本發(fā)明申請(qǐng)涉及一種地質(zhì)勘查領(lǐng)域，尤其涉及一種單向凍融自然補(bǔ)水裝置。

背景技術(shù)：
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路基強(qiáng)度及變形直接影響路面承載力，隨著道路交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，道路越來(lái)越多的出現(xiàn)沉陷、翻漿等病害，在春融期尤其嚴(yán)重，因此，研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)土體的影響刻不容緩；我國(guó)季凍區(qū)分布廣泛，約占國(guó)土面積的53%，諸多大型項(xiàng)目修建于季凍區(qū)，而凍融循環(huán)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)尤為復(fù)雜，利用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)凍融循環(huán)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究是目前的主要研究手段，為了更好的研究?jī)鋈谘h(huán)問(wèn)題，諸多學(xué)者進(jìn)行了不懈的研究，一開(kāi)始是三維凍結(jié)，直接將試樣放入冰箱或低溫箱內(nèi)，待試樣凍結(jié)融化后進(jìn)行試驗(yàn)，然后隨著研究進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，三維凍結(jié)在填方路堤是存在的，但單向凍結(jié)也是普遍存在的，因此，出現(xiàn)了單向凍結(jié)裝置；在研究深入的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)雖然不補(bǔ)水凍結(jié)系統(tǒng)在自然界存在，但自然界凍結(jié)過(guò)程普遍有水分補(bǔ)給遷移，即使某些情況下可忽略這種補(bǔ)水影響，單向凍結(jié)的補(bǔ)水系統(tǒng)仍然是自然界凍結(jié)的主要方式，就補(bǔ)水來(lái)分類(lèi)，常用的單向凍融循環(huán)系統(tǒng)就有兩種，即閉式系統(tǒng)和開(kāi)放補(bǔ)水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的閉式系統(tǒng)的主要弊端就無(wú)水分補(bǔ)給，在自然界存在較少；而開(kāi)放系統(tǒng)則是試驗(yàn)試樣直接與外接水源相連接，這就導(dǎo)致試樣快速吸水飽和，承載能力下降而破壞，這種情況也較少，道路路基的破壞只有少數(shù)的是道路凍融過(guò)程中翻漿，較為常見(jiàn)的破壞是路基沉陷造成，而這種情況路基在凍融過(guò)程中吸收少量水分，閉水系統(tǒng)和開(kāi)放系統(tǒng)均無(wú)法真實(shí)反映，在這種試驗(yàn)條件下所得到的試驗(yàn)規(guī)律也不能切實(shí)的代表普遍情況，一種單向凍融自然補(bǔ)水裝置直接反映普遍的季凍區(qū)路基凍融方式，將裝置置于冰箱或者在上端連接降溫系統(tǒng)，可在模擬單向凍融的同時(shí)，保證試驗(yàn)試樣直接從土中吸收水分，幾乎可以反映自然界普遍凍融方式，且制作方便、成本低、操作簡(jiǎn)單。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種單向凍融自然補(bǔ)水裝置。

上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種單向凍融自然補(bǔ)水裝置，其組成包括：補(bǔ)水土層，所述的補(bǔ)水土層放置在補(bǔ)水箱中，所述的補(bǔ)水箱四周及底部具有保溫材料，所述的補(bǔ)水箱上部具有頂板，所述的頂板中心開(kāi)有試驗(yàn)試樣放置孔，在所述的試驗(yàn)試樣放置孔內(nèi)放置有試驗(yàn)試樣，所述的試驗(yàn)試樣放置時(shí)，其外部包裹有膠皮膜，在所述的補(bǔ)水土層放置試驗(yàn)試樣的位置處還放置有濾紙，所述的試驗(yàn)試樣外套的膠皮膜開(kāi)口處安放在濾紙上，在所述的濾紙下部還具有試樣溫度傳感器，所述的頂板的上部具有降溫室，所述的降溫室的外部同樣具有保溫材料，所述的降溫室具有循環(huán)管，所述的循環(huán)管連接低溫箱，所述的降溫室內(nèi)具有降溫室溫度傳感器。

所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，所述的頂板的材質(zhì)為保溫材料，所述的膠皮膜使試驗(yàn)試樣上部封閉、下部開(kāi)放，所述的試件溫度傳感器和所述的降溫室溫度傳感器通過(guò)導(dǎo)線連接溫度采集器，所述的補(bǔ)水箱的保溫材料與頂板連接時(shí)采用聚氨酯泡沫填充劑，所述的試驗(yàn)試樣放置孔與膠皮膜連接時(shí)采用聚氨酯泡沫填充劑，所述的降溫室的外部的保溫材料與頂板連接時(shí)同樣采用聚氨酯泡沫填充劑。

所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，所述的頂板結(jié)構(gòu)，測(cè)試之前要將土試樣置于孔洞內(nèi)固定，試樣下部要突出一小部分以更好的和下部補(bǔ)水土層相連接。

所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，所述的補(bǔ)水土層，由于試樣下部突出一小部分，所以要將補(bǔ)水土層與試樣連接部分適當(dāng)做松軟一些，以防止試樣被壓壞。

所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，裝置所采用低溫循環(huán)系統(tǒng)，低溫箱的功率要大一些，循環(huán)管要保住且盡量縮短，以減少熱量交換，如果缺少低溫箱，也可將補(bǔ)水箱與上頂板黏結(jié)之后直接放到冰箱中試驗(yàn)，但是保溫材料要加厚。

所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置的操作方法，其特征是：其步驟為：（1）上頂板封裝：先將隔熱保溫材料利用采用聚氨酯泡沫填充劑黏結(jié)到一起，形成下部開(kāi)口土箱，頂板形成比試驗(yàn)試樣略大一點(diǎn)的孔洞，將試驗(yàn)試樣置于膠皮膜內(nèi)，一段封閉，一段開(kāi)口，再將其置于孔洞中，利用聚氨酯泡沫填縫劑固定密封，待用，上頂板封裝完成，待用；（2）下部補(bǔ)水箱封裝：在試驗(yàn)過(guò)程中，將特定含水率的土置于未封口的補(bǔ)水箱做補(bǔ)水土層，按設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度擊實(shí)，并在安放試驗(yàn)試樣的位置，安放試件溫度傳感器，并在其上放置濾紙，將封裝好的上頂板用聚氨酯泡沫填縫劑黏結(jié)封閉，未封口的土樣段通過(guò)濾紙和下部補(bǔ)水土層接觸，土箱整體封裝完成；（3）降溫室封裝：將低溫箱的循環(huán)管置于下部開(kāi)口的降溫箱，內(nèi)置溫度傳感器，連接部分用泡沫填縫劑封閉，再通過(guò)聚氨酯泡沫填縫劑，與封裝完成的下部土箱黏結(jié)密封；（4）裝置測(cè)試；系統(tǒng)組裝完成之后，啟動(dòng)降溫室內(nèi)設(shè)備，對(duì)降溫室進(jìn)行降溫，通過(guò)溫度傳感器測(cè)試降溫室和補(bǔ)水土層溫度，待凍結(jié)穩(wěn)定之后，停止降溫，將降溫室升到設(shè)計(jì)溫度，進(jìn)行融化，可根據(jù)需要選擇特定的狀態(tài)取出土試樣進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)；通過(guò)溫度采集器記錄采集相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制記錄曲線；（5）系統(tǒng)完成之后，開(kāi)啟凍結(jié)試驗(yàn)，采集降溫室溫度和試樣底部溫度；（6）在凍結(jié)融化之后，取出土試樣，從上到下將土試樣切成四段，編號(hào)1、2、3、4，進(jìn)行含水率測(cè)試。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，將裝置置于冰箱或者在上端連接降溫系統(tǒng)，可在模擬單向凍融的同時(shí)，保證試驗(yàn)試樣直接從土中吸收水分，幾乎可以反映自然界普遍凍融方式，且制作方便、成本低、操作簡(jiǎn)單。

本發(fā)明的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，其最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠更為真實(shí)的反映客觀實(shí)際的凍結(jié)狀態(tài)，模擬凍結(jié)過(guò)程中自然的補(bǔ)水效果，即直接從土層中緩慢吸收水分，配合溫度傳感器的使用，更為有效的捕捉融化狀態(tài)，進(jìn)而得到可靠的試驗(yàn)結(jié)果。

本發(fā)明的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，其主要原理就是模擬自然凍結(jié)補(bǔ)水方式，試驗(yàn)試樣在凍結(jié)過(guò)程中可直接從下部土層自由吸收水分，這種凍結(jié)補(bǔ)水方式既能夠克服傳統(tǒng)閉式系統(tǒng)無(wú)水源補(bǔ)給和開(kāi)放補(bǔ)水系統(tǒng)過(guò)多過(guò)快的補(bǔ)水缺欠，又能更好的模擬自然狀態(tài)下的凍結(jié)過(guò)程，通過(guò)緩慢補(bǔ)水，自上而下的單向凍結(jié)模擬自然補(bǔ)水凍結(jié)過(guò)程，在試驗(yàn)底部附近埋設(shè)溫度傳感器，還能準(zhǔn)確的掌握土試樣的凍結(jié)融化狀態(tài)，也解決了以往試驗(yàn)難以準(zhǔn)確捕捉凍融時(shí)刻的弊端。

本發(fā)明的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，具有良好的實(shí)用性，能夠反映客觀實(shí)際，且造價(jià)低，操作簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明：

附圖1是本發(fā)明的單向凍融自然補(bǔ)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2是本發(fā)明的單向凍融自然補(bǔ)水系統(tǒng)的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖3是本發(fā)明的單向凍融自然補(bǔ)水系統(tǒng)的封裝結(jié)構(gòu)封裝方式示意圖。

附圖4是本發(fā)明的附圖1的標(biāo)記A的放大圖。

附圖5是本發(fā)明的降溫曲線。

附圖6是本發(fā)明的含水率曲線。

圖中：1 —循環(huán)管；2 —低溫箱；3 —保溫材料；4 —降溫室；5 —試驗(yàn)試樣；6 —補(bǔ)水土層；7 —聚氨酯泡沫填充劑；8 —頂板；9 —試件溫度傳感器；10 —濾紙；11 —膠皮膜；12 —導(dǎo)線；13 —溫度采集器；14 —降溫室溫度傳感器。

具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1：

一種單向凍融自然補(bǔ)水裝置，其組成包括：補(bǔ)水土層，所述的補(bǔ)水土層6放置在補(bǔ)水箱中，所述的補(bǔ)水箱四周及底部具有保溫材料3，所述的補(bǔ)水箱上部具有頂板8，所述的頂板中心開(kāi)有試驗(yàn)試樣放置孔，在所述的試驗(yàn)試樣放置孔內(nèi)放置有試驗(yàn)試樣5，所述的試驗(yàn)試樣放置時(shí)，其外部包裹有膠皮膜11，在所述的補(bǔ)水土層放置試驗(yàn)試樣的位置處還放置有濾紙10，所述的試驗(yàn)試樣外套的膠皮膜開(kāi)口處安放在濾紙上，在所述的濾紙下部還具有試樣溫度傳感器13，所述的頂板的上部具有降溫室4，所述的降溫室的外部同樣具有保溫材料，所述的降溫室具有循環(huán)管1，所述的循環(huán)管連接低溫箱2，所述的降溫室內(nèi)具有降溫室溫度傳感器14。

實(shí)施例2：

根據(jù)權(quán)利要求1所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，所述的頂板的材質(zhì)為保溫材料，所述的膠皮膜使試驗(yàn)試樣上部封閉、下部開(kāi)放，所述的試件溫度傳感器9和所述的降溫室溫度傳感器通過(guò)導(dǎo)線12連接溫度采集器，所述的補(bǔ)水箱的保溫材料與頂板連接時(shí)采用聚氨酯泡沫填充劑7，所述的試驗(yàn)試樣放置孔與膠皮膜連接時(shí)采用聚氨酯泡沫填充劑，所述的降溫室的外部的保溫材料與頂板連接時(shí)同樣采用聚氨酯泡沫填充劑。

實(shí)施例3：

根據(jù)權(quán)利要求2所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，所述的頂板結(jié)構(gòu)，測(cè)試之前要將土試樣置于孔洞內(nèi)固定，試樣下部要突出一小部分以更好的和下部補(bǔ)水土層相連接。

實(shí)施例4：

根據(jù)權(quán)利要求2所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，所述的補(bǔ)水土層，由于試樣下部突出一小部分，所以要將補(bǔ)水土層與試樣連接部分適當(dāng)做松軟一些，以防止試樣被壓壞。

實(shí)施例5：

根據(jù)權(quán)利要求2所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置，裝置所采用低溫循環(huán)系統(tǒng)，低溫箱的功率要大一些，循環(huán)管要保住且盡量縮短，以減少熱量交換，如果缺少低溫箱，也可將補(bǔ)水箱與上頂板黏結(jié)之后直接放到冰箱中試驗(yàn)，但是保溫材料要加厚。

實(shí)施例6：

一種利用權(quán)利要求1至5所述的單向凍融自然補(bǔ)水裝置的操作方法，其特征是：其步驟為：（1）上頂板封裝：先將隔熱保溫材料利用采用聚氨酯泡沫填充劑黏結(jié)到一起，形成下部開(kāi)口土箱，頂板形成比試驗(yàn)試樣略大一點(diǎn)的孔洞，將試驗(yàn)試樣置于膠皮膜內(nèi)，一段封閉，一段開(kāi)口，再將其置于孔洞中，利用聚氨酯泡沫填縫劑固定密封，待用，上頂板封裝完成，待用；（2）下部補(bǔ)水箱封裝：在試驗(yàn)過(guò)程中，將特定含水率的土置于未封口的補(bǔ)水箱做補(bǔ)水土層，按設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度擊實(shí)，并在安放試驗(yàn)試樣的位置，安放試件溫度傳感器，并在其上放置濾紙，將封裝好的上頂板用聚氨酯泡沫填縫劑黏結(jié)封閉，未封口的土樣段通過(guò)濾紙和下部補(bǔ)水土層接觸，土箱整體封裝完成；（3）降溫室封裝：將低溫箱的循環(huán)管置于下部開(kāi)口的降溫箱，內(nèi)置溫度傳感器，連接部分用泡沫填縫劑封閉，再通過(guò)聚氨酯泡沫填縫劑，與封裝完成的下部土箱黏結(jié)密封；（4）裝置測(cè)試；系統(tǒng)組裝完成之后，啟動(dòng)降溫室內(nèi)設(shè)備，對(duì)降溫室進(jìn)行降溫，通過(guò)溫度傳感器測(cè)試降溫室和補(bǔ)水土層溫度，待凍結(jié)穩(wěn)定之后，停止降溫，將降溫室升到設(shè)計(jì)溫度，進(jìn)行融化，可根據(jù)需要選擇特定的狀態(tài)取出土試樣進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)；通過(guò)溫度采集器記錄采集相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制記錄曲線；（5）系統(tǒng)完成之后，開(kāi)啟凍結(jié)試驗(yàn)，采集降溫室溫度和試樣底部溫度；（6）在凍結(jié)融化之后，取出土試樣，從上到下將土試樣切成四段，編號(hào)1、2、3、4，進(jìn)行含水率測(cè)試。