CN106841581A - 不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置 - Google Patents

不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置 Download PDF

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Abstract

不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，以模拟不同工况条件下盐渍土地区公路和铁路路基不同部位的盐胀、溶陷、水盐迁移等工程特征的测试。它包括由螺母安装固定在环向间隔设置的螺杆上的多功能支架、环形固定帽和储排水多功能底座，环形固定帽、储排水多功能底座之间连接其内腔装载试验土样的环形试筒，环形试筒由至少一个可轴向对接的环形试筒节段构成，各环形试筒节段外套装设置定冷媒环；用于安装施加实验仪器的多功能支架位于环形固定帽的上方，环形固定帽具有与环形试筒节段内径相等的***通孔，供承压透水石或者隔水底板通过；储排水多功能底座上于环形试筒外设置环形隔水板，且在环形隔水板与环形试筒之间设置连通环形试筒内腔的通水孔。

Description

不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置
技术领域
本发明涉及路基填筑试验设备，特别涉及一种不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，以模拟不同工况条件下盐渍土地区公路和铁路路基不同部位的盐胀、溶陷、水盐迁移等工程特征的测试。
背景技术
在中国西部和亚洲西部等地区分布着大量的盐渍土，随着国家“一带一路”战略的实施，大量的公路和铁路将在这些地区建设。在这些地区修筑路基，必然涉及路基填料的选择问题，由于盐渍土特殊的工程特性，是选择当地土样作为路基填料，还是选择远运非盐渍土土样作为路基填料，都直接关系到工程造价。在选择当地土样作为路基填料时，其盐胀、溶陷特性对路基稳定性的影响如何？其又直接关系到盐渍土地区路基的长久稳定。
盐渍土地区路基病害主要有盐胀、溶陷和腐蚀等类型。其中，盐胀和溶陷变形对路基的稳定性危害最为强烈。盐胀是由于环境温度的降低导致盐渍土体中的硫酸钠吸水结晶从而导致土体膨胀，而后随着环境温度的升高十水硫酸钠释水收缩导致土体塌陷，这样冻融循环使得盐渍土体胀缩往复从而影响路基稳定性，在这个过程中，如果有地下水源补给，则会加重冻融循环过程中的盐渍土体破坏程度。溶陷是由于盐渍土体中的氯化钠溶解度几乎不受温度限制，在任何温度下，氯化钠的溶解度都非常的高，在有外来水源补给或者暴雨过后，水分入侵路基时溶解了原本起胶结作用的氯化钠盐，破坏了其土体结构特性，路基产生沉陷变形。同时，在路基的不同部位分别使用盐渍土，则其产生的盐胀和溶陷特性对路基整体的影响结果也是不一样的。所以，为了满足盐渍土地区的工程建设需求，提供合理的盐渍土地区路基填料适用性判断依据，设计一种能够满足多种工况条件下测试路基不同部位的盐胀和溶陷变形的大型试验设备是非常必要的。
在盐渍土路基填料工程特性测试的试验设备技术领域，当期需迫切解决的一个技术问题是提供一种适应范围广、自动化程度高，可以模拟路基不同部位和不同工况，并且可以测试由于温度变化、水分变化导致路基土体变形的测试仪器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，以模拟不同工况条件下盐渍土地区公路和铁路路基不同部位的盐胀、溶陷、水盐迁移等工程特征的测试。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：它包括由螺母安装固定在环向间隔设置的螺杆上的多功能支架、环形固定帽和储排水多功能底座，环形固定帽、储排水多功能底座之间连接其内腔装载试验土样的环形试筒，环形试筒由至少一个可轴向对接的环形试筒节段构成，各环形试筒节段外套装设置定冷媒环；用于安装施加实验仪器的多功能支架位于环形固定帽的上方，环形固定帽具有与环形试筒节段内径相等的***通孔，供承压透水石或者隔水底板通过；储排水多功能底座上于环形试筒外设置环形隔水板，且在环形隔水板与环形试筒之间设置连通环形试筒内腔的通水孔。
本发明的有益效果是，可模拟不同工况条件下盐渍土地区公路和铁路路基不同部位的盐胀、溶陷、水盐迁移等工程特征的测试，为公路和铁路路基的设计与建设提供科学的依据，具有适应范围广、自动化程度高、测试数据准确等特点。
附图说明
本说明书包括如下十八幅附图：
图1是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置的结构示意图；
图2是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置中下座的立体图；
图3是沿图2中A-A线的剖面图；
图4是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置中上座的立体图；
图5是沿图4中B-B线的剖面图；
图6是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置中环形试筒节段的剖视图；
图7是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置中多功能支架的立体图；
图8是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置中环形固定帽的立体图；
图9是沿图8中C-C线的剖视图；
图10是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置中环形隔水板的俯视图；
图11是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置中冷媒环的俯视图；
图12是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置实施例1的示意图；
图13是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置实施例2的示意图；
图14是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置实施例3的示意图；
图15是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置实施例4的示意图；
图16是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置实施例5的示意图；
图17是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置实施例6的示意图；
图18是本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置实施例7的示意图；
图中示出构件和对应的标记：储排水多功能底座10，下座11，环形格梁111，径向补水槽113，环向补水槽113，上座12，环形试筒插槽121，环形隔水板插槽122，通水孔123，中央通孔124，螺杆13，多功能支架14，环形固定帽15，***通孔151，环形定位台阶152，环形隔水板16，通孔161，冷媒环17、进液口171，出液口172，保温环18，环形试筒节段20，外环形台阶21，内环形台阶22，承压透水石30，隔水底板31，第二承压透水石32，试验土样40，白炽灯41，磁性表座42，激光位移传感器43，马氏瓶44，花洒45，垂直液压千斤顶46、垂直压力传感器47。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1，本发明的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置包括由螺母安装固定在环向间隔设置的螺杆13上的多功能支架14、环形固定帽15和储排水多功能底座10，环形固定帽15、储排水多功能底座10之间连接其内腔装载试验土样的环形试筒，环形试筒由至少一个可轴向对接的环形试筒节段20构成，各环形试筒节段20外套装设置定冷媒环17。用于安装实验仪器的多功能支架14位于环形固定帽15的上方，环形固定帽15具有与环形试筒节段20内径相等的***通孔151，供承压透水石30或者隔水底板31通过。储排水多功能底座10上于环形试筒外设置环形隔水板16，且在环形隔水板16与环形试筒之间设置连通环形试筒内腔的通水孔123。
参照图2至图5，所述储排水多功能底座10由下座11、上座12叠合构成。上座12具有环形试筒插槽121、环形隔水板插槽122和中央通孔124，中央通孔124的直径与环形试筒节段20的内径相等，通水孔123周向间隔设置于环形试筒插槽121、环形隔水板插槽122之间。下座11具有若干环形格梁111，相邻两若干环形格梁111形成环向补水槽113，并设置有连通各环向补水槽113的径向补水槽113。各通水孔123位于一环向补水槽113的上方。
参照图1、图4、图5和图10，所述环形隔水板16的下部***上座12的环形隔水板插槽122内与储排水多功能底座10形成插接，环形隔水板16的侧壁上开设有通孔161。
参照图1和图6，所述环形试筒节段20的下端、上端分别具有外环形台阶21、内环形台阶22。组成环形试筒的各环形试筒节段20中，相邻两环形试筒节段20通过外环形台阶21、内环形台阶22形成轴向对接，最下方环形试筒节段20的外环形台阶21***上座12的环形试筒插槽121内与储排水多功能底座10形成插接。通过不同数量的环形试筒节段20的轴向对接组合，可以模拟不同高度或者不同部位(路基、基床等)的路基。
参照图8和图9，所述环形固定帽15上于***通孔151外具有环形定位台阶152，该环形定位台阶152的宽度为环形试筒节段20、冷媒环17的厚度之和。参照图1，所述承压透水石30、隔水底板31的直径与中央通孔124、***通孔151直径相等。
参照图1和图11，所述冷媒环17为中空环形结构，具有进液口171和出液口172，冷媒环17内注入防冻液，各冷媒环17的进液口171、出液口172通过软管与低温恒温槽连接。参照图1，所述各冷媒环17之间设置保温环18，以防止冷媒环17之间发生温度交换。通常，所述螺杆13沿功能支架14、环形固定帽15和储排水多功能底座10环向等距间隔设置8根。
实施例1
参照图12，实施例1模拟的工况是干旱盐渍土地区蒸发量较大对盐渍土地区路基内部水分、盐分分布及路基变形的影响。采用可堆叠式轴向对接的环形试筒节段20的组合模拟不同高度或者不同部位(路基、基床等)的路基，同时采用内径与环形试筒节段20外径一致的冷媒环17套装在各环形试筒节段20外。冷媒环17与环形试筒节段20之间涂抹凡士林以减小摩擦。各冷媒环17之间设置保温环18，以防止各冷媒环17之间发生温度交换。将组合好的环形试样筒坐落在储排水多功能底座10上，其下端***环形试筒插槽121内，在储排水多功能底座10上安装环形隔水板16，环形隔水板16与环形隔水板插槽122之间设置防水胶带。在环形试样筒顶层放置环形固定帽15，将组合体上装入螺杆13，将承压透水石30放置于环形试样筒底部，铺设滤纸，将试验土样40装入环形试样筒内。在螺杆13顶部安装多功能支架14，在多功能支架14上安装白炽灯41，通过白炽灯41以模拟阳光照射，从而实现干旱盐渍土地区蒸发量较大的工况。在螺杆13的上部安置磁性表座42，在磁性表座42上安装激光位移传感器43，以测定在高蒸发环境下盐渍土路基的变形情况。用软管将环形隔水板10的通孔161与马氏瓶44连接，各冷媒环17的的进液口171、出液口172通过软管与低温恒温槽连接，低温恒温槽按照设定工况工作，激光位移传感器43与接收器电脑连接，白炽灯41按照设定程序工作。
马氏瓶44为现有设备，作用是为试验提供稳定的地下水来源。承压透水石30主要作用是模拟毛细水上升，将储排水多功能底座10中的水吸入试验土样40内。为使承压透水石30具有足够的风度，承压透水石30通常采用铜制作，体内密布微孔，微孔孔径为0.075mm，以利于毛细水上升。储排水多功能底座10的作用为提供稳定的地下水来源，由通水孔123、径向补水槽113和环向补水槽113构成补水通道。
实施例2
参照图13，实施例2模拟的工况是盐渍土地区降雨对盐渍土地区路基内部水分、盐分分布及路基变形的影响。环形试样筒、冷媒环17的组合方式以及承压透水石30的设置方式与实施1相同，多功能支架14上安装的实验装置为花洒45，通过花洒45经环形固定帽15的***通孔151向试验土样40洒水以模拟降雨。
实施例1与实施例2可以联合模拟高蒸发环境下的突发降雨工况。
实施例3
参照图14，实施例3模拟的工况是盐渍土地区高填路基大型溶陷试验。环形试样筒、冷媒环17的组合方式以及承压透水石30的设置方式、磁性表座42和激光位移传感器43的设置方式与实施1相类似。在试验土样40的顶部设置第二承压透水石32，在第二承压透水石32与多功能支架14之间安装垂直液压千斤顶46、垂直压力传感器47。垂直压力传感器47、激光位移传感器43与数据接收器电脑连接。垂直液压千斤顶46为现有设备，多功能支架14作为反力架，通过垂直压力传感器47监控施加的垂直压力，垂直压力的大小依据模拟工况而定。
实施例4
参照图15，实施例4模拟的工况是盐渍土地区低路基大型溶陷试验。
环形试样筒和冷媒环17的组合方式、承压透水石30、第二承压透水石32的设置方式和实验装置(垂直液压千斤顶46、垂直压力传感器47、激光位移传感器43)的设置方式与实施例3相同。区别在于组成环形试样筒的环形试筒节段20数量较少，在螺杆13上可方便地降低多功能支架14和环形固定帽15的安装位置。
实施例5
参照图16，实施例5模拟的工况是盐渍土地区封闭***下(无地下水源补给)有上覆荷载的路基盐胀试验。环形试样筒和冷媒环17的组合方式、第二承压透水石32的设置方式和实验仪器(垂直液压千斤顶46、垂直压力传感器47、激光位移传感器43)的设置方式与实施例3相同。区别在于环形试样筒的底部安放的隔水底板31。
实施例6
参照图17，实施例6模拟的工况是盐渍土地区封闭***下(无地下水源补给)无上覆荷载的路基盐胀试验。环形试样筒和冷媒环17的组合方式、隔水底板31的设置方式与实施例5相同。区别在于试验土样40的顶部不设置第二承压透水石32，实验仪器为激光位移传感器43。
实施例7
参照图18，实施例7模拟的工况是盐渍土地区开放***下(有地下水源补给)无上覆荷载的路基盐胀试验。环形试样筒、冷媒环17的组合方式以及承压透水石30、马氏瓶44的设置方式与实施1相同，实验仪器为激光位移传感器43。
以上所述只是用图解说明本发明不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (9)

1.不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：它包括由螺母安装固定在环向间隔设置的螺杆(13)上的多功能支架(14)、环形固定帽(15)和储排水多功能底座(10)，环形固定帽(15)、储排水多功能底座(10)之间连接其内腔装载试验土样(40)的环形试筒，环形试筒由至少一个可轴向对接的环形试筒节段(20)构成，各环形试筒节段(20)外套装设置定冷媒环(17)；用于安装实验仪器的多功能支架(14)位于环形固定帽(15)的上方，环形固定帽(15)具有与环形试筒节段(20)内径相等的***通孔(151)，供承压透水石(30)或者隔水底板(31)通过；储排水多功能底座(10)上于环形试筒外设置环形隔水板(16)，且在环形隔水板(16)与环形试筒之间设置连通环形试筒内腔的通水孔(123)。
2.如权利要求1所述的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：所述储排水多功能底座(10)由下座(11)、上座(12)叠合构成；上座(12)具有环形试筒插槽(121)、环形隔水板插槽(122)和中央通孔(124)，中央通孔(124)的直径与环形试筒节段(20)的内径相等，通水孔(123)周向间隔设置于环形试筒插槽(121)、环形隔水板插槽(122)之间；下座(11)具有若干环形格梁(111)，相邻两若干环形格梁(111)形成环向补水槽(113)，并设置有连通各环向补水槽(113)的径向补水槽(113)；各通水孔(123)位于一环向补水槽(113)的上方。
3.如权利要求2所述的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：所述环形隔水板(16)的下部***上座(12)的环形隔水板插槽(122)内与储排水多功能底座(10)形成插接，环形隔水板(16)的侧壁上开设有通孔(161)。
4.如权利要求2所述的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：所述环形试筒节段(20)的下端、上端分别具有外环形台阶(21)、内环形台阶(22)；组成环形试筒的各环形试筒节段(20)中，相邻两环形试筒节段(20)通过外环形台阶(21)、内环形台阶(22)形成轴向对接，最下方环形试筒节段(20)的外环形台阶(21)***上座(12)的环形试筒插槽(121)内与储排水多功能底座(10)形成插接。
5.如权利要求4所述的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：所述环形固定帽(15)上于***通孔(151)外具有环形定位台阶(152)，该环形定位台阶(152)的宽度为环形试筒节段(20)、冷媒环(17)的厚度之和。
6.如权利要求2或5所述的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：所述承压透水石(30)、隔水底板(31)的直径与中央通孔(124)、***通孔(151)直径相等。
7.如权利要求1所述的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：所述冷媒环(17)为中空环形结构，具有进液口(171)和出液口(172)，冷媒环(17)内注入防冻液，各冷媒环(17)的进液口(171)、出液口(172)通过软管与低温恒温槽连接。
8.如权利要求7所述的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：所述各冷媒环(17)之间设置保温环(18)。
9.如权利要求1所述的不同工况模式下盐渍土路基模型试验装置，其特征是：所述螺杆(13)沿功能支架(14)、环形固定帽(15)和储排水多功能底座(10)环向等距间隔设置8根。
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