本低，使用操作便捷，温度与湿度控制精准，试样制备方便快捷，极大提高了冻融循环试验的效率与准确性，使用效果好，便于推广使用。

技术研发人员：曹志翔,韩志洋,宋新伟,金建立
受保护的技术使用者：西藏农牧学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13