本發(fā)明屬于地質(zhì)實驗，具體涉及一種工程地質(zhì)實驗裝置。

背景技術(shù)：

1、工程地質(zhì)是研究地球材料(如巖石、土壤、地下水等)的物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，以及這些性質(zhì)如何影響工程結(jié)構(gòu)和自然地質(zhì)過程的一門科學(xué)。它主要服務(wù)于工程建設(shè)，通過對地質(zhì)環(huán)境的調(diào)查、分析和評價，為工程選址、設(shè)計、施工及維護提供科學(xué)依據(jù)，以確保工程安全、經(jīng)濟和環(huán)保。工程地質(zhì)涉及的內(nèi)容包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查、巖土工程特性測試、地質(zhì)災(zāi)害評估與防治、巖土體穩(wěn)定性分析、地基處理技術(shù)、環(huán)境地質(zhì)影響評價等。

2、工程地質(zhì)實驗是工程地質(zhì)研究的重要手段，它通過室內(nèi)外的試驗方法來模擬、測試和評價地質(zhì)體的工程特性。實驗內(nèi)容主要包括以下幾個方面：

3、土壤實驗：進行土壤的物理性質(zhì)(如密度、含水率、粒度分布)、力學(xué)性質(zhì)(如壓縮性、抗剪強度)和化學(xué)性質(zhì)(如ph值、有機質(zhì)含量)測試，以評估土壤的工程性質(zhì)。

4、巖石實驗：測定巖石的物理性質(zhì)(如密度、吸水率)、力學(xué)性質(zhì)(如抗壓強度、抗拉強度、彈性模量)和礦物成分，分析巖石的堅硬程度、穩(wěn)定性及適宜性。

5、地下水實驗：分析地下水的化學(xué)成分、水位、流速、水溫等，評價地下水對工程的影響。

6、地質(zhì)災(zāi)害模擬實驗：通過模擬降雨、地震等自然條件，研究滑坡、泥石流、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生機制和防治措施。

7、巖土體動力特性實驗：研究巖土體在循環(huán)荷載、地震等動力作用下的變形和強度特性。

8、環(huán)境地質(zhì)實驗：評估工程建設(shè)對地質(zhì)環(huán)境的影響，如水土流失、土地鹽漬化、環(huán)境污染等問題。

9、其中，針對高原或高寒地區(qū)的工程施工作業(yè)中，需要了解該環(huán)境所特有的凍土地質(zhì)環(huán)境特征，尤其是對于樁基施工后形成的樁結(jié)構(gòu)在溫度變化導(dǎo)致凍土層部分融化時所產(chǎn)生的影響，需要通過前期的實驗驗證確保其穩(wěn)定性。但現(xiàn)有技術(shù)中針對凍土的結(jié)構(gòu)特性研究較多，但在前期的實驗?zāi)M中，大都以軟件系統(tǒng)中的數(shù)字化模型進行計算，沒有通過仿真實驗進行檢驗，尤其是溫度變化導(dǎo)致的土層內(nèi)部情況對樁基的影響，無法通過現(xiàn)有的技術(shù)手段獲取。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種工程地質(zhì)實驗裝置，通過對凍土層的模擬以及包覆測試樁的結(jié)構(gòu)特征，同時通過內(nèi)置的模擬氣溫變化的設(shè)備以及頂部施加外力的外部結(jié)構(gòu)，都能夠盡可能模擬真實環(huán)境中凍土對于樁基結(jié)構(gòu)的影響，提供較好的研究指導(dǎo)效果。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本發(fā)明一種工程地質(zhì)實驗裝置，具有容納腔模擬凍土層包覆實驗用的測試樁變溫加壓進行模擬實驗，包括具有容納腔的箱體和測試樁，箱體頂部具有供測試樁穿入容納腔的固定孔；

4、容納腔內(nèi)設(shè)置有模擬實際地質(zhì)狀況的凍土層，所述測試樁插入凍土層內(nèi)；

5、箱體內(nèi)還在凍土層底部和凍土層頂部設(shè)有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過底部降溫保持凍土層狀態(tài)，通過頂部加熱模擬環(huán)境溫度升高，并在箱體還設(shè)有給測試樁提供壓力的外部結(jié)構(gòu)。

6、需要說明的是，凍土層包括兩種設(shè)置方式，一種是直接針對目標(biāo)地區(qū)的土層結(jié)構(gòu)，直接采樣對應(yīng)的凍土層保溫運輸至實驗場地進行實驗(或直接就地實驗)，另一種則是根據(jù)針對目標(biāo)地區(qū)的土層結(jié)構(gòu)，模擬形成的凍土層結(jié)構(gòu)進行實驗。

7、而其中的測試樁是等效模擬實際的樁基尺寸和材料所制成的測試結(jié)構(gòu)，在測試時會通過計算模擬獲得實際使用中的完整尺寸樁基的受力情況以及地基的塌陷情況。其中所設(shè)置的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是包括兩種功能的調(diào)節(jié)模塊，一個設(shè)置在凍土層的底部，另一個則是設(shè)置在頂部，底部主要提供低溫調(diào)節(jié)功能，用于形成零度以下的環(huán)境溫度，從而保持凍土層下部始終處于冰凍狀態(tài)。而頂部主要提供升溫調(diào)節(jié)功能，模擬環(huán)境溫度變化中溫度升高的情況，從而為測試中主要的測試項提供條件。

8、結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供第一方面的第一種實施方式，所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制模塊和傳導(dǎo)模塊；

9、所述箱體底部具有底腔，且設(shè)有將底腔覆蓋封閉的底蓋，底腔內(nèi)設(shè)有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制模塊，通過管路與設(shè)置在箱體內(nèi)的傳導(dǎo)模塊連接。

10、結(jié)合第一方面的第一種實施方式，本發(fā)明提供第一方面的第二種實施方式，所述傳導(dǎo)模塊包括設(shè)置在箱體內(nèi)底部的導(dǎo)熱塊，所述導(dǎo)熱塊內(nèi)設(shè)有供工質(zhì)流動的底管，所述底管穿入底腔內(nèi)與控制模塊連通。

11、結(jié)合第一方面的第一種實施方式，本發(fā)明提供第一方面的第三種實施方式，所述傳導(dǎo)模塊包括設(shè)置在箱體頂部的加熱管層，所述加熱管層通過管道與底腔內(nèi)的控制模塊連接。

12、結(jié)合第一方面的第三種實施方式，本發(fā)明提供第一方面的第四種實施方式，所述箱體頂部的開口處設(shè)置有可打開的箱門，所述加熱管層設(shè)置在箱門的內(nèi)側(cè)。

13、結(jié)合第一方面的第四種實施方式，本發(fā)明提供第一方面的第五種實施方式，所述箱門與箱體轉(zhuǎn)動連接，箱體頂部的開口上具有兩個對開式的箱門，箱門中部具有半圓形槽，兩個箱門合攏時由兩個半圓形槽合并形成供測試樁穿過的固定孔。

14、結(jié)合第一方面的第五種實施方式，本發(fā)明提供第一方面的第六種實施方式，所述固定孔內(nèi)套設(shè)有橡膠套，通過橡膠套將截面尺寸小于固定孔的測試樁限位固定。

15、結(jié)合第一方面的第一種實施方式，本發(fā)明提供第一方面的第七種實施方式，所述傳導(dǎo)模塊包括箱體內(nèi)且埋入凍土層內(nèi)的冷卻管層，在箱體內(nèi)壁內(nèi)設(shè)有連通容納腔與底腔的連通管，連通管在底腔內(nèi)具有底部開口，在箱體內(nèi)壁上具有內(nèi)側(cè)開口，連通管內(nèi)設(shè)有連接控制模塊與冷卻管層的管路。

16、結(jié)合第一方面的第一種實施方式，本發(fā)明提供第一方面的第八種實施方式，所述外部結(jié)構(gòu)為設(shè)置在箱體頂部的壓力機構(gòu)，包括通過螺桿遠離箱體頂部安裝的頂板，以及設(shè)置在頂板上的推缸，所述推缸朝箱體設(shè)置且具有向箱體往復(fù)運動的推桿，所述推桿與插入固定孔內(nèi)的測試樁對應(yīng)。

17、結(jié)合第一方面的第一種實施方式，本發(fā)明提供第一方面的第九種實施方式，所述箱體側(cè)壁上設(shè)有用于觀察箱體內(nèi)凍土層的視窗。

18、本發(fā)明的有益效果為：

19、(1)本發(fā)明通過設(shè)有的包覆測試樁的凍土層，以及模擬外部環(huán)境溫度變化的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和模擬測試樁受力情況變化的提供壓力的外部結(jié)構(gòu)，從而可在多種參數(shù)條件下模擬測試處于凍土層的樁基結(jié)構(gòu)的受力情況以及地基情況，給實際的工程施工以及工程地質(zhì)的處理提供指導(dǎo)；

20、(2)本發(fā)明通過設(shè)有的控制模塊和不同類型的傳導(dǎo)模塊，且根據(jù)凍土層的特點設(shè)置在箱體內(nèi)的不同位置，從而形成不同的溫度調(diào)節(jié)效果，尤其是增加的冷卻管層埋設(shè)在凍土層內(nèi)，通過與底部的導(dǎo)熱塊配合，從而實現(xiàn)凍土層中間層始終保持冷凍狀態(tài)，同時在頂部通過加熱模擬外部環(huán)境升溫而導(dǎo)致上部到底部溫度依次傳導(dǎo)的效果，提供更加真實的模擬反饋；

21、(3)本發(fā)明通過可拆卸的箱體結(jié)構(gòu)以及箱門結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而適用于不同尺寸和形狀的測試樁結(jié)構(gòu)，通過頂部設(shè)有的推缸來模擬測試樁所受到的載荷變化，從而保證在測試樁本身重量較小的情況下也能夠模擬較大載荷對于凍土層的地基結(jié)構(gòu)的影響。

技術(shù)特征：

1.一種工程地質(zhì)實驗裝置，具有容納腔模擬凍土層包覆實驗用的測試樁變溫加壓進行模擬實驗，其特征在于：包括具有容納腔的箱體(1)和測試樁，箱體(1)頂部具有供測試樁穿入容納腔的固定孔(4)(4)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制模塊和傳導(dǎo)模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述傳導(dǎo)模塊包括設(shè)置在箱體(1)內(nèi)底部的導(dǎo)熱塊，所述導(dǎo)熱塊內(nèi)設(shè)有供工質(zhì)流動的底管，所述底管穿入底腔(12)內(nèi)與控制模塊連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述傳導(dǎo)模塊包括設(shè)置在箱體(1)頂部的加熱管層(10)，所述加熱管層(10)通過管道與底腔(12)內(nèi)的控制模塊連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述箱體(1)頂部的開口處設(shè)置有可打開的箱門(3)，所述加熱管層(10)設(shè)置在箱門(3)的內(nèi)側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述箱門(3)與箱體(1)轉(zhuǎn)動連接，箱體(1)頂部的開口上具有兩個對開式的箱門(3)，箱門(3)中部具有半圓形槽，兩個箱門(3)合攏時由兩個半圓形槽合并形成供測試樁穿過的固定孔(4)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述固定孔(4)內(nèi)套設(shè)有橡膠套，通過橡膠套將截面尺寸小于固定孔(4)的測試樁限位固定。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述傳導(dǎo)模塊包括箱體(1)內(nèi)且埋入凍土層內(nèi)的冷卻管層(11)，在箱體(1)內(nèi)壁內(nèi)設(shè)有連通容納腔與底腔(12)的連通管(13)，連通管(13)在底腔(12)內(nèi)具有底部開口(14)，在箱體(1)內(nèi)壁上具有內(nèi)側(cè)開口(15)，連通管(13)內(nèi)設(shè)有連接控制模塊與冷卻管層(11)的管路。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述外部結(jié)構(gòu)為設(shè)置在箱體(1)頂部的壓力機構(gòu)，包括通過螺桿(5)遠離箱體(1)頂部安裝的頂板(6)，以及設(shè)置在頂板(6)上的推缸(7)，所述推缸(7)朝箱體(1)設(shè)置且具有向箱體(1)往復(fù)運動的推桿(9)，所述推桿(9)與插入固定孔(4)內(nèi)的測試樁對應(yīng)。

10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工程地質(zhì)實驗裝置，其特征在于：所述箱體(1)側(cè)壁上設(shè)有用于觀察箱體(1)內(nèi)凍土層的視窗(2)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于地質(zhì)實驗技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種工程地質(zhì)實驗裝置，具有容納腔模擬凍土層包覆實驗用的測試樁變溫加壓進行模擬實驗，包括具有容納腔的箱體和測試樁，箱體頂部具有供測試樁穿入容納腔的固定孔；容納腔內(nèi)設(shè)置有模擬實際地質(zhì)狀況的凍土層，所述測試樁插入凍土層內(nèi)；箱體內(nèi)還在凍土層底部和凍土層頂部設(shè)有溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過底部降溫保持凍土層狀態(tài)，通過頂部加熱模擬環(huán)境溫度升高，并在箱體還設(shè)有給測試樁提供壓力的外部結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，并提供針對于凍土地質(zhì)的樁基施工模擬測試。

技術(shù)研發(fā)人員：張春輝,尚宇寧,吳沙沙,耿付強,黃薛,宿慶偉,劉金鑫,梁海方,孫豐春
受保護的技術(shù)使用者：山東省地礦工程勘察院（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26