一種空心凍土試驗(yàn)裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種空心凍土試驗(yàn)裝置及其使用方法，在底座上設(shè)置壓力室，在壓力室內(nèi)由下至上依次安裝下部墊塊、試樣下帽圈、空心凍土試樣、試樣上帽圈、上部墊塊、活塞，壓力室的頂部設(shè)有活塞孔，活塞穿過活塞孔，并與上部墊塊接觸；內(nèi)、外膠膜與空心凍土試樣壁緊密接觸，制冷介質(zhì)通過內(nèi)、外壓通道與圍壓控制設(shè)備連接，冷卻液循環(huán)通道與溫控設(shè)備連接，溫度傳感器置于制冷介質(zhì)中。待空心凍土試樣徑向溫度梯度達(dá)到試驗(yàn)要求并穩(wěn)定后，便可實(shí)現(xiàn)徑向溫度梯度空心凍土試樣的壓縮試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和蠕變?cè)囼?yàn)，為進(jìn)一步研究溫度梯度對(duì)凍土強(qiáng)度及變形的影響提供依據(jù)，且操作方便，價(jià)格低廉。
【專利說明】一種空心凍土試驗(yàn)裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空心凍土試驗(yàn)裝置及其使用方法，尤其涉及一種徑向溫度梯度邊界條件下的凍土試驗(yàn)裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凍土是一種溫度低于(TC且含有冰的特殊巖土層，對(duì)外界溫度變化極為敏感。目前針對(duì)凍土的研究主要集中在均勻溫度凍土，已經(jīng)取得了強(qiáng)度隨溫度降低而增加的共識(shí)。天然凍土地區(qū)(多年凍土和季節(jié)凍土)路基工程、管線工程，人工凍土(豎井開挖、基坑圍護(hù)、地鐵聯(lián)絡(luò)通道、盾構(gòu)對(duì)接及進(jìn)出洞)工程中凍土溫度場(chǎng)具有一定的非均勻性(溫度梯度)，沿用非均勻溫度凍土實(shí)驗(yàn)方法和理論體系去預(yù)測(cè)、評(píng)估多年凍土地區(qū)與人工凍土工程中凍土帷幕(結(jié)構(gòu))的變形與穩(wěn)定，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。相關(guān)裝置亟待建立。
[0003]目前已有大多凍土試驗(yàn)裝置主要針對(duì)均勻溫度實(shí)心凍土試樣，缺少非均勻溫度下空心凍土試樣的相關(guān)試驗(yàn)裝置。已有空心扭剪儀試驗(yàn)對(duì)象為空心試樣，但是無(wú)法實(shí)現(xiàn)非均勻溫度的控制。已有發(fā)明申請(qǐng)?zhí)枮?201310010431.1的公開文獻(xiàn)“溫度梯度凍土單軸蠕變?cè)囼?yàn)裝置及其使用方法”和申請(qǐng)?zhí)枮?201310313643.7的公開文獻(xiàn)“一種二維溫度梯度凍土試驗(yàn)裝置及其使用方法”，分別可以實(shí)現(xiàn)實(shí)心凍土試樣的豎向溫度梯度控制和二維溫度梯度控制，但均不是專門針對(duì)空心凍土試樣，無(wú)法實(shí)現(xiàn)空心凍土試樣的力學(xué)性質(zhì)精確測(cè)試。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種空心凍土試驗(yàn)裝置及其使用方法，可以實(shí)現(xiàn)空心凍土試樣內(nèi)、外不同溫度的獨(dú)立控制，可以實(shí)現(xiàn)徑向溫度梯度的快速及穩(wěn)定的控制，為研究溫度梯度空心凍土的力學(xué)性質(zhì)提供進(jìn)一步的技術(shù)保證。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種空心凍土試驗(yàn)裝置，包括底座、壓力室、空心凍土試樣、內(nèi)膠膜、外膠膜、內(nèi)循環(huán)管道、外循環(huán)管道、控溫制冷設(shè)備和圍壓控制設(shè)備，所述壓力室罩設(shè)在底座上面，所述壓力室頂部設(shè)有活塞孔；在所述壓力室內(nèi)，所述底座上設(shè)置有凹槽朝上的下部墊塊，所述下部墊塊上固定安裝有空心環(huán)狀帽形結(jié)構(gòu)的試樣下帽圈，且所述下部墊塊的凸起部分位置與試樣下帽圈的帽沿位置相對(duì)應(yīng)固定；所述內(nèi)膠膜為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)膠膜豎直安裝在試樣下帽圈上，且所述內(nèi)膠膜的底面四周與試樣下帽圈的帽沿內(nèi)圈邊緣固定，所述空心凍土試樣為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述空心凍土試樣的內(nèi)表面緊挨內(nèi)膠膜的外表面放置在試樣下帽圈的帽沿上，所述外膠膜為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述外膠膜的內(nèi)表面緊挨空心凍土試樣的外表面，且所述外膠膜的底面四周固定安裝在試樣下帽圈的帽沿外圈邊緣，所述內(nèi)膠膜和外膠膜上面設(shè)置有試樣上帽圈，且所述內(nèi)膠膜和外膠膜的頂部四周與試樣上帽圈的帽沿內(nèi)、外圈邊緣分別固定，所述的試樣上帽圈、空心凍土試樣、試樣下帽圈的內(nèi)、外直徑相同；在所述試樣上帽圈上固定安裝有凹槽朝下的上部墊塊，且所述上部墊塊的凸起部分位置與試樣上帽圈的帽沿位置相對(duì)應(yīng)，所述上部墊塊的上表面設(shè)置有活塞，且所述活塞設(shè)置在活塞孔中；在所述空心凍土試樣的內(nèi)腔中設(shè)置有內(nèi)循環(huán)管道，所述內(nèi)循環(huán)管道的兩個(gè)連接端口分別穿過下部墊塊和底座再與冷卻液循環(huán)通道連接，所述冷卻液循環(huán)通道與控溫制冷設(shè)備連接，所述圍壓控制設(shè)備通過內(nèi)壓通道與空心凍土試樣的內(nèi)腔連通，所述圍壓控制設(shè)備往內(nèi)腔中通入制冷介質(zhì)；在所述空心凍土試樣的外圍空腔中設(shè)置有外循環(huán)管道，所述外循環(huán)管道的兩個(gè)連接端口分別穿過底座與冷卻液循環(huán)通道連接，所述冷卻液循環(huán)通道與控溫制冷設(shè)備連接，所述圍壓控制設(shè)備通過外壓通道與空心凍土試樣外圍空腔連通，所述圍壓控制設(shè)備往外圍空腔中通入制冷介質(zhì)。所述空心凍土試樣的內(nèi)腔和外圍空腔通入的制冷介質(zhì)中設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集儀的信號(hào)輸入端連接。
[0007]更進(jìn)一步的，所述內(nèi)循環(huán)管道為倒U形結(jié)構(gòu)；所述外循環(huán)管道為螺線管型倒U形結(jié)構(gòu)，可增加外循環(huán)管道與制冷介質(zhì)的接觸面積。
[0008]更進(jìn)一步的，所述內(nèi)膠膜和外膠膜的頂部四周與試樣上帽圈用橡皮筋扎緊，所述內(nèi)膠膜和外膠膜的底部四周與試樣下帽圈用橡皮筋扎緊。橡皮筋彈性較大，易于操作，且扎緊效果較好，可以實(shí)現(xiàn)空心凍土試樣的內(nèi)壁、外壁與制冷介質(zhì)完全密封隔離。
[0009]一種空心凍土試驗(yàn)裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0010]a、在底座上固定安裝下部墊塊，并且使其凹槽向上，在下部墊塊上固定安裝試樣下帽圈，且所述下部墊塊的凸起部分位置與試樣下帽圈的帽沿位置相對(duì)應(yīng)；在所述試樣下帽圈的帽沿內(nèi)圈邊緣處豎直安裝內(nèi)膠膜，緊挨著內(nèi)膠膜外側(cè)豎直安裝空心凍土試樣，緊挨著空心凍土試樣的外側(cè)豎直安裝外膠膜，在空心凍土試樣上端面放置試樣上帽圈，在所述試樣上帽圈上面固定安裝上部墊塊，且所述上部墊塊的凸起部分位置與試樣上帽圈的帽沿位置相對(duì)應(yīng)，在所述上部墊塊的上表面設(shè)置有活塞；
[0011]b、在所述空心凍土試樣的空腔中設(shè)置內(nèi)循環(huán)管道，所述內(nèi)循環(huán)管道的兩個(gè)連接端口分別穿過下部墊塊和底座再與冷卻液循環(huán)通道連接，所述冷卻液循環(huán)通道與控溫制冷設(shè)備連接；在所述空心凍土試樣的外圍空腔中設(shè)置有外循環(huán)管道，所述外循環(huán)管道的兩個(gè)連接端口分別穿過底座與冷卻液循環(huán)通道連接，所述冷卻液循環(huán)通道與控溫制冷設(shè)備連接；
[0012]C、所述圍壓控制設(shè)備通過內(nèi)壓通道與空心凍土試樣的內(nèi)腔連通，所述圍壓控制設(shè)備通過外壓通道與空心凍土試樣外圍空腔連通；所述空心凍土試樣的內(nèi)腔和所述空心凍土試樣的外圍空腔中設(shè)置有溫度傳感器；
[0013]d、在底座上安裝壓力室，使得上述步驟中已安裝的結(jié)構(gòu)置于壓力室內(nèi)部，所述的活塞穿過活塞孔露置在壓力室頂部外；
[0014]e、所述圍壓控制設(shè)備往內(nèi)腔和外圍空腔中分別通入制冷介質(zhì)；
[0015]f、打開控溫制冷設(shè)備，控溫制冷設(shè)備的冷媒通過冷卻液循環(huán)通道在內(nèi)循環(huán)管道和外循環(huán)管道中循環(huán)；
[0016]g、監(jiān)控溫度傳感器的數(shù)據(jù)，同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整控溫制冷設(shè)備的溫度；
[0017]h、待空心凍土試樣的內(nèi)腔和外圍空腔溫度穩(wěn)定，形成設(shè)定的徑向溫度梯度后，則可以進(jìn)行凍土試驗(yàn)。
[0018]有益效果:
[0019]1、本發(fā)明裝置及其使用方法主要針對(duì)空心凍土試樣，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外圍壓的獨(dú)立控制，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外不同溫度的獨(dú)立控制，可以形成空心凍土試樣的不同徑向溫度梯度分布、不同徑向圍壓分布的邊界條件，為研究溫度梯度凍土的力學(xué)性質(zhì)提供了更進(jìn)一步的技術(shù)保證。
[0020]2、本發(fā)明裝置中空心凍土試樣通過液體制冷介質(zhì)制冷，可以加快徑向溫度梯度的控制時(shí)間，其制冷效果優(yōu)于空氣傳遞制冷效果，且液體制冷介質(zhì)可以直接作為內(nèi)、外圍壓的加載載體。
[0021]3、本發(fā)明裝置中溫度傳感器直接置于內(nèi)、外制冷介質(zhì)中，可以直接量測(cè)內(nèi)、外制冷介質(zhì)的溫度，為動(dòng)態(tài)調(diào)整控溫制冷設(shè)備提供依據(jù)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]附圖2為試樣上帽圈的主視圖。
[0024]附圖3為試樣上帽圈的俯視圖。
[0025]附圖4為試樣下帽圈的主視圖。
[0026]附圖5為試樣下帽圈的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0028]如附圖1所示，一種空心凍土試驗(yàn)裝置，包括底座6、壓力室2、空心凍土試樣11、內(nèi)膠膜14、外膠膜15、內(nèi)循環(huán)管道17、外循環(huán)管道18、控溫制冷設(shè)備和圍壓控制設(shè)備，所述壓力室2罩設(shè)在底座6上面，所述壓力室2頂部設(shè)有活塞孔。
[0029]在所述壓力室2內(nèi)，所述底座6上設(shè)置有凹槽朝上的下部墊塊13，所述下部墊塊13上固定安裝有空心環(huán)狀帽形結(jié)構(gòu)的試樣下帽圈12，且所述下部墊塊13的凸起部分位置與試樣下帽圈12的帽沿位置相對(duì)應(yīng)固定，所述下部墊塊13與試樣下帽圈12采用螺栓10固定；所述內(nèi)膠膜14為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)膠膜14豎直安裝在試樣下帽圈12上，且所述內(nèi)膠膜14的底面四周與試樣下帽圈12的帽沿內(nèi)圈邊緣密封固定，所述空心凍土試樣11為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述空心凍土試樣11的內(nèi)表面緊挨內(nèi)膠膜14的外表面，且空心凍土試樣
11的底面設(shè)置在試樣下帽圈12的帽沿上，所述外膠膜15為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述外膠膜15的內(nèi)表面緊挨空心凍土試樣11的外表面，且所述外膠膜15的底面四周采用密封固定方式安裝在試樣下帽圈12的帽沿外圈邊緣，所述內(nèi)膠膜14和外膠膜15的高度略高于空心凍土試樣11的高度，所述內(nèi)膠膜14和外膠膜15上面設(shè)置有試樣上帽圈9，且所述內(nèi)膠膜14和外膠膜15的頂部四周與試樣上帽圈9的帽沿內(nèi)、外圈邊緣分別密封固定，所述的試樣上帽圈9、空心凍土試樣11、試樣下帽圈12的內(nèi)、外直徑相同，且試樣上帽圈9同樣為空心環(huán)狀帽形結(jié)構(gòu)；在所述試樣上帽圈9上固定安裝有凹槽朝下的上部墊塊8，且所述上部墊塊8的凸起部分位置與試樣上帽圈9的帽沿位置相對(duì)應(yīng)固定，所述上部墊塊8與試樣上帽圈9采用螺栓10固定，所述上部墊塊8的上表面設(shè)置有活塞1，且所述活塞I設(shè)置在活塞孔中，通過活塞I在活塞孔中向下移動(dòng)對(duì)空心凍土試樣11進(jìn)行加載，便可實(shí)現(xiàn)徑向溫度梯度凍土試樣的壓縮試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和蠕變?cè)囼?yàn)。
[0030]在所述空心凍土試樣11的內(nèi)腔(即為內(nèi)膠膜14內(nèi)側(cè)的壓力室2空間區(qū)域)中設(shè)置有內(nèi)循環(huán)管道17，所述內(nèi)循環(huán)管道17的兩個(gè)連接端口分別穿過下部墊塊13和底座6再與冷卻液循環(huán)通道3連接，所述冷卻液循環(huán)通道3與外界控溫制冷設(shè)備連接，所述圍壓控制設(shè)備通過內(nèi)壓通道4與空心凍土試樣11的內(nèi)腔連通，所述圍壓控制設(shè)備通過內(nèi)壓通道4可以往內(nèi)腔中通入制冷介質(zhì)19，外界溫控制冷設(shè)備內(nèi)的冷卻液通過冷卻液循環(huán)通道3在內(nèi)腔內(nèi)循環(huán)管道17中循環(huán)，冷卻液傳遞冷量給內(nèi)腔制冷介質(zhì)19，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔的獨(dú)立控制；同時(shí)通過內(nèi)壓管道4往內(nèi)腔中通入一定量的制冷介質(zhì)19來獨(dú)立實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔壓力值。在所述空心凍土試樣11的外圍空腔(即為外膠膜15外側(cè)的壓力室2空間區(qū)域)中設(shè)置有外循環(huán)管道18，所述外循環(huán)管道18的兩個(gè)連接端口分別穿過底座6再與冷卻液循環(huán)通道3連接，所述冷卻液循環(huán)通道3與外界控溫制冷設(shè)備連接，所述圍壓控制設(shè)備通過外壓通道7與空心凍土試樣11外圍空腔連通，所述圍壓控制設(shè)備通過外壓通道7可以往外圍空腔中通入制冷介質(zhì)19，外界溫控制冷設(shè)備的冷卻液通過冷卻液循環(huán)通道3在外循序管道18中循序，冷卻液傳遞冷量給外圍制冷介質(zhì)19實(shí)現(xiàn)外圍空腔的獨(dú)立控制；同時(shí)通過外壓管道7往外圍空腔中通入一定量的制冷介質(zhì)19來獨(dú)立實(shí)現(xiàn)外圍空腔壓力值。上述液體制冷介質(zhì)19不僅制冷效果優(yōu)于空氣傳遞式制冷效果，而且液體制冷介質(zhì)19可以直接作為內(nèi)、外圍壓的加載載體，配合完成空心凍土試樣11的試驗(yàn)。
[0031]所述空心凍土試樣11的內(nèi)腔和外圍空腔通入的制冷介質(zhì)19中均設(shè)置有溫度傳感器16，所述兩個(gè)溫度傳感器16分別通過溫度傳感引線5與數(shù)據(jù)采集儀連接，所述的兩個(gè)溫度傳感器16的信號(hào)輸出端分別與其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集儀的信號(hào)輸入端連接。這樣便可以檢測(cè)內(nèi)、外腔不同溫度，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外腔不同溫度的獨(dú)立控制。
[0032]所述內(nèi)循環(huán)管道17為倒U形結(jié)構(gòu)，所述外循環(huán)管道18為螺線管型倒U形結(jié)構(gòu)。空心凍土試樣11為本裝置試驗(yàn)對(duì)象，由于空心凍土試樣11內(nèi)腔空間有限，而螺線管型倒U形結(jié)構(gòu)循環(huán)管道體積較大，故使用倒U形內(nèi)循環(huán)管道結(jié)構(gòu)；由于空心凍土試樣11外圍空腔空間較大，為了增加制冷接觸面積，可以使用螺線管型倒U形結(jié)構(gòu)循序管道。
[0033]所述內(nèi)膠膜14和外膠膜15的頂部四周與試樣上帽圈9用橡皮筋扎緊，所述內(nèi)膠膜14和外膠膜15的底部四周與試樣下帽圈12用橡皮筋扎緊，可以實(shí)現(xiàn)空心凍土試樣的內(nèi)壁、外壁與制冷介質(zhì)完全密封隔離。
[0034]一種空心凍土試驗(yàn)裝置的安裝及其使用方法，包括以下步驟:
[0035]a、在底座6上固定安裝下部墊塊13，并且使其凹槽向上，在下部墊塊13上固定安裝試樣下帽圈12，且所述下部墊塊13的凸起部分位置與試樣下帽圈12的帽沿位置相對(duì)應(yīng)；在所述試樣下帽圈12的帽沿內(nèi)圈邊緣處豎直安裝內(nèi)膠膜14，緊挨著內(nèi)膠膜14外側(cè)豎直安裝空心凍土試樣11，緊挨著空心凍土試樣11的外側(cè)豎直安裝外膠膜15，在空心凍土試樣11上端面設(shè)置上試樣上帽圈9，在所述試樣上帽圈9上面固定安裝上部墊塊8，且所述上部墊塊8的凸起部分位置與試樣上帽圈9的帽沿位置相對(duì)應(yīng)，在所述上部墊塊8的上表面設(shè)置有活塞I ;
[0036]b、在所述空心凍土試樣11的空腔中設(shè)置內(nèi)循環(huán)管道17，所述內(nèi)循環(huán)管道17的兩個(gè)連接端口分別穿過下部墊塊13和底座6再與冷卻液循環(huán)通道3連接，所述冷卻液循環(huán)通道3與控溫制冷設(shè)備連接；在所述空心凍土試樣11的外圍空腔中設(shè)置有外循環(huán)管道18，所述外循環(huán)管道18的兩個(gè)連接端口分別穿過底座6與冷卻液循環(huán)通道3連接，所述冷卻液循環(huán)通道3與控溫制冷設(shè)備連接；
[0037]C、所述圍壓控制設(shè)備通過內(nèi)壓通道4與空心凍土試樣11的內(nèi)腔連通，所述圍壓控制設(shè)備通過外壓通道7與空心凍土試樣11外圍空腔連通；所述空心凍土試樣11的內(nèi)腔和所述空心凍土試樣11的外圍空腔中設(shè)置有溫度傳感器16 ；
[0038]d、在底座6上安裝壓力室2，使得上述步驟中已安裝的結(jié)構(gòu)置于壓力室2內(nèi)部，所述的活塞I穿過活塞孔露置在壓力室2頂部外；
[0039]e、所述圍壓控制設(shè)備往內(nèi)腔和外圍空腔中分別通入制冷介質(zhì)19 ；
[0040]f、打開控溫制冷設(shè)備，控溫制冷設(shè)備的冷媒(冷卻液)通過冷卻液循環(huán)通道3在內(nèi)循環(huán)管道17和外循環(huán)管道18中循環(huán)；
[0041]g、監(jiān)控溫度傳感器16的數(shù)據(jù)，同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整控溫制冷設(shè)備的溫度，調(diào)試至空心凍土試樣的試驗(yàn)溫度；
[0042]h、待空心凍土試樣11的內(nèi)腔和外圍空腔溫度穩(wěn)定，形成設(shè)定的徑向溫度梯度后，通過活塞I在活塞孔中向下移動(dòng)對(duì)空心凍土試樣11進(jìn)行加載，便可實(shí)現(xiàn)徑向溫度梯度凍土試樣的壓縮試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和蠕變?cè)囼?yàn)，為進(jìn)一步研究溫度梯度對(duì)凍土強(qiáng)度及變形的影響提供依據(jù)。
[0043]本發(fā)明裝置底座6采用的是不銹鋼材質(zhì)。試樣上、下帽圈與上、下部墊塊采用環(huán)氧樹脂、尼龍等絕熱高強(qiáng)材料，可以最大限度的隔絕內(nèi)、外不同制冷介質(zhì)的相互影響，消除空心凍土試樣11上、下兩端徑向溫度梯度與其整體徑向溫度梯度不一致的現(xiàn)象。
[0044]本發(fā)明是專門針空心凍土試樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，在空心凍土試驗(yàn)精度中，比使用目前公知的實(shí)心凍土試驗(yàn)裝置更進(jìn)一步。
[0045]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種空心凍土試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括底座(6)、壓力室(2)、空心凍土試樣(11)、內(nèi)膠膜(14)、外膠膜(15)、內(nèi)循環(huán)管道(17)、外循環(huán)管道(18)、控溫制冷設(shè)備和圍壓控制設(shè)備，所述壓力室(2 )罩設(shè)在底座(6 )上面，所述壓力室(2 )頂部設(shè)有活塞孔； 在所述壓力室(2)內(nèi)，所述底座(6)上設(shè)置有凹槽朝上的下部墊塊(13)，所述下部墊塊(13)上固定安裝有空心環(huán)狀帽形結(jié)構(gòu)的試樣下帽圈(12)，且所述下部墊塊(13)的凸起部分位置與試樣下帽圈(12)的帽沿位置相對(duì)應(yīng)固定；所述內(nèi)膠膜(14)為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)膠膜(14)豎直安裝在試樣下帽圈(12)上，且所述內(nèi)膠膜(14)的底面四周與試樣下帽圈(12)的帽沿內(nèi)圈邊緣固定，所述空心凍土試樣(11)為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述空心凍土試樣(11)的內(nèi)表面緊挨內(nèi)膠膜(14)的外表面放置在試樣下帽圈(12)的帽沿上，所述外膠膜(15)為空心筒狀結(jié)構(gòu)，所述外膠膜(15)的內(nèi)表面緊挨空心凍土試樣(11)的外表面，且所述外膠膜(15)的底面四周固定安裝在試樣下帽圈(12)的帽沿外圈邊緣，所述內(nèi)膠膜(14)和外膠膜(15)上面設(shè)置有試樣上帽圈(9)，且所述內(nèi)膠膜(14)和外膠膜(15)的頂部四周與試樣上帽圈(9)的帽沿內(nèi)、外圈邊緣分別固定，所述的試樣上帽圈(9)、空心凍土試樣(11)、試樣下帽圈(12)的內(nèi)、外直徑相同；在所述試樣上帽圈(9)上固定安裝有凹槽朝下的上部墊塊(8)，且所述上部墊塊(8)的凸起部分位置與試樣上帽圈(9)的帽沿位置相對(duì)應(yīng)，所述上部墊塊(8)的上表面設(shè)置有活塞(1)，且所述活塞(I)設(shè)置在活塞孔中； 在所述空心凍土試樣(11)的內(nèi)腔中設(shè)置有內(nèi)循環(huán)管道(17)，所述內(nèi)循環(huán)管道(17)的兩個(gè)連接端口分別穿過下部墊塊(13 )和底座(6 )再與冷卻液循環(huán)通道(3 )連接，所述冷卻液循環(huán)通道(3)與控溫制冷設(shè)備連接，所述圍壓控制設(shè)備通過內(nèi)壓通道(4)與空心凍土試樣(11)的內(nèi)腔連通，所述圍壓控制設(shè)備往內(nèi)腔中通入制冷介質(zhì)(19);在所述空心凍土試樣(11)的外圍空腔中設(shè)置有外循環(huán)管道(18)，所述外循環(huán)管道(18)的兩個(gè)連接端口分別穿過底座(6)與冷卻液循環(huán)通道(3)連接，所述冷卻液循環(huán)通道(3)與控溫制冷設(shè)備連接，所述圍壓控制設(shè)備通過外壓通道(7)與空心凍土試樣(11)外圍空腔連通，所述圍壓控制設(shè)備往外圍空腔中通入制冷介質(zhì)(19)； 所述空心凍土試樣(11)的內(nèi) 腔和外圍空腔通入的制冷介質(zhì)(19)中設(shè)置有溫度傳感器(16)，所述溫度傳感器(16)的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集儀的信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心凍土試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述內(nèi)循環(huán)管道(17)為倒U形結(jié)構(gòu)，所述外循環(huán)管道(18)為螺線管型倒U形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心凍土試驗(yàn)裝置，其特征在于:所述內(nèi)膠膜(14)和外膠膜(15)的頂部四周與試樣上帽圈(9)用橡皮筋扎緊，所述內(nèi)膠膜(14)和外膠膜(15)的底部四周與試樣下帽圈(12)用橡皮筋扎緊。
4.基于權(quán)利要求1所述的一種空心凍土試驗(yàn)裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: a、在底座(6)上固定安裝下部墊塊(13)，并且使其凹槽向上，在下部墊塊(13)上固定安裝試樣下帽圈(12)，且所述下部墊塊(13)的凸起部分位置與試樣下帽圈(12)的帽沿位置相對(duì)應(yīng)；在所述試樣下帽圈(12)的帽沿內(nèi)圈邊緣處豎直安裝內(nèi)膠膜(14)，緊挨著內(nèi)膠膜(14)外側(cè)豎直安裝空心凍土試樣(11)，緊挨著空心凍土試樣(11)的外側(cè)豎直安裝外膠膜(15)，在空心凍土試樣(11)上端面放置試樣上帽圈(9)，在所述試樣上帽圈(9)上面固定安裝上部墊塊(8)，且所述上部墊塊(8)的凸起部分位置與試樣上帽圈(9)的帽沿位置相對(duì)應(yīng)，在所述上部墊塊(8)的上表面設(shè)置有活塞(I)； b、在所述空心凍土試樣(11)的空腔中設(shè)置內(nèi)循環(huán)管道(17)，所述內(nèi)循環(huán)管道(17)的兩個(gè)連接端口分別穿過下部墊塊(13)和底座(6)再與冷卻液循環(huán)通道(3)連接，所述冷卻液循環(huán)通道(3)與控溫制冷設(shè)備連接；在所述空心凍土試樣(11)的外圍空腔中設(shè)置有外循環(huán)管道(18)，所述外循環(huán)管道(18)的兩個(gè)連接端口分別穿過底座(6)與冷卻液循環(huán)通道(3)連接，所述冷卻液循環(huán)通道(3)與控溫制冷設(shè)備連接； C、所述圍壓控制設(shè)備通過內(nèi)壓通道(4)與空心凍土試樣(11)的內(nèi)腔連通，所述圍壓控制設(shè)備通過外壓通道(7 )與空心凍土試樣(11)外圍空腔連通；所述空心凍土試樣(11)的內(nèi)腔和所述空心凍土試樣(11)的外圍空腔中設(shè)置有溫度傳感器(16)； d、在底座(6)上安裝壓力室(2)，使得上述步驟中已安裝的結(jié)構(gòu)置于壓力室(2)內(nèi)部，所述的活塞(I)穿過活塞孔露置在壓力室(2)頂部外； e、所述圍壓控制設(shè)備往內(nèi)腔和外圍空腔中分別通入制冷介質(zhì)(19); f、打開控溫制冷設(shè)備，控溫制冷設(shè)備的冷媒通過冷卻液循環(huán)通道(3)在內(nèi)循環(huán)管道(17)和外循環(huán)管道(18)中循環(huán)； g、監(jiān)控溫度傳感器(16)的數(shù)據(jù)，同時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整控溫制冷設(shè)備的溫度； h、待空心凍土試樣 (11)的內(nèi)腔和外圍空腔溫度穩(wěn)定，形成設(shè)定的徑向溫度梯度后，則可以進(jìn)行凍土試驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G01N3/00GK103884581SQ201410112371
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】趙曉東, 周國(guó)慶, 路貴林, 賴澤金, 呂長(zhǎng)霖 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)