CN110779805A - 温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***及试验方法，所述***包括主机加载机构、可变形大尺寸土箱以及独立的三维加载单元、制冷与水盐补给单元和土‑水‑冰‑盐变化监测单元；可变形大尺寸土箱设置在主机加载机构上，结合特殊的结构设计，并采取将大尺寸土试样分为环境土体和核心土区域进行监测，消除试验的尺寸效应。本方案能够模拟土试样在三维开放***中三维应力状态，考虑水热盐的演变、土体与环境之间温度、水分、盐分等三维迁移，实现温度‑水分‑盐分‑应力‑应变多场耦合，全面获得对不同工程地质环境三维应力状态下开放***中多场耦合作用与互馈效应，实现了多功能性、易操控性，且构造巧妙，实用及推广价值高。

Description

温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***及试验方法
技术领域
本发明属于土工真三轴试验技术领域，具体涉及温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***及试验方法。
背景技术
常规土工三轴试验***本质是轴对称应力状态，不能真实反映实际土体所受的复杂应力条件，仅测得轴对称应力状态下土的强度参数。为了更好且真实模拟土体实际受力状态，分析三个主应力独立变化条件下，三维空间受力状态的土体应力与应变及强度特性，研发了真三轴试验***。
真三轴试验***按压力室加载特性分为刚性、柔性、复合三种形式；按加载方式分为应变控制的全刚性、应力控制的全柔性、复合控制的刚性和柔性；按加载机构分为三向刚性板、双向刚性板和单向柔性液压囊或流体围压、三向柔性液压囊等。但目前现有的真三轴试验装置土试样均是处于完全封装或四周封闭状态，不能模拟实际土体所处的开放状态，没办法实现土试样与环境之间实际的温度、水分、盐分等三维迁移过程，比如，申请公布号为【CN 107576562 A】的发明专利所公开的一种多场耦合真三轴测试***及其试验方法，可通过对应力场和渗流场控制，模拟研究岩土体中渗流的各向异性，以及模拟研究多场耦合条件下非饱和土的物理力学性能。另外，传统真三轴试验***往往采用较小的试样，本质是点试验，因试件较小而无法布置较多传感器(传感器布置过多对试件性能影响较大)，并且试件尺度效应问题较大，即试件越小，尺度对试验结果影响越大，很难解决多场耦合效应实际问题。
目前，国内外尚无考虑温控、大尺寸和多场耦合(实际中，多为普通/温控三轴试验***或小尺寸温控真三轴试验***)于一体的多功能试验装备，更无法实现寒区工程地质环境中温度、水分、盐分、应力、应变等多场耦合作用的动、静联合试验研究。鉴于此，亟待提出一种可以温控的大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，以充分考虑水热盐的演变与迁移，实现温度-水分-盐分-应力-应变多场耦合效应，解决土体与环境之间温度、水分、盐分等三维迁移问题，并模拟实际三维开放***与真实三维应力状态。
发明内容
本发明针对现有多场耦合试验***存在的缺陷，提出一种可以温控的大尺寸土工真三轴多场耦合试验***及试验方法，具有构造简单、易于加工、操作方便的特点，更好地模拟实际土体所处的应力状态，整个真三轴试验***具有较高的安全性、可靠性和经济性。
本发明是采用以下的技术方案实现的，一种温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，包括主机加载机构、可变形大尺寸土箱、独立的三维加载单元、制冷与水盐补给单元和土-水-冰-盐变化监测单元。所述可变形大尺寸土箱设置在主机加载机构上，独立的三维加载单元、制冷与水盐补给单元和土-水-冰-盐变化监测单元均与可变形大尺寸土箱相连，分别对应的实现对土箱的应力施加、制冷与水盐补给以及土-水-冰-盐变化的监测；
所述主机加载机构包括承载底座、垂直加载框架和水平加载框架，所述承载底座包括位于垂直加载框架下方的承载台以及沿承载台水平方向延伸的轨道座；所述水平加载框架包括工作台、侧向反力架和设置在工作台下方的移动升降轮，侧向反力架通过侧压立柱设置在工作台上；可变形大尺寸土箱设置在工作台上并由侧向反力架包围；
所述可变形大尺寸土箱包括底板、土箱侧板、土箱水平变形限位装置和法向加载板，底板上面布置有给排水槽，给排水槽上面布置有透水板；土箱侧板外侧还设置有侧向滑动装置，侧向反力架上固定设置有侧向油缸，侧向油缸穿过侧向反力架与侧向滑动装置相连，侧向油缸在可变形大尺寸土箱变形过程中实现沿侧向滑动装置的滑动。
进一步的，所述制冷和水盐补给单元包括制冷模块和水盐补给模块，制冷模块包括在法向加载板的内部下侧凹槽以及透水板的下方布置的冷却管，以及与冷却管相连的制冷设备；所述水盐补给模块通过循环管与底板上的给排水槽相连，用以将水分或盐分通过循环管运送到底板，由给排水槽向透水板渗透，基于毛细作用给土体补给水分或盐分。
进一步的，所述土-水-冰-盐变化监测单元包括土体结构变化监测模块和水-冰-盐变化监测模块，土体结构变化监测模块包括超声装置和超声波激励探头、接收探头，超声波激励探头、接收探头分别对应的设置在可变形大尺寸土箱外侧；所述的水-冰-盐变化监测模块包括在环境土体区域内布置的不同深度的监测传感器，实现对土体内水、冰和盐分含量的监测。
进一步的，所述可变形大尺寸土箱内的土体划分为核心土区域和环绕核心土区域的环境土体区域，所述监测传感器包括在环境土体中自上而下竖向间距布设多个中子散射仪，并在每一中子散射仪辐射半径之内布设TDR探头。
进一步的，所述核心土区域为长1.0m×宽1.0m×高1.0m核心柱体结构，环境土体区域为长1.2m×宽1.2m×高1.0m的长方体结构去除核心土区域的环形柱体结构。
进一步的，所述独立的三维加载单元包括水平向动力加载模块和法向动力加载模块，水平向动力加载模块包括水平传力杆、水平仪和水平动力加载微调装置，水平仪布置于水平传力杆上；法向动力加载模块包括法向动力加载装置、回形挡土板和横梁，将轴向力施加于法向加载板，由法向加载板向下把荷载传递在土箱内土体上。
进一步的，所述承载台和工作台之间还设置有推拉臂，推拉臂的一端与工作台固定连接，另一端通过推拉油缸安装在承载台上，在推拉油缸的作用下实现工作台沿轨道座的滑动。
进一步的，所述可变形大尺寸土箱的土箱侧板从外至内依次包括外侧板、保温板和内侧板。
进一步的，所述透水板的上下两面均开设有凹槽，透水板上方凹槽内布设水盐管，透水板下方凹槽内布设冷却管。
本发明另外还提出一种基于温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***的试验方法，包括以下步骤：
步骤1：将工作台拉出，组装可变形大尺寸土箱：
依次安装底座、底板、给排水槽和透水板，在底板上面布置给排水槽，给排水槽上面布置透水板；安装土箱侧板，依据土箱水平变形限位装置，完成土箱组装，并在土箱侧板之间以及土箱侧板与底板之间布置防水密封条；
步骤2：在土箱内分层填筑土体，在环境土体区域布置传感器，完成土试样的填筑：
在土箱内分层填筑土体，在环境土体区域布置传感器，完成土试样的填筑；设置并连接水-冰-盐变化监测模块，通过在环境土体区域内布置相应的监测传感器来监测土土体内水、冰和盐分含量；在土箱侧板周围布置土体结构变化监测模块，在土箱一侧安装激励探头，另一侧安装接收探头，通过采集接收的信号，反演出试验过程中土体结构的变化情况；
步骤3：将工作台回位至承载台上，布置回形挡土板，在回形挡土板内布置法向加载板；
步骤4：连接制冷和水盐补给单元，通过循环管连接制冷设备和法向加载板内冷却管，实现向土试样顶部施加温度荷载；在底板底部布置水盐补给模块，实现向土体底部施加水盐补给；
步骤5：布置水平向动力加载模块和法向动力加载加载模块，以实现三个方向不等应力加载。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本方案所述的可实现温控多场耦合试验***针对大尺寸土体试样的特征采用全新的结构设计，能够模拟大尺寸土体试样在开放***中的水分和盐分的迁移规律、实际土体试样的冻结作用过程和毛细作用过程；通过土箱外侧布置超声监测设备和环境土体区域布置的传感器，确保核心土区域不受传感器布置的影响；实现土体试样在温度-水分-盐分-应力-应变多场耦合作用实际受力状态的合理模拟，实现了多功能性、易操控性，构造简单，易于加工的多场耦合***设计，能够解决多场耦合效应的实际问题，创造性地解决了寒区工程地质环境三维应力状态下三维开放***中多场耦合作用与互馈效应研究面临的技术问题，为进一步研究冻害防治与致灾控制全新创造很好的试验支撑条件。
附图说明
图1为本发明实施例1主机加载机构与可变形大尺寸土箱的结构示意图；
图2为本发明实施例1中水平向动力加载模块与可变形大尺寸土箱的结构示意图；
图3为本发明实施例1中大尺寸可变形土箱的侧向剖面结构示意图；
图4为本发明实施例1法向动力加载模块与可变形大尺寸土箱的结构示意图；
图5为本发明实施例1所述法向加载板的结构示意图；
图6为本发明实施例1所述制冷与水盐补给单元布设示意图；
图7为本发明实施例1透水板的结构示意图；
图8为本发明实施例1土体结构变化监测单元的结构布设示意图；
图9为本发明实施例1试验土样划分区域示意图；
图10为本发明实施例1中水、冰和盐分含量的监测传感器布设位置示意图；
图11为本发明实施例1可变形大尺寸土箱与水平加载框架的结构示意图；
图12为本发明实施例1可变形大尺寸土箱的结构示意图；
图13为本发明实施例1主机加载框架的结构示意图一；
图14为本发明实施例1主机加载框架的结构示意图二。
具体实施方式
为了能够更清楚的理解发明的上述目的和优点，下面结合附图对发明的具体实施方式做详细地描述：
实施例1，一种温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，包括主机加载机构5、可变形大尺寸土箱1、独立的三维加载单元、制冷与水盐补给单元和土-水-冰-盐变化监测单元，如图1所示，所述可变形大尺寸土箱1设置在主机加载机构上5，独立的三维加载单元、制冷与水盐补给单元和土-水-冰-盐变化监测单元均与可变形大尺寸土箱相连，分别对应的实现对其应力施加、制冷与水盐补给以及土-水-冰-盐变化的监测。
参考图1，所述主机加载机构5包括承载底座51、垂直加载框架52和水平加载框架53，承载底座51和垂直加载框架52之间通过***立柱223连接，所述承载底座51包括位于垂直加载框架52下方的承载台511以及水平方向延伸的轨道座512，所述水平加载框架53包括工作台531、侧向反力架532和移动升降轮533，侧向反力架532的四个侧面还分别对应的设置有侧向油缸534，侧向反力架532通过侧压立柱535设置在工作台531上，移动升降轮533固定设置在工作台531的下方，且可实现沿轨道座512的滑动，如图11和图12所示，可变形大尺寸土箱1设置在工作台531上并由侧向反力架532包围，可变形大尺寸土箱1的侧板外侧还设置有侧向滑动装置514，侧向油缸534固定设置在侧向反力架532上并穿过侧向反力架532与侧向滑动装置514相连，侧向油缸534可沿侧向滑动装置514左右滑动，在可变形大尺寸土箱1变形过程中施加侧向荷载时，土箱尺寸在三向荷载下发生变化时，通过实时伺服控制，结合侧向油缸与侧向反力架及侧向滑动装置的配合实现在加载过程中三轴主应力轴心对应，实现同轴加载，不出现偏心加载。
另外，如图13和14所示，在承载台511和工作台531之间还设置有推拉臂536，推拉臂536的一端与工作台531固定连接，另一端通过推拉油缸537安装在承载台511上，在推拉油缸537的作用下实现工作台531水平沿轨道座512的滑动，滑出时，移动升降轮533升起，方便对大尺寸土箱装样，滑入后，移动升降轮533下降，竖向荷载直接由承载台511承担，移动升降轮533不在受力，连接相关***模块进行试验，操作更加方便。
本实施例中，所述可变形大尺寸土箱，其结构设计及具体的密封设计方案可依据申请公布号【CN 110132719 A】和申请公布号为【CN 109752254 A】所公开的方案实施，当然也可以采用其他可实现结构，如图2和3所示，所述可变形大尺寸土箱1包括底座11、底板12、给排水槽13、透水板14、土箱侧板15、土箱水平变形限位装置16和法向加载板17，所述的底板12放置在底座11上，底板12上面布置给排水槽13，底板12中间有给排水口，法向加载板17的下侧面开设有冷却管凹槽；给排水槽13上面布置透水板14；所述的土箱侧板15由外侧板151、保温板152和内侧板153组成，采用内外侧板中间夹保温板结构；在每个侧板15上安置土箱水平变形限位装置16，侧板15的最大行程取决于限位装置16的最大范围。
所述独立的三维加载单元包括水平向动力加载模块21和法向动力加载模块22，采用三主应力独立控制加载模式，以很好的模拟三种应力状态(即σ1＞σ2＝σ3、σ1＞σ2＞σ3、K0状态)。如图2和图4所示，为其原理示意图，水平向动力加载模块21包括水平传力杆211、水平仪212和水平动力加载微调装置213，根据试验需求，可以分别施加静力荷载、简谐振动荷载、随机振动荷载，水平仪212布置于水平传力杆211上，水平仪212的设置目的确保水平加载，利用水平传力杆通过水平动力加载微调装置213确保相等的水平荷载同时水平传至两个相对的土箱侧板，水平传力杆之间采用球型铰接，以确保试验中永远中心受力；法向动力加载模块22包括法向动力加载装置221、回形挡土板222、***立柱223和横梁224，将轴向力施加于法向加载板17，由法向加载板17向下把荷载传递在土箱内土体上，法向加载板17的最大轴向位移为回形挡土板222的厚度；回形挡土板222放置侧板顶部，在侧板15移动时，回形挡土板222与侧板15保持紧密接触，如图5所示，法向加载板17上还设有导向装置171，导向装置171在法向动力加载装置221的作用下上下移动时，有效避免法向动力加载装置施加荷载时法向加载板17发生扭转，确保施加均布荷载，保证试验的可靠进行，回形挡土板222位于法向加载板的外周缘，回形挡土板222上方还设置有回形挡土板加载装置2221，确保在试验过程中回形挡土板不发生扭转，同时与土箱侧板紧密连接，确保在加载过程中土箱内土体不向外溢出，当土体有向外溢出时，回形挡土板加载装置2221后施加一定的抵抗力，法向加载板穿过回形挡土板在法向动力加载装置的作用下向土箱内土体施加法向荷载。
在实际地质环境中，土中盐的冻融迁移是盐溶解于水中而随水发生冻融迁移，为了模拟实际冻融过程，自上端对土单元降温冻结、升温融化，同时自下端对土单元补水补盐、排水排盐，因此在土单元下端设置水盐给排***，用于对土单元补水补盐或排水排盐。如图6所示，所述制冷和水盐补给单元包括制冷模块31和水盐补给模块32两部分组成，制冷模块是在法向加载板17内部下侧凹槽以及透水板14的下方布置冷却管141，外部配置制冷设备，通过法向加载内部冷却液在冷却管中循环，实现土试样顶部及底部温度荷载的施加，通过制冷设备调节不同的冷却液温度，实现不同冻结温度荷载的施加及形成温度梯度的模拟；水盐补给模块是将水分或盐分通过循环管运送到底板12，经底板的给排水口补给到给排水槽内，由给排水槽向透水板渗透，利用毛细作用给土试样补给水分或盐分；需要说明的是，本方案中，透水板14的结构设计采用上下两面开槽，如图7所示，上方布设水盐管142，下方布设冷却管141。
在试验中，需要跟踪动态监测与实时显示的物理量主要有土体的变形特征、结构变化与总含水量、未冻水含量、含冰量、盐分迁移和温度变化等参数，具体的，所述土-水-冰-盐变化监测单元包括土体结构变化监测模块和水-冰-盐变化监测模块，土体结构变化监测模块主要采用超声装置，在土箱外分别合理布置若干个超声波激励探头、接收探头，二者一一对应布置，如图8所示，超声装置布置于土箱外侧，通过在土箱一侧安装激励探头，另一侧安装接收探头，采集接收的信号，反演出试验过程中土体结构的变化情况，所述的水-冰-盐变化监测模块在环境土体区域内布置不同深度的传感器来监测土试样内水、冰和盐分含量。
基于单元试验的理念，采用三主应力独立控制加载模式，如图9所示，将大尺寸土试样分为环境土体区域(长1.2m×宽1.2m×高1.0m去除核心土区域)和核心土区域(长1.0m×宽1.0m×高1.0m)两个部分，并结合有限元分析对土体设计尺度的合理性进行了详细的数值模拟分析，以验证其合理性及有效性。为了实现对土体(环境土体区域和核心土体区域)全断面含水量的分布式测定，水、冰和盐分含量的监测传感器布置于不同深度的环境土体区域，本实施例中，在土体中自上而下竖向间距布设多个中子散射仪，实际布设数量根据中子辐射半径、土单元尺度、检测精度要求具体设计，在每一中子散射仪辐射半径之内布设TDR探头，见图10，41为NSD探头，42为TDR探头，43为盐分传感器，采用NSD法监测土试样中总的含水量，TDR法监测土试样中未冻水含量，总的含冰量可由总含冰量＝总含水量－未冻水含量，便于实现水和冰的监测。对于盐分监测主要测试补给盐分在土体试样中不同深度处的含量，即监测土体试样中盐分中的阳离子或阴离子含量，根据离子迁移规律，得到盐分在土体试样中的迁移规律。另外，对于传统的位移、力和温度的测量通过加载装置和在环境土体区域布置相应的传感器实现。
将土体划分为环境土体区域和核心土体区域，这种设计的理由与优势：⑴由于核心土区域较大且周围又有模拟其所处环境的土体，所以能够最大限度地减小核心土区域的尺度效应；⑵满足在环境土区域中布置较多不同种传感器而不对核心土区域的性能产生明显影响的较大尺度要求；⑶由于核心土区域与环境土体的土性、初始含水率、填筑密实度、填筑高度等完全一致，因而二者的渗透性、传热性、模量等能够保持一致，进而确保试验中核心土区域与环境土体之间发生一致的温度迁移、水分迁移、盐分迁移且在同一高度具有相同的迁移梯度；⑷因能够实施三主应力独立控制加载模式，进而很好模拟实际的两种三维应力状态；⑸由于核心土体区域周围设置一定厚度的环境土体，很好模拟核心土区域在场地或地基中的实际状态，而核心土区域又是冻融试验等重点考察或关注的对象，所以避免了采用现行试验装备进行冻融试验而存在的试件(土单元)边界的摩擦效应。
基于这种核心土区域与环境土体区域的设计方案，再结合土箱结构、三维加载单元等的设计，能够很好模拟寒区工程地质环境实际的***三维开放与三维应力状态，并且科学合理地进行温度、水分、盐分、应力、应变等多场耦合作用与互馈效应问题的试验研究。
实施例2、基于实施例1所公开的土工真三轴多场耦合试验***，本实施例对其组装方式具体做以下介绍：
步骤1：依次安装底座、底板、给排水槽和透水板；
底板放置在底座上，底板上面布置给排水槽，给排水槽主要由钢立柱和带坡度的底板组成，底板中间有给排水口，给排水槽上面布置透水板，确保进入给排水槽中的水通过透水板均匀的补给到土试样中；
步骤2：安装土箱侧板，依据土箱水平变形限位装置，完成土箱组装，在土箱侧板之间和侧板与底板之间布置防水密封条；
为了防止土箱内土体与外界环境发生热量交换，土箱侧板由三块板组成，由外侧板和内侧板中间夹着保温板组成，在试验过程中防止土箱发生过大水平变形，在每个侧板上安置土箱水平变形限位装置，即侧向板的最大行程由限位装置的最大范围决定；
步骤3：在土箱内分层填筑土体，在环境土体区域布置传感器，完成土试样的填筑；
对于水-冰-盐变化监测通过在环境土体区域内布置相应的传感器来监测土试样内水、冰和盐分含量；
步骤4：在土箱侧板周围布置超声监测设备；
土体结构变化检测***布置在土箱外侧，通过在土箱一侧安装激励探头，另一侧安装接收探头，通过采集接收的信号，反演出试验过程中土体结构的变化情况；
步骤5：布置回形挡土板，在回形挡土板内布置法向加载板，土试样安装于真三轴试验机上；
为了使土箱侧板移动时，法向加载板给土体正常地施加法向荷载，需要将回形挡土板放置侧向加载板顶部，在侧向加载板移动时，回形挡土板与侧向加载板保持紧密接触，通过法向加载板向土箱内土体加载，法向加载板的最大行程即为回形挡土板的厚度；
步骤6：通过循环管连接制冷设备和法向加载板内冷却管，实现向土体试样顶部施加温度荷载；在底板底部布置水盐补给***，实现向土体试样底部施加水盐补给；
在制冷***中，为了模拟实际土体的冻结过程(即从上往下冻结)，在法向加载板内布置冷却管，通过外部的制冷设备，将冷却液在冷却管中循环，通过法向加载板底部给土试样顶部施加温度荷载；通过调节不同的冷却液温度，模拟土试样顶部的不同冻结温度。水盐补给***是通过循环管将水分或盐分通过底板的给排水口补给给排水槽内，通过给排水槽向透水板渗透，然后通过毛细作用向土试样内传递。在水盐补给***中，利用水分或盐分的体积测量设备，量测在试验中补给到土体试样中的水分或盐分的体积。因此，土体试样顶部实现施加温度荷载和底部实现水盐补给，很好地实现在了土体试样在试验程中的***开放状态；
步骤7：布置水平向和法向的加载装置，以实现三个方向不等应力加载。
试验过程中，在传力杆上布置水平仪，可确保两个水平方向能同轴心加载，水平向动力荷载由水平液压油缸和水平向动力加载微调装置提供，法向动力加载装置给法向加载板施加法向荷载，而回形挡土板加载装置确保回形挡土板与侧板在试验过程中保持紧密接触，***立柱和横梁确保实现法向加载。
本方案基于可变形的大尺寸土箱结构，在土箱侧板的内外侧板中间夹保温板结构，可有效避免土箱内土体与外界环境发生的热量交换；结合土箱水平变形限位装置，保证在试验过程中土箱不至于发生过大水平变形；在水平向的动力加载结构中，将水平仪布置于传力杆上，可确保两个水平方向能同轴心加载；在制冷和水盐补给单元设计中，土试样通过顶部法向加载板施加温度荷载，底部底板实现水盐补给，可充分模拟实际土体的冻结和水盐补给过程，实现土体试样在试验过程中***的开放状态；在土-水-冰-盐变化监测单元设计中，常规真三轴土样较小且布置过多传感器，监测仪器影响土样特性，本方案提出了将监测设备传感器布置在土箱外侧或环境土体区域，解决了监测仪器对土试样内部结构的影响，很好地实现土体试验的多场耦合试验而不是点试验。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于，包括主机加载机构(5)、可变形大尺寸土箱(1)、独立的三维加载单元、制冷与水盐补给单元和土-水-冰-盐变化监测单元，所述可变形大尺寸土箱(1)设置在主机加载机构(5)上，独立的三维加载单元、制冷与水盐补给单元和土-水-冰-盐变化监测单元均与可变形大尺寸土箱(1)相连，分别对应的实现对土箱的应力施加、制冷与水盐补给以及土-水-冰-盐变化的监测；
所述主机加载机构(5)包括承载底座(51)、垂直加载框架(52)和水平加载框架(53)，所述承载底座(51)包括位于垂直加载框架(52)下方的承载台(511)以及沿承载台水平方向延伸的轨道座(512)；所述水平加载框架(53)包括工作台(531)、侧向反力架(532)和设置在工作台(531)下方的移动升降轮(533)，侧向反力架(532)通过侧压立柱(535)设置在工作台(531)上；可变形大尺寸土箱(1)设置在工作台(531)上并由侧向反力架(532)包围；
所述可变形大尺寸土箱(1)包括底板(12)、土箱侧板(15)、土箱水平变形限位装置(16)和法向加载板(17)，底板(12)上面布置有给排水槽(13)，给排水槽(13)上面布置有透水板(14)；土箱侧板(15)外侧还设置有侧向滑动装置(514)，侧向反力架(532)上固定设置有侧向油缸(534)，侧向油缸(534)穿过侧向反力架(532)与侧向滑动装置(514)相连，侧向油缸(534)在可变形大尺寸土箱(1)变形过程中实现沿侧向滑动装置(514)的滑动。
2.根据权利要求1所述的温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于：所述制冷和水盐补给单元包括制冷模块(31)和水盐补给模块(32)，制冷模块(31)包括在法向加载板(17)的内部下侧凹槽以及透水板(14)的下方布置的冷却管(141)，以及与冷却管(141)相连的制冷设备；所述水盐补给模块(32)通过循环管与底板(12)上的给排水槽(13)相连，用以将水分或盐分通过循环管运送到底板(12)，由给排水槽(13)向透水板(14)渗透，基于毛细作用给土体补给水分或盐分。
3.根据权利要求1所述的温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于：所述土-水-冰-盐变化监测单元包括土体结构变化监测模块和水-冰-盐变化监测模块，土体结构变化监测模块包括超声装置和超声波激励探头、接收探头，超声波激励探头、接收探头分别对应的设置在可变形大尺寸土箱(1)外侧；所述的水-冰-盐变化监测模块包括在环境土体区域内布置的不同深度的监测传感器，实现对土体内水、冰和盐分含量的监测。
4.根据权利要求3所述的温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于：所述可变形大尺寸土箱(1)内的土体划分为核心土区域和环绕核心土区域的环境土体区域，所述监测传感器包括在环境土体中自上而下竖向间距布设多个中子散射仪，并在每一中子散射仪辐射半径之内布设TDR探头。
5.根据权利要求4所述的温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于：所述核心土区域为长1.0m×宽1.0m×高1.0m核心柱体结构，环境土体区域为长1.2m×宽1.2m×高1.0m的长方体结构去除核心土区域的环形柱体结构。
6.根据权利要求1所述的温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于：所述独立的三维加载单元包括水平向动力加载模块(21)和法向动力加载模块(22)，水平向动力加载模块(21)包括水平传力杆(211)、水平仪(212)和水平动力加载微调装置(213)，水平仪(212)布置于水平传力杆(211)上；法向动力加载模块(22)包括法向动力加载装置(221)、回形挡土板(222)和横梁(224)，将轴向力施加于法向加载板(17)，由法向加载板(17)向下把荷载传递在土箱内土体上。
7.根据权利要求1所述的温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于：所述承载台(511)和工作台(531)之间还设置有推拉臂(536)，推拉臂(536)的一端与工作台(531)固定连接，另一端通过推拉油缸(537)安装在承载台(511)上，在推拉油缸(537)的作用下实现工作台(531)沿轨道座(512)的滑动。
8.根据权利要求1所述的温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于：所述可变形大尺寸土箱(1)的土箱侧板(15)从外至内依次包括外侧板(151)、保温板(152)和内侧板(153)。
9.根据权利要求2所述的温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***，其特征在于：所述透水板(14)的上下两面均开设有凹槽，透水板(14)上方凹槽内布设水盐管(142)，透水板(14)下方凹槽内布设冷却管(141)。
10.基于温控大尺寸土工真三轴多场耦合试验***的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将工作台拉出，组装可变形大尺寸土箱：
步骤2：在土箱内分层填筑土体，在环境土体区域布置传感器，完成土体的填筑，并实现水-冰-盐变化监测模块和土体结构变化监测模块的布置；
步骤3：将工作台回位至承载台上，布置回形挡土板，在回形挡土板内布置法向加载板；
步骤4：连接制冷和水盐补给单元，通过循环管连接制冷设备和法向加载板内冷却管，实现向土试样顶部施加温度荷载；在底板底部布置水盐补给模块，实现向土体底部施加水盐补给；
步骤5：布置水平向动力加载模块和法向动力加载模块，以实现三个方向不等应力加载。
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