测量冻土融化固结过程中孔隙水压力分布的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量冻土融化固结过程中孔隙水压力分布的装置。
【背景技术】
[0002]冻土融化后，在外压力的作用下，随着土体融化后孔隙水的不断排出，其体积持续压缩，这个过程即为融化固结。在实际工程中，冻土地基的沉降量以及沉降过程的准确预测，取决于土体在融化固结过程中孔隙水压力的消散和分布规律。因此，亟需一种能够测量冻土融化固结过程中孔隙水压力的测量装置，来实现土体不同层位孔隙水压力的消散和分布测量的目的。
[0003]目前针对冻土融化固结过程中孔隙水压力的测量装置仅能够测量到冻土试样融化至土样底端时，一个层位的孔隙水压力消散情况。具体为:
[0004]1、试样温度通过试验罐体顶端和底端承压板控制。试样罐体采用较厚的绝热材料，整个试验过程在室温下进行。
[0005]2、首先调节试样顶端和底端承压板为负温，使土样冻结。随后，将顶端承压板温度调为正温，底端承压板温度调节为试样的冻结温度(冻结温度指土体中水分冻结的温度，一般低于零度)。
[0006]3、在顶端承压板温度调节为正温后，通过加压杠杆对其顶端承压板施加压力。同时通过设置在顶端承压板的位移计记录土样压缩变形。
[0007]4、当试样从上至下融化到底端承压板位置时，安装在底端承压板位置的孔隙水压力探头将测量到孔隙水的消散过程。
[0008]这样的仪器结构存在两方面的不足。首先，要让土样能够从上到下融化到其底端位置，其底端承压板的温度需要精确控制在冻结温度。因此，在进行此类试验之前需要确定土样冻结温度，试验程序繁琐，且得到的试验结果准确性较低，离散性较大。其次，现有的装置仅能测量一个层位的孔隙水压力，因而无法得到冻土试样融化固结过程中不同层位处孔隙水压力的分布情况。
【发明内容】
[0009]针对现有测量冻土试样孔隙水压力中存在的问题，本发明的目的在于提供一种测量冻土融化固结过程中孔隙水压力分布的装置，该装置在控制冻土试样一维融化状态的过程中，对其施加压力并测量土样融化至不同层位处的孔隙水压力，以此得到不同层位处土体孔隙水压力的分布情况
[0010]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0011]—种测量冻土融化固结过程中孔隙水压力分布的装置，是由顶端承压板冷液循管、顶端承压板、有机玻璃试样罐、透水石、底端承压板、底端承压板冷液循管、电伺服油压系统、排水管、陶土板、孔隙水压力传感器、孔隙水压力重置阀、温度传感器和恒温箱组成。试样置于有机玻璃试样罐内，有机玻璃试样罐罐体一侧壁装有温度传感器，另一侧壁通过陶土板和导管与孔隙水压力传感器相连，导管上装有孔隙水压力重置阀，有机玻璃试样罐底端和顶端分别置有底端承压板和顶端承压板，顶端承压板底部装有透水石，顶部置有排水管，顶端承压板与电伺服油压系统连接，有机玻璃试样罐放置在恒温箱内。恒温箱外顶端承压板冷浴通过顶端承压板冷液循管与顶端承压板连接;恒温箱外底端承压板冷浴通过底端承压板冷液循管与底端承压板连接;孔隙水压力传感器和温度传感器分别与数采仪连接，空气压缩机通过导管与恒温箱连接。
[0012]本实用新型与现有技术相比。具有以下优点:
[0013]1、可直接对冻土试样进行融化固结试验，不需要额外测量冻土试样的冻结温度来确定试样罐底端承压板的温度。
[0014]2、能够实时测量冻土融化过程中不同层位的孔隙水压力消散过程，以此得到试样融化方向上的孔隙水分布情况。
[0015]3、本实用新型结构简单、易于操作及准确率高，可用来测量冻土融化固结过程中试样不同层位的孔隙水压力消散和分布。具有测试程序简单，测量结果更为准确全面的优点。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型结构不意图。
【具体实施方式】
[0017]下面，结合附图，对本实用新型的技术方案再作进一步的说明:
[0018]如图1所示，一种测量冻土融化固结过程中孔隙水压力分布的装置，是由顶端承压板冷液循管1、顶端承压板2、有机玻璃试样罐3、透水石4、底端承压板5、底端承压板冷液循管6、电伺服油压系统7、排水管8、陶土板9、孔隙水压力传感器10、孔隙水压力重置阀11、温度传感器12和恒温箱13组成。试样17置于有机玻璃试样罐3内，有机玻璃试样罐3罐体一侧壁装有温度传感器12，温度传感器12与试样17接触;另一侧壁通过陶土板9和导管与孔隙水压力传感器10相连，陶土板9与试样17接触;导管上装有孔隙水压力重置阀11。有机玻璃试样罐3底端和顶端分别置有底端承压板5和顶端承压板2，顶端承压板2底部与试样17上部间装有透水石4，顶端承压板2顶部置有排水管8。顶端承压板2与自由移动电伺服油压系统7连接，有机玻璃试样罐3放置在恒温箱13内，恒温箱13外顶端承压板冷浴16通过顶端承压板冷液循管I与顶端承压板2连接;恒温箱13外底端承压板冷浴14通过底端承压板冷液循管6与底端承压板5连接;孔隙水压力传感器10和温度传感器12分别与数采仪18连接，空气压缩机15通过导管与恒温箱13连接。
[0019]本发明的具体实施方案包括两个操作内容，S卩:试验准备阶段和试验测试阶段。其中试验准备阶段对孔隙水压力测量的准确性至关重要。
[0020]试验准备阶段:
[0021]如图1所示，首先在与孔隙水压力传感器10联通的导管内注入防冻液。将制备好的未冻试样17放入有机玻璃试样罐3内，并调整油压加载系统7使顶端承压板2与试样17接触。随后，调整顶端承压板冷浴16、底端承压板冷浴14和空气压缩机15使顶端承压板2、底端承压板5以及恒温箱13温度处于相同目标负温，并恒温至少8小时。通过有机玻璃罐3侧壁的温度传感器12监测土样温度达到恒定目标温度后，短时开启孔隙水压力重置阀11确定孔隙水压力传感器10监测压力为O后重新关闭孔隙水压力重置阀11。
[0022]试验测试阶段:
[0023]试样17的一维融化状态是通过与顶端承压板2和底端承压板5连接的顶端和底端冷浴进行控制实现的。为了保证试验过程中试样严格处于一维融化状态，通过空气压缩机控制恒温箱13的温度处于O度。调节顶端承压板2温度至正温，底端承压板5温度控制为负温，冻土试样从上向下融化。通过与顶端承压板2连接、且能够自由移动电伺服油压系统7对顶端承压板2施加恒定压力。
[0024]冻土试样17从上向下融化过程中，安装在有机玻璃试样罐3侧壁不同位置处的温度传感器12和孔隙水压力传感器10会监测到融化锋面到达不同层位处的温度以及孔隙水压力，试样17中孔隙水从排水管8排出。此时，数采仪18将记录土样在加压融化过程中顶端承压板2的位移，温度传感器12采集的温度以及孔隙水压力传感器10采集到的试样不同层位的孔隙水压力。通过观察采集到的顶端承压板2的位移，由此监测结果可以得到冻土试样融化深度以及孔隙水压力的分布和发展情况。待顶端承压板2的位移不再发展时表明试样融化固结过程结束。最后，导出数采仪记录的位移、温度以及孔隙水压力的数据。
[0025]该冻土融化固结孔隙水压力测量仪的主要功能为。
[0026]试验过程中顶端承压板2温度控制为正温，底端承压板5温度控制为负温，以此保证冻土试样从上向下融化。为了保证试验过程中试样严格处于一维融化状态，通过空气压缩机控制恒温箱13的温度处于O度。与此同时，通过与顶端承压板2连接的能够自由移动电伺服油压系统7对顶端承压板2施加恒定压力。
[0027]融化固结试验开始前打开孔隙水压力重置阀11，并观察孔隙水压力传感器10测量读数待其归零后重新关闭孔隙水压力重置阀11。
【主权项】
1.一种测量冻土融化固结过程中孔隙水压力分布的装置，是由顶端承压板冷液循管(1)、顶端承压板(2)、有机玻璃试样罐(3)、透水石(4)、底端承压板(5)、底端承压板冷液循管(6)、电伺服油压系统(7)、排水管(8)、陶土板(9)、孔隙水压力传感器(10)、孔隙水压力重置阀(11)、温度传感器(12)和恒温箱(13)组成，其结构特征是:试样(17)置于有机玻璃试样罐(3)内，有机玻璃试样罐(3)罐体一侧壁装有温度传感器(12)，另一侧壁通过陶土板(9)和导管与孔隙水压力传感器(10)相连，导管上装有孔隙水压力重置阀(11)，有机玻璃试样罐(3)底端和顶端分别置有底端承压板(5)和顶端承压板(2)，顶端承压板(2)底部装有透水石(4)，顶部置有排水管(8)顶端承压板(2)与电伺服油压系统(7)连接，有机玻璃试样罐(3)放置在恒温箱(13)内，恒温箱(13)外顶端承压板冷浴(16)通过顶端承压板冷液循管(I)与顶端承压板(2)连接;恒温箱(13)外底端承压板冷浴(14)通过底端承压板冷液循管(6)与底端承压板(5)连接;孔隙水压力传感器(10)和温度传感器(12)分别与数采仪(18)连接，空气压缩机(15)通过导管与恒温箱(13)连接。
【专利摘要】本实用新型公开一种测量冻土融化固结过程中孔隙水压力分布的装置，其特征是：试样置于有机玻璃试样罐内，有机玻璃试样罐罐体一侧壁装有温度传感器，另一侧壁通过陶土板和导管与孔隙水压力传感器相连，导管上装有孔隙水压力重置阀，有机玻璃试样罐底端和顶端分别置有底端承压板和顶端承压板，顶端承压板底部装有透水石，顶部置有排水管，顶端承压板与电伺服油压系统连接，有机玻璃试样罐放置在恒温箱内。恒温箱外冷浴通过导管与顶端承压板和底端承压板连接；本实用新型结构简单、易于操作及准确率高，可用来测量冻土融化固结过程中试样不同层位的孔隙水压力消散和分布。具有测试程序简单，测量结果更为准确全面的优点。
【IPC分类】G01N33/24
【公开号】CN205176019
【申请号】CN201520967398
【发明人】姚晓亮, 齐吉琳, 刘萌心, 余帆
【申请人】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月26日