本發(fā)明專利涉及一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實驗裝置。

背景技術：

在寒區(qū)，由于季節(jié)更替，環(huán)境溫度發(fā)生周期性的變化，巖土和結(jié)構(gòu)物承受凍融循環(huán)的作用。隨著寒區(qū)各類工程建設的快速發(fā)展，寒區(qū)凍融災害防治已成為關鍵的科學問題。目前，實驗室中研究材料由凍融循環(huán)引起的變化通常采用以下方法：首先，將試件放入低溫試驗箱中進行冷凍，待到達設定時間后，再將試件拿出，放入恒溫水浴箱中融化，到達設定時間后再拿出，如此為一個凍融循環(huán)。

在實際的工程地質(zhì)條件下，處在河邊或處于地下水流動附近的巖石或混凝土材料，受冷凍結(jié)后，當溫度回升融化時，材料并非處于靜止的水浴環(huán)境中，而是處于周圍水流不斷流動的環(huán)境中，而在水流作用下材料的凍融損傷必將與靜止的水浴不同，因此，在設計凍融循環(huán)試驗機時需要考慮水流作用的影響，才能更符合工程實際。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明專利提供了一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實驗裝置。這種裝置能夠在凍融循環(huán)實驗中，在材料水浴融化過程中，考慮水流作用的影響。

實現(xiàn)上述目的的技術解決方案如下：

一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實驗裝置，包括出水閥門、進水閥門、出水泵、進水泵、出水流量計、進水流量計、溫度傳感器、液氮循環(huán)系統(tǒng)、儲水容器、進水管、出水管、實驗箱主體、實驗箱蓋、試樣架、溫度控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、導線、液氮、進水管孔、出水管孔、液氮循環(huán)孔、導線孔、試樣和盛水容器組成。其中，出水閥門、出水泵和出水流量計安裝在位于實驗箱主體和儲水容器之間的出水管上；進水閥門、進水泵和進水流量計安裝在位于實驗箱主體和儲水容器之間的進水管上；實驗箱主體內(nèi)部放置溫度傳感器；實驗箱主體開設有進水管孔、出水管孔、液氮循環(huán)孔和導線孔；液氮循環(huán)系統(tǒng)通過液氮循環(huán)孔與實驗箱主體相連接；溫度傳感器和液氮循環(huán)系統(tǒng)通過導線與溫度控制系統(tǒng)相連；出水流量計和進水流量計通過導線與流量控制系統(tǒng)相連；試樣放置在試樣架上；試樣架放置在實驗箱主體內(nèi)部；實驗箱蓋放置實驗箱主體上方；液氮能夠在液氮循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)。在上述各部分中，實驗箱主體和實驗箱蓋由耐低溫鋼制材料組成，溫度傳感器、進水管和出水管由耐低溫材料組成。

作為本發(fā)明專利的一種優(yōu)選，所述一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實驗裝置，還包括盛水容器，由于水流作用會引起試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料(如巖石中的礦物顆粒)損失，通過設置兩個能儲水的容器，使進水管和出水管各自組成獨立的水流體系，從而能夠收集到包含試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料(如巖石中的礦物顆粒)的水，再通過后續(xù)實驗定量計算出由于水流作用造成試樣內(nèi)部組分損失量的目的。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術的有益效果為：通過出水閥門、出水泵、出水流量計和出水管組成的出水系統(tǒng)與進水閥門、進水泵、進水流量計和進水管組成的進水系統(tǒng)的配合能夠在試樣周圍形成穩(wěn)定的水流流過，從而實現(xiàn)在試樣融化過程中考慮水流作用的目的，通過控制出水流量計和進水流量計的流量不同，能夠?qū)崿F(xiàn)控制水流速度的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的可考慮水流影響的凍融循環(huán)實驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的實驗箱主體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的可考慮水流影響的凍融循環(huán)實驗裝置第二種實施方式結(jié)構(gòu)示意圖

圖中標號說明：1-出水閥門，2-進水閥門，3-出水泵，4-進水泵，5-出水流量計，6-進水流量計，7-溫度傳感器，8-液氮循環(huán)系統(tǒng)，9-儲水容器，10-進水管，11-出水管，12-實驗箱主體，13-實驗箱蓋，14-試樣架，15-溫度控制系統(tǒng)，16-流量控制系統(tǒng)，17-導線，18-液氮，19-進水管孔，20-出水管孔，21-液氮循環(huán)孔，22-導線孔，23-試樣，24-盛水容器。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明專利做進一步的詳細說明：

實施例1：

如圖1～圖2所示的一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實驗裝置，是由出水閥門1、進水閥門2、出水泵3、進水泵4、出水流量計5、進水流量計6、溫度傳感器7、液氮循環(huán)系統(tǒng)8、儲水容器9、進水管10、出水管11、實驗箱主體12、實驗箱蓋13、試樣架14、溫度控制系統(tǒng)15、流量控制系統(tǒng)16、導線17、液氮18、進水管孔19、出水管孔20、液氮循環(huán)孔21、導線孔22和試樣23組成。

具體操作步驟如下：

(a)準備步驟：打開實驗箱蓋13，將試樣架14放入實驗箱主體12中，然后將試樣23放置在試樣架14上，蓋上實驗箱蓋13，將進水管10沿著進水管孔19插入實驗箱主體12內(nèi)部，將出水管11沿著出水管孔20插入實驗箱主體12內(nèi)部，檢查液氮循環(huán)系統(tǒng)8、溫度控制系統(tǒng)15和流量控制系統(tǒng)16是否正常工作，若正常，則準備開始實驗；

(b)凍結(jié)步驟：關閉出水閥門1和進水閥門2，打開液氮循環(huán)系統(tǒng)8，使液氮18在液氮循環(huán)系統(tǒng)8內(nèi)部循環(huán)，此時實驗箱主體12內(nèi)部開始降溫，通過溫度傳感器7可測的實驗箱主體12內(nèi)的溫度，溫度傳感器7能夠給予溫度控制系統(tǒng)15實時反饋，若實驗箱主體12內(nèi)的溫度高于所需溫度，則溫度控制系統(tǒng)15命令液氮循環(huán)系統(tǒng)8繼續(xù)工作，若實驗箱主體12內(nèi)的溫度低于所需溫度，則溫度控制系統(tǒng)15命令液氮循環(huán)系統(tǒng)8停止工作，當?shù)竭_所需凍結(jié)時間后，關閉液氮循環(huán)系統(tǒng)8，準備融化過程；

(c)融化步驟：打開實驗箱蓋13以提高實驗箱主體12內(nèi)部的溫度，通過溫度傳感器7可測的實驗箱主體12內(nèi)的溫度，待實驗箱主體12內(nèi)部的溫度高于0℃后，蓋上實驗箱蓋13，打開進水閥門2，開動進水泵4，使儲水容器9內(nèi)的水溶液沿著進水管10流到實驗箱主體12內(nèi)部，位于進水管10上的進水流量計6能夠顯示進水流量，由于出水閥門1依然處于關閉狀態(tài)，實驗箱主體12內(nèi)部水位將持續(xù)升高，待水位漫過試樣23后，打開出水閥門1和出水泵3，位于出水管11上的出水流量計5能夠顯示出水流量，通過調(diào)節(jié)出水泵3和進水泵4，使進水流量計6和出水流量計5的數(shù)值相同，由于進水管10和出水管11處在同一個儲水容器9中，且實驗箱主體12內(nèi)部的進出水流量相同，這樣就會在實驗箱主體12內(nèi)形成穩(wěn)定的水流循環(huán)，從而實現(xiàn)試樣在融化過程中考慮水流作用的目的；若想要考慮水流速度對試樣融化時的影響，只需調(diào)節(jié)出水泵3和進水泵4的壓力大小，就能夠?qū)崿F(xiàn)融化時不同水流速度的目的，當?shù)竭_所需融化時間后，關閉進水閥門2，繼續(xù)保持出水閥門1的打開狀態(tài)，實驗箱主體12內(nèi)部水位將持續(xù)下降，直至不再出水，此時，一個凍融循環(huán)過程結(jié)束；

(d)若需要進行下一個凍融循環(huán)，只需重復步驟(b)～(c)。

實施例2：

如圖2～3所示的一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實驗裝置，是由出水閥門1、進水閥門2、出水泵3、進水泵4、出水流量計5、進水流量計6、溫度傳感器7、液氮循環(huán)系統(tǒng)8、儲水容器9、進水管10、出水管11、實驗箱主體12、實驗箱蓋13、試樣架14、溫度控制系統(tǒng)15、流量控制系統(tǒng)16、導線17、液氮18、進水管孔19、出水管孔20、液氮循環(huán)孔21、導線孔22、試樣23和盛水容器24組成。

具體操作步驟如下：

準備步驟(a)和凍結(jié)步驟(b)與實施例1中相同，在此不再陳述，下面具體描述融化步驟：

(c)融化步驟：將出水管11的一端開口放置在盛水容器24內(nèi)部，將進水管10的一端開口放置在儲水容器9內(nèi)部。打開實驗箱蓋13以提高實驗箱主體12內(nèi)部的溫度，通過溫度傳感器7可測的實驗箱主體12內(nèi)的溫度，待實驗箱主體12內(nèi)部的溫度高于0℃后，蓋上實驗箱蓋13，打開進水閥門2，開動進水泵4，使儲水容器9內(nèi)的水溶液沿著進水管10流到實驗箱主體12內(nèi)部，位于進水管10上的進水流量計6能夠顯示進水流量，由于出水閥門1依然處于關閉狀態(tài)，實驗箱主體12內(nèi)部水位將持續(xù)升高，待水位漫過試樣23后，打開出水閥門1和出水泵3，位于出水管11上的出水流量計5能夠顯示出水流量，通過調(diào)節(jié)出水泵3和進水泵4，使進水流量計6和出水流量計5的數(shù)值相同。此時，就會在實驗箱主體12內(nèi)形成穩(wěn)定的水流循環(huán)，從而實現(xiàn)試樣在融化過程中考慮水流作用的目的，但與實施例1不同的是，此時從出水管11中流出的水溶液將流入到盛水容器24中，由于試樣在水流作用下會導致其內(nèi)部成分(如巖樣內(nèi)部的礦物顆粒)流失，此時，帶有試樣內(nèi)部成分(如巖樣內(nèi)部的礦物顆粒)的水溶液將全部流入到盛水容器24中，通過分析盛水容器24內(nèi)部水溶液成分，就能夠?qū)崿F(xiàn)計算由于水流作用引起的試樣內(nèi)部成分(如巖樣內(nèi)部的礦物顆粒)損失量的目的。若想要考慮水流速度對試樣融化時的影響，只需調(diào)節(jié)出水泵3和進水泵4的壓力大小，就能夠?qū)崿F(xiàn)融化時不同水流速度的目的，當?shù)竭_所需融化時間后，關閉進水閥門2，繼續(xù)保持出水閥門1的打開狀態(tài)，實驗箱主體12內(nèi)部水位將持續(xù)下降，直至不再出水，此時，一個凍融循環(huán)過程結(jié)束；

(d)若需要進行下一個凍融循環(huán)，只需重復步驟(b)～(c)。