一种新型智能冻胀测试仪的制作方法

1.本实用新型涉及一种新型智能冻胀仪，涉及岩土工程技术领域。


背景技术：

2.目前岩土工程中对于冻土冻胀特性的测试主要通过冻胀仪进行测试，当前使用的冻胀仪主要将试样侧向限制后在轴向施加一定荷载后，基于温控箱对试样进行冻结，试样在冻结过程中，径向由于受到限制，不能够产生变形，轴向施加的固结压力在冻结过程中会被抵消最终反弹，基于相关位移传感器和力传感器可以测试获得冻土在冻结过程中产生的冻胀量和冻胀力，为岩土工程设计提供技术参数。
3.但实际工程中，冻土在冻结过程中体积的膨胀是各个各个方向都会产生一定的膨胀量，不仅仅局限在轴向膨胀，且膨胀力在各个方向也都有。另外，冻土冻结后消融过程中，其体积会产生收缩，此时的收缩在轴向和径向都有产生，当前技术只能够测试轴向收缩量，对于径向冻结试样消融过程中的收缩量则无法精确测试。为解决上述技术问题，本实用新型提出一种可测试岩土试样在冻结过程中体积变化规律，同时能够测试岩土体试样在冻结过程中轴向和径向产生的冻胀力的新型智能化冻胀测试仪。
4.现有技术对于岩土体试样在冻胀过程中产生的变形主要通过轴向力位移传感器进行测试，对于冻胀过程中产生的冻胀力主要通过轴向力传感器进行测试。
5.现有技术中岩土体冻胀后在消融过程中产生的体积收缩，只能通过轴向位移传感器获得试样消融过程中产生的轴向变形。
6.用现有技术中对于岩土体试样在冻结中的冻胀力和冻胀量的测试只能获得轴向的冻胀量和冻胀力大小，对于径向产生的冻胀力和冻胀量则无法获得，所得数据不能够精确反映岩土体冻胀特性。目前的冻胀仪对于冻结岩土体在冻结后，消融过程中产生的体积变化只能够测试试样轴向的收缩量，对于试样径向的收缩量则无法测试，所测数据不能够反映冻结岩土体消融过程中产生的体积变化，而岩土体在冻结和消融过程中产生的体积变化结合初始体积对于深刻认识岩土体冻胀特性至关重要。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型提供了一种新型智能冻胀仪，基于防冻循环液结合压力传感器对岩土体试样冻结过程中产生的轴向冻胀力和径向冻胀力进行精确测试，同时将径向压力测试系统与双压力室相结合实现冻胀过程中径向变形量的精确测试，实现冻胀试验中轴向冻胀力和轴向位移、径向冻胀力和变形量的精确测试，所得参数能够真实反映岩土体在冻结过程中的冻胀力变化及冻胀量变化规律，本专利提供的径向冻胀量测试技术能够在冻结岩土体消融过程中对其产生的径向收缩量实现精确测试，结合轴向收缩量获得冻土消融过程中的体积收缩量。
8.本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：本实用新型的一种新型智能冻胀测试仪，其包括侧向变形仓、温度控制系统和冷却循环液系统，所述侧向变形仓内部放置
有土样，土样顶部设置有试样顶帽，试样顶帽上设置有轴向冻胀力传力杆，侧向变形仓放在试样底座上，轴向冻胀力传力杆架在固定顶板上，固定顶板通过支柱固定在试样底座上，固定顶板上设置有轴向力控制系统，轴向力控制系统控制轴向冻胀力传力杆输出轴向力，所述侧向变形仓内侧壁上设置有柔性侧壁，侧向变形仓外侧壁上设置有刚性侧壁，侧向变形仓与差压传感器连通，侧向变形仓设置在温度控制系统内，试样顶帽上连接有试样顶部进排水控制器，试样底座上连接有试样底部进排水控制器和孔隙水压力传感器，侧向变形仓上连接有径向冻胀力测试传感器，差压传感器上连接有基准压力控制器，差压传感器、试样顶部进排水控制器、试样底部进排水控制器、孔隙水压力传感器、径向冻胀力测试传感器、基准压力控制器、轴向力控制系统和温度控制系统均与数据采集板通讯连接，数据采集板与计算机连接，冷却循环液系统内设置有压力室，压力室上设置有循环液出口和循环液进口，循环液出口和循环液进口与侧向变形仓连通，压力室通过数据采集线与数据采集板连接。
9.侧向变形仓内充满防冻循环液。
10.所述柔性侧壁为乳胶膜。
11.本专利在径向冻胀力和冻胀变形测试中，试样发生冻胀时，柔性侧壁会变形，此变形将会引起侧向变形仓中防冻循环液发生变化，侧向冻胀力侧式传感器采集到里的变化后将立即将数据传送至数据采集板，数据采集板将信息传给基准压力控制器，该控制器立即向差压传感器系统施加和侧向变形仓中相同的力，试样冻胀或者后期消融中一旦产生变形，侧向变形仓和差压传感器系统中的防冻循环液会产生相对流动，该流动量会及时传送至数据采集板处理后被计算机采集，同时由于侧向变形仓和差压传感器系统中压力相同，侧向冻胀力传感器采集的数据即为试样冻结过程中产生的真是侧向冻胀力，轴向冻胀力通过轴向力控制系统进行采集。当后期试样消融过程中亦可通过上述系统对试样的轴向变形和径向收缩量进行实时监测。
12.本实用新型主要保护通过防冻循环液结合双压力室和差压传感器进行冻土径向冻胀量的测试的技术方法，体积变化测试系统中加入孔压传感器实现冻胀试验中径向冻胀力测试的技术方法，测试冻胀量后，继续进行消融试验测试消融过程中产生的体积收缩量的技术方法。
13.本实用新型的有益效果是：
14.1、本实用新型中提供的新型智能冻胀测试仪，能够实现岩土体冻结过程中，轴向冻胀力和轴向变形量的精确测试，同时能够提供试样径向冻胀力和冻胀量的精确测试，综合反映岩土体的冻胀特性。
15.2、本实用新型中提供的新型智能冻胀测试仪，能够实现冻结岩土体消融过程中，轴向变形和径向变形的精确测试，综合反应试样消融过程中产生的体积收缩量。
附图说明
16.图1为本实用新型总体示意图；
17.图2为冻胀仪径向变形及径向冻胀力测试装置。
具体实施方式
18.以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明，本实施例的以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围，本实用新型中的顿号均表示和的关系。
19.本实用新型的一种新型智能冻胀测试仪，其包括侧向变形仓3、温度控制系统17和冷却循环液系统22，所述侧向变形仓3内部放置有土样1，土样1顶部设置有试样顶帽2，试样顶帽2上设置有轴向冻胀力传力杆13，侧向变形仓3放在试样底座4上，轴向冻胀力传力杆13架在固定顶板12上，固定顶板12通过支柱固定在试样底座4上，固定顶板12上设置有轴向力控制系统14，轴向力控制系统14控制轴向冻胀力传力杆13输出轴向力，所述侧向变形仓3内侧壁上设置有柔性侧壁15，侧向变形仓3外侧壁上设置有刚性侧壁16，侧向变形仓3与差压传感器5连通，侧向变形仓3设置在温度控制系统17内，试样顶帽2上连接有试样顶部进排水控制器6，试样底座4上连接有试样底部进排水控制器7和孔隙水压力传感器8，侧向变形仓3上连接有径向冻胀力测试传感器9，差压传感器5上连接有基准压力控制器10，差压传感器5、试样顶部进排水控制器6、试样底部进排水控制器7、孔隙水压力传感器8、径向冻胀力测试传感器9、基准压力控制器10、轴向力控制系统14和温度控制系统17均与数据采集板11通讯连接，数据采集板11与计算机18连接，冷却循环液系统22内设置有压力室19，压力室19上设置有循环液出口20和循环液进口21，循环液出口20和循环液进口21与侧向变形仓3连通，压力室19通过数据采集线23与数据采集板11连接。
20.侧向变形仓3内充满防冻循环液。
21.所述柔性侧壁15为乳胶膜。
22.本实用新型主要由以下部件组成，如图1中所示，1.土样；2.试样顶帽；3.侧向变形仓(内充满防冻循环液)；4.试样底座；5.差压传感器；6.试样顶部进/排水控制器(冻结前使用)；7.试样底部进/排水控制器(冻结前使用)；8.孔隙水压力传感器(冻结前使用)；9.径向冻胀力测试传感器；10.基准压力控制器；11.数据采集板；12.固定顶板；13.轴向冻胀力传力杆；14.轴向力控制系统；15.柔性侧壁(乳胶膜)；16.刚性侧壁(限制变形)；17.温度控制系统；18.计算机。图中“5.差压传感器；6.试样顶部进/排水控制器(冻结前使用)；7.试样底部进/排水控制器(冻结前使用)；8.孔隙水压力传感器(冻结前使用)；9.径向冻胀力测试传感器；10.基准压力控制器；14.轴向力控制系统；17.温度控制系统；18.计算机。”均与“11.数据采集板”通讯连接。径向冻胀力和冻胀变形测试中，试样发生冻胀时，柔性侧壁会变形，此变形将会引起侧向变形仓中防冻循环液发生变化，侧向冻胀力侧式传感器采集到里的变化后将立即将数据传送至数据采集板，数据采集板将信息传给基准压力控制器，该控制器立即向差压传感器系统施加和侧向变形仓中相同的力，试样冻胀或者后期消融中一旦产生变形，侧向变形仓和差压传感器系统中的防冻循环液会产生相对流动，该流动量会及时传送至数据采集板处理后被计算机采集，同时由于侧向变形仓和差压传感器系统中压力相同，侧向冻胀力传感器采集的数据即为试样冻结过程中产生的真是侧向冻胀力，轴向冻胀力通过轴向力控制系统进行采集。当后期试样消融过程中亦可通过上述系统对试样的轴向变形和径向收缩量进行实时监测。
23.如图2中所示，22.冷却循环液系统；19.压力室，其为不锈钢制作，可进行低负温和
大围压条件下的冻胀测试；20.循环液出口；21.循环液进口；23.数据采集线。数据采集线23与数据采集板11连接通讯。
24.实施例2
25.本实用新型的具体操作方法为：
26.1.制样。根据试验需要削制不同尺寸的原状岩土体试样或者通过模具预制一定尺寸的试样。
27.2.装样。将削制好的岩土体试样安装到冻胀仪上，根据试样的尺寸选择不同的试样底座，安装底座后，将试样安装至对应尺寸底座上，此时务必注意橡皮膜的密封性。
28.3.安装侧向变形仓。将侧向变形仓安装至试样底座上，同时向试样变形仓中充满防冻循环液。
29.4.安装温控压力室。将温控压力室安装后，利用固定支架将轴向力传力杆和控制系统依次安装在固定支架上。
30.5.排气。对侧向变形仓和差压传感器系统进行排气操作，打开数据采集系统，检查传感器工作状态。
31.6.冻胀测试试验。打开温度控制系统开关，通过计算机控制温度控制系统温度，观察试样冻结过程中产生的轴向变形和径向变形以及轴向冻胀力和径向冻胀力变化。
32.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。