重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備的制造方法
【專利摘要】一種重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備，成土凍結(jié)桶的頂部設(shè)有密封蓋，成土凍結(jié)桶的桶壁分為四層，由內(nèi)而外分別為高分子復(fù)合層、彈性材料層、絕熱材料層和外層，彈性材料層內(nèi)環(huán)繞布置冷凝管，成土凍結(jié)桶的底部設(shè)有過(guò)濾層，過(guò)濾層的底部設(shè)有排水通道，成土凍結(jié)桶的內(nèi)壁設(shè)有溫度傳感器；冷凝管的一端與制冷液循環(huán)設(shè)備的出口連通，冷凝管的另一端與制冷液循環(huán)設(shè)備的入口連通，溫度傳感器與用于控制凍結(jié)溫度與凍結(jié)時(shí)間的控溫設(shè)備連接；排水通道與真空水罐的內(nèi)腔連通，真空水罐的內(nèi)腔設(shè)有水位感應(yīng)器和負(fù)壓傳感器，真空水罐的底部設(shè)有排水閥，真空水罐設(shè)有真空抽氣管道，真空抽氣管道與真空泵連接。本實(shí)用新型簡(jiǎn)化步驟、減少用時(shí)、精確度較高。
【專利說(shuō)明】
重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及土木工程土工試驗(yàn)領(lǐng)域的一種重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[00〇2] 人工凍結(jié)技術(shù)起源于19世紀(jì)90年代，最早運(yùn)用于礦井加固。1886年瑞典首次在城市土木工程中運(yùn)用人工凍結(jié)法，成功挖掘了一條24m的人行隧道。后美國(guó)、德國(guó)、日本均成功使用人工凍結(jié)法建造隧道。到上世紀(jì)60年代，液氮凍結(jié)法開(kāi)始出現(xiàn)并用于地層加固。人工凍結(jié)法形成的凍土墻由于良好的強(qiáng)度、密封性和化學(xué)穩(wěn)定使其成為目前最有效的隔絕處理技術(shù)。
[0003] 現(xiàn)有地鐵工程采用人工凍結(jié)法改變軟黏土性質(zhì)使工程便于施工并得到了一定的推廣。施工后殘留在隧道底的凍土將發(fā)生融化現(xiàn)象，尤其是列車開(kāi)通后，其土的力學(xué)性狀會(huì)發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響地鐵運(yùn)營(yíng)安全。經(jīng)過(guò)凍融以后土體性質(zhì)有了明顯的改變，通過(guò)對(duì)原狀土和凍融土的物理、力學(xué)性能的試驗(yàn)研究，得知土凍結(jié)融化后其物理、力學(xué)性能發(fā)生了很大的改變:孔隙比、壓縮系數(shù)、滲透性明顯增大，單軸和三軸抗剪強(qiáng)度等明顯降低。而在地鐵等列車循環(huán)荷載作用下又會(huì)對(duì)土體造成擾動(dòng)，對(duì)土體的動(dòng)力性質(zhì)造成一定的影響。
[0004] 為了保證試驗(yàn)參數(shù)的準(zhǔn)確性，就需要進(jìn)行原位測(cè)試或者采集原狀土進(jìn)行試驗(yàn)分析，但由于土體本身的不均一性、多相性，加之取土對(duì)土體產(chǎn)生的擾動(dòng)進(jìn)一步導(dǎo)致原狀土的取樣困難。因此為了讓試樣保證整體性質(zhì)均一和平行試樣的有效性，對(duì)采取的土樣進(jìn)行的重塑土制樣是土體性狀的重要技術(shù)手段?，F(xiàn)行室內(nèi)制樣技術(shù)大致可分為兩類擊實(shí)法和固結(jié)法兩類。其中固結(jié)法則可分為靜載固結(jié)和真空固結(jié)。靜載固結(jié)是對(duì)土體施加靜載壓力加速土體固結(jié)，主要是在軟土地基中設(shè)置排水系統(tǒng)，在地基土上覆不透氣的密封膜，通過(guò)對(duì)排水系統(tǒng)的抽氣使地基土中形成真空負(fù)壓，在密封膜內(nèi)外壓差的作用下達(dá)到排水固結(jié)的目的。 真空固結(jié)制樣過(guò)程較為繁瑣，對(duì)制樣設(shè)備要求較高，如果想得到含水量分布比較均勻的理想試樣，必須逐步施加靜載，且固結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。
[0005] 目前重塑土制取設(shè)備和凍結(jié)設(shè)備不斷在改進(jìn)，但還未有將兩者融合的設(shè)備提出， 導(dǎo)致試驗(yàn)步驟繁瑣、用時(shí)長(zhǎng)，影響工作、試驗(yàn)進(jìn)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服已有重塑土制取和凍結(jié)方式的步驟繁瑣、用時(shí)長(zhǎng)、精確度較低的不足，本實(shí)用新型提供一種簡(jiǎn)化步驟、減少用時(shí)、精確度較高的重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備。
[0007] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0008] —種重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備，包括一個(gè)成土凍結(jié)桶、一個(gè)制冷液循環(huán)設(shè)備、一個(gè)真空水罐和一個(gè)真空栗，所述成土凍結(jié)桶的頂部設(shè)有密封蓋，所述成土凍結(jié)桶的桶壁分為四層，由內(nèi)而外分別為高分子復(fù)合層、彈性材料層、絕熱材料層和外層，所述彈性材料層內(nèi)環(huán)繞布置冷凝管，所述成土凍結(jié)桶的底部設(shè)有過(guò)濾層，所述過(guò)濾層的底部設(shè)有排水通道， 所述成土凍結(jié)桶的內(nèi)壁設(shè)有溫度傳感器；
[0009] 所述冷凝管的一端與所述制冷液循環(huán)設(shè)備的出口連通，所述冷凝管的另一端與所述制冷液循環(huán)設(shè)備的入口連通，所述溫度傳感器與用于控制凍結(jié)溫度與凍結(jié)時(shí)間的控溫設(shè)備連接；
[0010] 所述排水通道與真空水罐的內(nèi)腔連通，所述真空水罐的內(nèi)腔設(shè)有水位感應(yīng)器和負(fù)壓傳感器，所述真空水罐的底部設(shè)有排水閥，所述真空水罐設(shè)有真空抽氣管道，所述真空抽氣管道與真空栗連接。
[〇〇11]進(jìn)一步，所述成土凍結(jié)桶為圓柱型鋼桶，所述成土凍結(jié)桶開(kāi)口處設(shè)有第一旋鈕密封蓋，所述第一旋鈕密封蓋上設(shè)有第一排氣閥和第一真空度表;所述成土凍結(jié)桶內(nèi)部為高分子復(fù)合制內(nèi)桶，內(nèi)桶底部設(shè)有過(guò)濾層，其中過(guò)濾層上覆蓋100目土工織布。
[0012] 再進(jìn)一步，所述控溫設(shè)備與制冷液循環(huán)設(shè)備為一整體，所述控溫設(shè)備呈長(zhǎng)方體盒裝通過(guò)鋼管支撐于制冷液循環(huán)設(shè)備上方。
[0013] 更進(jìn)一步，所述真空水罐為圓柱型鋼桶，所述真空水罐開(kāi)口處為設(shè)有第二旋鈕密封蓋，其中第二旋鈕密封蓋上設(shè)有第二排氣閥和第二真空度表，所述密封蓋上設(shè)有真空管道與真空栗相連接。
[0014] 本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為:成土方面使用真空預(yù)壓法固結(jié)土體，通過(guò)控制土樣含水量、粘粒含量及液塑限指數(shù)等土性指標(biāo)，獲得與原狀飽和軟粘土性質(zhì)相仿且均勻性良好的重塑飽和軟粘土樣。凍結(jié)方面采用壓縮式凍結(jié):蒸發(fā)器中低溫低壓的制冷液吸熱成為低溫低壓的制冷氣體，制冷氣體被壓縮機(jī)吸入轉(zhuǎn)化為高溫高壓的制冷氣體，氣體通過(guò)冷凝器熱量被交換轉(zhuǎn)換成高壓常溫的制冷液，接著制冷液通過(guò)節(jié)流閥轉(zhuǎn)化為低溫低壓的制冷液， 低溫低壓制冷液再次進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)形成循環(huán);冷凝循環(huán)管中主要為水，通過(guò)熱交換將制冷氣體轉(zhuǎn)化為液體，水再與大氣進(jìn)行熱交換恢復(fù)常溫完成循環(huán);冷媒劑一般為鹽溶液(氯化鈉溶液)并實(shí)際參與凍結(jié)土體，充滿冷媒劑的冷凝管環(huán)繞成土桶進(jìn)行凍結(jié)。
[0015] 本實(shí)用新型適合于制備凍融土動(dòng)力特性試驗(yàn)動(dòng)三軸等所需的重塑土，對(duì)于實(shí)際工程中難以取得原狀土作為土工試驗(yàn)的工程，使用該實(shí)用新型根據(jù)原狀土的土性指標(biāo)制得大量?jī)鋈谥厮苘浾惩?。運(yùn)用該方法制備凍融重塑軟粘土，減少土體擾動(dòng)，提高試驗(yàn)精確度，適用于各類凍融土試驗(yàn)研究。
[0016] 本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:(1)、將重塑土制土與凍結(jié)設(shè)備相結(jié)合，制土完成后即可馬上凍結(jié)土體，降低取土擾動(dòng)，提高試驗(yàn)精確度；(2)、可自主選擇凍融次數(shù)與設(shè)定凍融時(shí)間，計(jì)時(shí)完成會(huì)計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)出提醒(3)、簡(jiǎn)化試驗(yàn)步驟，僅需將泥漿倒入制土桶內(nèi)， 試驗(yàn)完成后即是凍融后重塑土；(4)、采用計(jì)算機(jī)智能控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控土體狀況，設(shè)定真空負(fù)壓、凍結(jié)溫度以及凍結(jié)時(shí)間后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)行設(shè)備，若運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題則發(fā)出警報(bào)；(5)、成土凍結(jié)桶采用高分子復(fù)合材料內(nèi)殼，具有一定彈性且抗低溫能力好，能夠較好適應(yīng)負(fù)壓以及低溫環(huán)境；(6)、設(shè)備一體化，將控溫與制冷液循環(huán)設(shè)備、成土凍結(jié)桶、真空水罐以及真空栗整合在一起，減少設(shè)備占地體積；(7)采用壓縮式凍結(jié)，冷媒劑充滿管中，制冷速度快，制冷設(shè)備使用壽命長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】

[0017] 圖1是成土凍結(jié)桶結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是真空水罐結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3是控溫與制冷液循環(huán)設(shè)備示意圖。
[0020] 圖4是真空栗示意圖。
[0021] 圖5是設(shè)備結(jié)構(gòu)主視圖。
[〇〇22]圖6是設(shè)備結(jié)構(gòu)俯視圖。
[〇〇23]圖7是設(shè)備外觀主視圖。
[〇〇24]圖8是設(shè)備外觀俯視圖。
[〇〇25]圖9是設(shè)備外觀左視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[〇〇27] 參照?qǐng)D1?圖9,一種重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備，包括一個(gè)成土凍結(jié)桶、一個(gè)制冷
液循環(huán)設(shè)備、一個(gè)真空水罐和一個(gè)真空栗22,所述成土凍結(jié)桶的頂部設(shè)有密封蓋4,所述成土凍結(jié)桶的桶壁分為四層，由內(nèi)而外分別為高分子復(fù)合層6、彈性材料層7、絕熱材料層8和外層15,所述彈性材料層7內(nèi)環(huán)繞布置冷凝管9,所述成土凍結(jié)桶的底部設(shè)有過(guò)濾層10,所述過(guò)濾層10的底部設(shè)有排水通道11，所述成土凍結(jié)桶的內(nèi)壁設(shè)有溫度傳感器23;
[0028] 所述冷凝管9的一端與所述制冷液循環(huán)設(shè)備21的出口連通，所述冷凝管9的另一端與所述制冷液循環(huán)設(shè)備21的入口連通，所述溫度傳感器23與用于控制凍結(jié)溫度與凍結(jié)時(shí)間的控溫設(shè)備連接；
[0029] 所述排水通道11與真空水罐的內(nèi)腔連通，所述真空水罐的內(nèi)腔設(shè)有水位感應(yīng)器16 和負(fù)壓傳感器24,所述真空水罐的底部設(shè)有排水閥14,所述真空水罐設(shè)有真空抽氣管道13， 所述真空抽氣管道13與真空栗11連接。
[0030] 進(jìn)一步，所述成土凍結(jié)桶為圓柱型鋼桶，所述成土凍結(jié)桶頂部開(kāi)口處設(shè)有第一旋鈕密封蓋，所述第一旋鈕密封蓋上設(shè)有第一排氣閥2、第一真空度表3;所述成土凍結(jié)桶內(nèi)部為高分子復(fù)合制內(nèi)桶，內(nèi)桶底部設(shè)有過(guò)濾層10,其中過(guò)濾層10上覆蓋100目土工織布。
[0031] 再進(jìn)一步，所述控溫設(shè)備與制冷液循環(huán)設(shè)備為一整體，所述控溫設(shè)備呈長(zhǎng)方體盒裝通過(guò)鋼管支撐于制冷液循環(huán)設(shè)備上方。
[0032] 更進(jìn)一步，所述真空水罐為圓柱型鋼桶，所述真空水罐開(kāi)口處為設(shè)有第二旋鈕密封蓋104,其中第二旋鈕密封蓋上設(shè)有第二排氣閥102,所述有第二旋鈕密封蓋104上設(shè)有真空管道與真空栗11相連接。
[〇〇33]參見(jiàn)圖1、圖5，所述成土凍結(jié)桶開(kāi)口處設(shè)有第一旋鈕密封蓋4，所述密封蓋上設(shè)有第一提手1、第一排氣閥2、第一真空度表3，所述密封蓋底部設(shè)有磁性密封條5與絕熱材料層層8;所述成土凍結(jié)桶外部為不銹鋼外殼15,外殼與內(nèi)桶之間嵌有絕熱材料層8與彈性材料層7，其中冷凝管9鋪設(shè)于彈性材料層中；所述成土凍結(jié)桶內(nèi)部為高分子復(fù)合制內(nèi)桶6，所述內(nèi)桶桶壁內(nèi)設(shè)有溫度傳感器23,內(nèi)桶底部設(shè)有過(guò)濾層10,其中過(guò)濾層上覆蓋100目土工織布;所述過(guò)濾層10底部為排水通道11;所述排水通道11與真空水罐相連接；
[0034]參見(jiàn)圖2、圖4，所述真空水罐開(kāi)口處設(shè)有第二旋鈕密封蓋104，所述密封蓋上設(shè)有第二提手101、第二排氣閥102、第二真空度表103;所述真空水罐為不銹鋼桶15,桶內(nèi)內(nèi)壁上設(shè)有水位感應(yīng)器16、負(fù)壓傳感器24;所述真空水罐底部設(shè)有排水通道，所述排水通道上設(shè)有排水閥14;所述真空水罐一側(cè)有真空抽氣管道13與真空栗22鏈接。各個(gè)構(gòu)件如下:1為第二提手;2為第二排氣閥；3為第二真空表;4為第二旋鈕密封蓋；12為真空水罐空腔；13為抽氣管道;14為為排水閥門；15為不銹鋼外殼;16為水位傳感器;24為壓力傳感器，22為真空栗。 [〇〇35] 參照?qǐng)D3,所述控溫設(shè)備由智能計(jì)算機(jī)和顯示器兩部分組成，所述智能計(jì)算機(jī)與溫度傳感器、壓力傳感器、水位傳感器相連接?？販嘏c制冷液循環(huán)設(shè)備構(gòu)件如下:17為轉(zhuǎn)換按鈕;18為顯示器;19為電源開(kāi)關(guān);20為支撐鋼管;21為制冷液循環(huán)設(shè)備。
[〇〇36]本實(shí)施例中，所述成土桶外殼與真空水罐為不銹鋼圓桶，其中成土桶頂部直徑為 450mm，高為600mm，真空水罐直徑300mm，高400mm;所述不銹鋼桶頂部設(shè)有直徑為10mm的排氣閥；所述成土桶冷凝管上設(shè)有溫度傳感器。所述真空水罐頂部設(shè)有一與大氣連通的排氣閥門；所述真空水罐側(cè)身底部設(shè)有一直徑50mm的排水閥門；所述真空水罐側(cè)壁安裝有壓力傳感器和水位傳感器。通常采用的負(fù)壓為〇.8MPa。
[0037]所述智能計(jì)算機(jī)與溫度傳感器、負(fù)壓傳感器、水位傳感器相連。上述真空水罐內(nèi)壓力傳感器和水位傳感器與智能計(jì)算機(jī)連接，所述壓力傳感器可感應(yīng)真空水罐內(nèi)部壓力值， 所述水位傳感器可感應(yīng)真空水罐內(nèi)部水位，當(dāng)達(dá)到警戒線時(shí)發(fā)出警報(bào)并需打開(kāi)閥門放水。 所述溫度傳感器可感應(yīng)冷凝管溫度并反饋給智能計(jì)算機(jī)，通過(guò)智能計(jì)算實(shí)時(shí)監(jiān)控并調(diào)整凍結(jié)溫度。所述智能計(jì)算機(jī)各項(xiàng)數(shù)據(jù)可在外部顯示器顯示，并通過(guò)按鈕轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)(負(fù)壓值、凍結(jié)溫度)；所述智能計(jì)算機(jī)可自動(dòng)計(jì)時(shí)并設(shè)定凍結(jié)時(shí)間;所述智能顯示控制系統(tǒng)可根據(jù)土樣成土凍結(jié)桶工作指示燈的開(kāi)啟狀況確定設(shè)備是否正常工作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:包括一個(gè)成土凍結(jié)桶、一個(gè)制冷液循 環(huán)設(shè)備、一個(gè)真空水罐和一個(gè)真空栗，所述成土凍結(jié)桶的頂部設(shè)有密封蓋，所述成土凍結(jié)桶 的桶壁分為四層，由內(nèi)而外分別為高分子復(fù)合層、彈性材料層、絕熱材料層和外層，所述彈 性材料層內(nèi)環(huán)繞布置冷凝管，所述成土凍結(jié)桶的底部設(shè)有過(guò)濾層，所述過(guò)濾層的底部設(shè)有 排水通道，所述成土凍結(jié)桶的內(nèi)壁設(shè)有溫度傳感器； 所述冷凝管的一端與所述制冷液循環(huán)設(shè)備的出口連通，所述冷凝管的另一端與所述制 冷液循環(huán)設(shè)備的入口連通，所述溫度傳感器與用于控制凍結(jié)溫度與凍結(jié)時(shí)間的控溫設(shè)備連 接； 所述排水通道與真空水罐的內(nèi)腔連通，所述真空水罐的內(nèi)腔設(shè)有水位感應(yīng)器和負(fù)壓傳 感器，所述真空水罐的底部設(shè)有排水閥，所述真空水罐設(shè)有真空抽氣管道，所述真空抽氣管 道與真空栗連接。2.如權(quán)利要求1所述的重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述成土凍結(jié)桶為圓 柱型鋼桶，所述成土凍結(jié)桶開(kāi)口處設(shè)有第一旋鈕密封蓋，所述第一旋鈕密封蓋上設(shè)有第一 排氣閥和第一真空度表;所述成土凍結(jié)桶內(nèi)部為高分子復(fù)合制內(nèi)桶，內(nèi)桶底部設(shè)有過(guò)濾層， 其中過(guò)濾層上覆蓋100目土工織布。3.如權(quán)利要求1或2所述的重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述控溫設(shè)備與 制冷液循環(huán)設(shè)備為一整體，所述控溫設(shè)備呈長(zhǎng)方體盒裝通過(guò)鋼管支撐于制冷液循環(huán)設(shè)備上 方。4.如權(quán)利要求1或2所述的重塑土成土與凍結(jié)試驗(yàn)設(shè)備，其特征在于:所述真空水罐為 圓柱型鋼桶，所述真空水罐開(kāi)口處為設(shè)有第二旋鈕密封蓋，其中第二旋鈕密封蓋上設(shè)有第 二排氣閥和第二真空度表，所述密封蓋上設(shè)有真空管道與真空栗相連接。
【文檔編號(hào)】G01N1/42GK205719702SQ201620587163
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】丁智, 鄭勇, 魏新江
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)城市學(xué)院