CN115753873A - 一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置及试验方法，属于室内土工低温试验技术领域，解决了现有冻结试验中忽略土体的真实赋存环境，未考虑土体改良剂的注入对改良土体冻结过程中水分迁移及冻胀规律影响的问题；其包括试样模拟装置，试样模拟装置设置于加载装置内，加载装置对试样模拟装置内的土体试样进行地应力的模拟加载，试样模拟装置分别与冻结循环装置、注浆装置和补水装置连通，且试样模拟装置上设置有数据采集装置；本发明中采用的测试装置操作简单，该测试装置可对土体试样施加地应力和注入改良剂，以模拟测试在含水率、初始地应力以及温度梯度等多因素耦合下，土体冻结过程中地表的冻胀变形规律。
Description
技术领域
本发明涉及室内土工低温试验技术领域，具体涉及一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置及试验方法。
背景技术
人工冻结法是指利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水的同时使围岩具有一定的承载能力，以便在冻结壁的保护下进行隧道的开挖与支护的方法。冻结法因其具有安全性好、适应范围广、灵活性好、可控性好以及污染较小等优点，近年来，在地下工程施工过程中被广泛应用。然而，研究发现冻土帷幕形成过程中，土体中的水分会在自身重力、基质吸力以及温度梯度作用下向冻结壁附近迁移，水分冻结后体积膨胀，使冻土体积增大，这时产生的冻胀力容易引起上覆地表和相邻建筑物产生较大变形。
富水砂层中，砂层孔隙率较大，渗透系数高，地下水丰富且补给量较大，冻胀作用明显，冻土体量大、形成速度快，冻胀对地层影响也较大。严重时，导致既有隧道上部线路无法正常运营，造成重大经济损失和恶劣的社会影响。因此，对土体进行改良以及掌握人工冻结过程中改良土体的水分迁移量以及冻胀变形规律，为冻结法设计及施工提供有效参考依据以及可靠的理论支持已成为亟待解决的问题。
现阶段冻结土体水分迁移及冻胀规律主要存在以下几个缺陷：
1)忽略了土体初始地应力对水分迁移规律的影响，将土体视为松散体进行试验，研究结果与实际相差较大；
2)仅考虑初始含水率、温度梯度等单因素影响下土体的冻胀变形规律，很难做到多因素影响下对土体冻胀变形规律进行实时监测和记录；
3)冻结过程中土体试样仓内部土体状态不可视，无法直接观测到冻结锋面的扩散过程；
4)鲜有装置可以模拟土体改良剂注入过程，并对改良土体冻结过程中水分迁移及冻胀规律进行测试。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置及试验方法，解决了现有冻结试验中忽略土体的真实赋存环境，未考虑土体改良剂的注入对改良土体冻结过程中水分迁移及冻胀规律影响的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一方面，提供一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其包括试样模拟装置，试样模拟装置设置于加载装置内，加载装置对试样模拟装置内的土体试样进行地应力的模拟加载，试样模拟装置分别与冻结循环装置、注浆装置和补水装置连通，且试样模拟装置上设置有数据采集装置。
本发明中采用的测试装置操作简单，该测试装置可对土体试样施加地应力和注入改良剂，能够在室内对改良土体冻结过程进行模拟，并能够测试在含水率、初始地应力以及温度梯度等多因素耦合下，土体冻结过程中地表的冻胀变形规律。
进一步地，试样模拟装置包括内置土体试样的、呈透明状的土体试样仓，土体试样仓的上方活动设置有上冷浴盒，土体试样仓的下方设置有下冷浴盒，上冷浴盒和下冷浴盒上均设置有冷却液进口和冷却液出口，冷却液进口和冷却液出口均与冻结循环装置连通，下冷浴盒上预留有注浆口，注浆口分别与注浆装置和补水装置连通。
本方案中，土体试样仓上设置有上冷浴盒和下冷浴盒，且土体试样仓呈透明状，采用上述方案，呈透明状的土体试样仓可直观的观测到土体的冻胀过程以及冻结锋面的扩展过程，通过上冷浴盒和下冷浴盒可以对试样土体上部与下部施加不同外温度的冷源。
进一步地，土体试样仓内设置有数据采集装置，数据采集装置包括外部终端，外部终端分别与多组传感器、以及安装于上冷浴盒上的位移计信号相连，多组传感器由上至下等间距布设在土体试样仓内的同一竖直面上，每组传感器包括水平布设的水分传感器和温度传感器信号，水分传感器和温度传感器与外部终端信号相连。
本方案中，土体试样仓内设置有数据采集装置，采用上述方案，数据采集装置包括外部终端、传感器和位移计，传感器可实时监测冻结过程中试样土体内部的水分以及温度变化过程，位移计可以测量土体冻结过程中的冻胀量。
进一步地，加载装置包括反力架，反力架包括三块支撑板，三块支撑板通过支撑柱相连，位于最下方的支撑板上开设有凹槽，土体试样仓内的下冷浴盒嵌入凹槽内，下冷浴盒上的注浆口穿过凹槽分别与与注浆装置和补水装置连通，位于中间的支撑板上开设有通孔，土体试样仓的顶部嵌入通孔内。
本方案中，加载装置包括反力架，采用上述方案，中下两块支撑板用以确定并固定土体试样仓，通过最上层的支撑板为加载装置提供反向的作用力，使加载装置对土体试样仓进行加载。
进一步地，加载装置还包括液压千斤顶，液压千斤顶的一端安装于上冷浴盒上，液压千斤顶的另一端与位于最上层的支撑板相连。
本方案中，加载装置还包括液压千斤顶，采用上述方案，通过液压千斤顶对土体试样进行加载，模拟土体真实赋存条件下的水土压力。
进一步地，液压千斤顶与位于最上层的支撑板之间设置有压力测量仪，压力测量仪与压力显示仪电性相连。
本方案中，液压千斤顶与支撑板之间设置有压力测量仪，采用上述方案，可以实时监控液压千斤顶加载的压力。
进一步地，注浆装置包括气动注浆泵，气动注浆泵分别与空气压缩机、容置膨润土浆液的搅拌桶和注浆口连通，搅拌桶内设置有搅拌机。
本方案中，注浆装置包括气动注浆泵，采用上述方案，空气压缩机为气动注浆泵提供一定的注浆压力，气动注浆泵提供抽取膨润土泥浆的动力力，搅拌机可以对搅拌桶内的膨润土泥浆进行实时搅拌，防止膨润土泥浆出现沉积等现象。
进一步地，补水装置包括无压补水瓶，无压补水瓶与注浆口连通，无压补水瓶的出口处设置有流量计，且无压补水瓶底部与土体试样仓内土体试样的底部高度相同。
本方案中，补水装置包括无压补水瓶，采用上述方案，无压补水瓶底部和土体试样底部的高度相同，即可以实现冻结过程中土体试样的无压补水，并通过流量计实时监测冻结过程中土体的水分迁移速率以及水分迁移量的大小。
进一步地，冻结循环装置包括两组用于制热或制冷的低温恒温槽，低温恒温槽上设置操作面板，操作面板内集成有显示温度的温度显示屏和用于调节温度的调节按钮；
其中一个低温恒温槽与上冷浴盒的冷却液进口和冷却液出口相连通形成循环流动；
另一个低温恒温槽与下冷浴盒的冷却液进口和冷却液出口相连通形成循环流动。
本方案中，冻结循环装置包括两组用于制热或制冷的低温恒温槽，采用上述方案，两组用于制热或制冷的低温恒温槽，提供不同温度，以在土体试样上下表面之间施加不同的温度梯度，便于观察冻结土体中的水分迁移。
另一方面，提供一种采用冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置的试验方法，其包括以下步骤：
步骤S1、试样装填：将土体试样按质量等分为3份，将土体试样仓按体积等分为3份，将土体试样分层加入土体试样仓中，并采用震动击实仪对土体试样进行震动击实，使土体试样达到密实状态，对土体试样表面进行整平，并在土体分层填装的过程中，将水分传感器以及温度传感器埋设在相应的位置；
步骤S2、试样土体压力仓安装：将装填好土体试样的土体试样仓放置在位于反力架最下方支撑板上的凹槽内，土体试样仓的顶部嵌入中间支撑板的通孔内，并在土体试样仓顶部放置装有密封圈的上冷浴盒对土体试样仓进行封堵，使土体试样仓处于密封状态；
步骤S3、加载装置安装：将液压千斤顶安装于上冷浴盒与最上方支撑板之间，打开液压千斤顶，对土体试样进行加载，待压力值达到预设值时，停止液压千斤顶加载，并保持稳定；
步骤S4、改良剂注入：打开空气压缩机，将气压输送给气动注浆泵，气动注浆泵将膨润土浆液注入土体试样中，注浆完毕后，关闭止浆阀；
步骤S5、位移计安装：土体试样地应力加载完成后，将位移计安装在上冷浴盒表面；
步骤S6、冻结试验：打开冻结循环装置，设置试验目标温度，当温度到达预定温度后，将冷却液通过管道流通管与上冷浴盒和下冷浴盒相连通，并打开补水装置，对土体试样仓里的土体试样进行冻结和补水，使土体冻结，试验过程中外部终端通过水分传感器、温度传感器和位移计采集测试数据；
步骤S7、试验结束：待水分传感器、温度传感器和位移计采集的数据趋于稳定时，关闭冻结循环装置以及补水装置，试验结束；
步骤S8、数据整理：整理水分传感器、温度传感器和位移计所采集的数据并绘制出不同深度处土体试样的含水率、温度以及变形随时间的变化图像。
本发明公开了一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其有益效果为：
1、本发明中采用的测试装置操作简单，加载装置对土体试样施加地应力模拟土体真实赋存状态，注浆装置对土体试样进行改良，并通过数据采集装置实时监测冻结过程中土体试样中的含水率、温度以及冻胀量，能够在室内对改良土体冻结过程进行模拟，模拟在含水率、初始地应力以及温度梯度等多因素耦合下，土体冻结过程中地表的冻胀变形规律。
2、本发明中土体试样仓呈透明状，可直观的观测到土体的冻胀过程以及冻结锋面的扩展过程，解决了以往实验过程中，冻结锋面不可视的情况。
3、本发明采用加载装置对土体试样加载，解决了传统试验过程中，无法对土体施加地应力，导致试验结果与现场监测数据偏差较大的情况。
4、本发明中的冻结循环装置设计简单、容易操作，可以对试样土体上部与下部施加不同外温度的冷源且温控***的测量精度较高，可以对温度实现精细化控制。
5、本发明中采用注浆装置将膨润土注入土体试样中中，真实模拟改良剂对土体的改良过程。
6、本发明中采用无压补水瓶可实现在冻结过程中对改良土体试样的无压均匀补水。
附图说明
图1为本发明的一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置的结构示意图。
图2为本发明的试样模拟装置和数据采集装置的结构示意图。
图3为本发明的加载装置的结构示意图。
图4为本发明的注浆装置的结构示意图。
图5为本发明的冻结循环装置的结构示意图。
其中，1、试样模拟装置；11、土体试样仓；12、上冷浴盒；13、下冷浴盒；14、冷却液进口；15、冷却液出口；16、注浆口；2、加载装置；21、反力架；211、支撑板；212、支撑柱；22、液压千斤顶；23、压力测量仪；24、压力显示仪；25、凹槽；26、；3、冻结循环装置；31、低温恒温槽；32、操作面板；33、温度显示屏；34、调节按钮；4、注浆装置；41、气动注浆泵；42、搅拌桶；43、空气压缩机；44、搅拌机；5、补水装置；51、无压补水瓶；52、流量计；6、数据采集装置；61、外部终端；62、水分传感器；63、温度传感器；64、位移计。
具体实施方式
面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
参考图1和图2，为本实施例的一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置的结构示意图，目的是解决现有冻结试验中忽略土体的真实赋存环境，未考虑土体改良剂的注入对改良土体冻结过程中水分迁移及冻胀规律影响的问题，下面将对本装置的具体结构进行详细描述。
一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其包括试样模拟装置1，试样模拟装置1设置于加载装置2内。
具体的，加载装置2对试样模拟装置1内的土体试样进行地应力的模拟加载，以模拟土体所处的真实赋存环境，解决了传统试验过程中，无法对土体施加地应力，导致试验结果与现场监测数据偏差较大的情况。
试样模拟装置1分别与冻结循环装置3、注浆装置4和补水装置5连通，且试样模拟装置1上设置有数据采集装置6。
试样模拟装置1包括内置土体试样的、呈透明状的土体试样仓11，土体试样仓11的上方活动设置有上冷浴盒12，土体试样仓11的下方设置有下冷浴盒13。
本实施例中，土体试样仓11为圆桶状，且透明，由透明亚克力板制作而成，壁厚为1cm，高60cm，内径20cm，可直观的观测到土体的冻胀过程以及冻结锋面的扩展过程。
上冷浴盒12和下冷浴盒13上均设置有冷却液进口14和冷却液出口15，冷却液进口14和冷却液出口15均与冻结循环装置3连通，冻结循环装置3提供冷却液，通过管道送入上冷浴盒12和下冷浴盒13内，上冷浴盒12和下冷浴盒13可以对试样土体上部与下部施加不同外温度的冷源。
下冷浴盒13上预留有注浆口16，注浆口16分别与注浆装置4和补水装置5连通，上冷浴盒12周边包裹3mm厚的橡胶止水条，防止土体试样中的水分在加载过程中从上冷浴盒12周边缝隙渗出，上冷浴盒12和下冷浴盒13厚度均为5cm，其材质为铝合金。
土体试样仓11内设置有数据采集装置6，数据采集装置6包括外部终端61，外部终端61分别与多组传感器、以及安装于上冷浴盒12上的位移计64信号相连。
本实施例中，多组传感器由上至下等间距布设在土体试样仓11内的同一竖直面上，每组传感器包括水平布设的水分传感器62和温度传感器63信号，水分传感器62和温度传感器63与外部终端信号相连。
数据采集装置6包括外部终端61、传感器和位移计64，传感器可实时监测冻结过程中试样土体内部的水分以及温度变化过程，位移计64可以测量土体冻结过程中的冻胀量，本实施例中的外部终端61为计算机。
本发明中采用的测试装置操作简单，加载装置2对土体试样施加地应力模拟土体真实赋存状态，注浆装置4对土体试样进行改良，并通过数据采集装置6实时监测冻结过程中土体试样中的含水率、温度以及冻胀量，能够在室内对改良土体冻结过程进行模拟，模拟在含水率、初始地应力以及温度梯度等多因素耦合下，土体冻结过程中地表的冻胀变形规律。
实施例2，
参考图3，本实施例中的加载装置的结构示意图，目的是对土体施加地应力，模拟土体真实赋存状态，本实施例给出了加载装置的进一步方案。
加载装置2包括反力架21，反力架21包括三块支撑板211，三块支撑板211通过支撑柱212相连。
具体的，支撑板211为圆盘形，由钢材制作而成，四周分别预留四个直径为15mm的圆形孔，支撑柱212共有4根，由
螺纹钢筋制成。
位于最下方的支撑板211上开设有凹槽25，土体试样仓11内的下冷浴盒13嵌入凹槽25内，下冷浴盒13上的注浆口16穿过凹槽25分别与与注浆装置4和补水装置5连通，位于中间的支撑板211上开设有通孔，土体试样仓11的顶部嵌入通孔内。
本实施例中，中下两块支撑板211用以确定并固定土体试样仓11，通过最上层的支撑板211为加载装置2提供反向的作用力，使加载装置2可以对土体试样仓11内的土体试样进行加载，模拟土体真实赋存条件下的水土压力。
加载装置2还包括液压千斤顶22，液压千斤顶22的一端安装于上冷浴盒12上，液压千斤顶22的另一端与位于最上层的支撑板211相连，通过液压千斤顶22对土体试样进行加载，模拟土体真实赋存条件下的水土压力。
液压千斤顶22与位于最上层的支撑板211之间设置有压力测量仪23，压力测量仪23与压力显示仪25电性相连，压力测量仪23可以实时监控液压千斤顶22加载的压力，并于压力测量仪23上显示当前压力。
实施例3
参考图4和图5，为本实施例中注浆装置和冻结循环装置的结构示意图，目的是在冻结试验中，对土体试样进行改良，并提供冷源，本实施例给出了注浆装置和冻结循环装置的进一步方案。
注浆装置4包括气动注浆泵41。
具体的，气动注浆泵41分别与空气压缩机43、容置膨润土浆液的搅拌桶42和注浆口16连通，搅拌桶42内设置有搅拌机44。
本实施例中，空气压缩机43为气动注浆泵41提供一定的注浆压力，气动注浆泵41提供抽取膨润土泥浆的动力，搅拌机44可以对搅拌桶42内的膨润土泥浆进行实时搅拌，防止膨润土泥浆出现沉积等现象，空气压缩机43和气动注浆泵41均采用现有技术，其中空气压缩机43的型号为TG160B，气动注浆泵41的型号为ZBQ-50。
补水装置5包括无压补水瓶51，无压补水瓶51与注浆口16连通，无压补水瓶51的出口处设置有流量计52。
本实施例中，无压补水瓶51底部与土体试样仓11内土体试样的底部高度相同，即可以实现冻结过程中土体试样的无压补水，并通过流量计52实时监测冻结过程中土体的水分迁移速率以及水分迁移量的大小。
冻结循环装置3包括两组用于制热或制冷的低温恒温槽31，低温恒温槽31上设置操作面板32，操作面板32内集成有显示温度的温度显示屏33和用于调节温度的调节按钮34。
本实施例中，低温恒温槽31的容积为15L，其冷却液根据试验温度需要，可选择酒精、无水硅油等。
两组用于制热或制冷的低温恒温槽31，提供不同温度，以在土体试样上下表面之间施加不同的温度梯度，便于观察冻结土体中的水分迁移。
其中一个低温恒温槽31与上冷浴盒12的冷却液进口14和冷却液出口15相连通形成循环流动，用于制冷。
另一个低温恒温槽31与下冷浴盒13的冷却液进口14和冷却液出口15相连通形成循环流动，用于制热。
低温恒温槽31的温度范围为-30℃-100℃，采用此种机构，利于冻结土体中的水分迁移，以便观察。
实施例4
参考图1-图5，本实施例提出一种采用冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置的试验方法，其包括以下步骤：
步骤S1、试样装填：将土体试样按质量等分为3份，将土体试样仓11按体积等分为3份，将土体试样分层加入土体试样仓11中，并采用震动击实仪对土体试样进行震动击实，使土体试样达到密实状态，对土体试样表面进行整平，并在土体分层填装的过程中，将水分传感器62以及温度传感器63埋设在相应的位置。
步骤S2、试样土体压力仓安装：将装填好土体试样的土体试样仓11放置在位于反力架21最下方支撑板211上的凹槽25内，土体试样仓11的顶部嵌入中间支撑板211的通孔内，并在土体试样仓11顶部放置装有密封圈的上冷浴盒12对土体试样仓11进行封堵，使土体试样仓11处于密封状态。
步骤S3、加载装置安装：将液压千斤顶22安装于上冷浴盒12与最上方支撑板211之间，打开液压千斤顶32，对土体试样进行加载，待压力值达到预设值时，停止液压千斤顶32加载，并保持稳定。
步骤S4、改良剂注入：打开空气压缩机43，将气压输送给气动注浆泵41，气动注浆泵41将膨润土浆液注入土体试样中，注浆完毕后，关闭止浆阀。
步骤S5、位移计安装：土体试样地应力加载完成后，将位移计64安装在上冷浴盒12表面。
步骤S6、冻结试验：打开冻结循环装置3，设置试验目标温度，当温度到达预定温度后，将冷却液通过管道流通管与上冷浴盒12和下冷浴盒13相连通，并打开补水装置5，对土体试样仓11里的土体试样进行冻结和补水，使土体冻结，试验过程中外部终端61通过水分传感器62、温度传感器63和位移计64采集测试数据。
步骤S7、试验结束：待水分传感器62、温度传感器63和位移计64采集的数据趋于稳定时，关闭冻结循环装置3以及补水装置5，试验结束。
步骤S8、数据整理：整理水分传感器62、温度传感器63和位移计64所采集的数据并绘制出不同深度处土体试样的含水率、温度以及变形随时间的变化图像。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：包括试样模拟装置(1)；
所述试样模拟装置(1)设置于加载装置(2)内，所述加载装置(2)对试样模拟装置(1)内的土体试样进行地应力的模拟加载；
所述试样模拟装置(1)分别与冻结循环装置(3)、注浆装置(4)和补水装置(5)连通，且试样模拟装置(1)上设置有数据采集装置(6)。
2.根据权利要求1所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：所述试样模拟装置(1)包括内置土体试样的、呈透明状的土体试样仓(11)，所述土体试样仓(11)的上方活动设置有上冷浴盒(12)，所述土体试样仓(11)的下方设置有下冷浴盒(13)；
所述上冷浴盒(12)和下冷浴盒(13)上均设置有冷却液进口(14)和冷却液出口(15)，所述冷却液进口(14)和冷却液出口(15)均与冻结循环装置(3)连通；
所述下冷浴盒(13)上预留有注浆口(16)，所述注浆口(16)分别与注浆装置(4)和补水装置(5)连通。
3.根据权利要求2所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：所述土体试样仓(11)内设置有数据采集装置(6)，所述数据采集装置(6)包括外部终端(61)，所述外部终端(61)分别与多组传感器、以及安装于上冷浴盒(12)上的位移计(64)信号相连；
多组所述传感器由上至下等间距布设在土体试样仓(11)内的同一竖直面上；每组所述传感器包括水平布设的水分传感器(62)和温度传感器(63)信号，所述水分传感器(62)和温度传感器(63)与外部终端信号相连。
4.根据权利要求2所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：所述加载装置(2)包括反力架(21)，所述反力架(21)包括三块支撑板(211)，三块所述支撑板(211)通过支撑柱(212)相连；
位于最下方的所述支撑板(211)上开设有凹槽(25)，所述土体试样仓(11)内的下冷浴盒(13)嵌入所述凹槽(25)内，所述下冷浴盒(13)上的注浆口(16)穿过所述凹槽(25)分别与与注浆装置(4)和补水装置(5)连通；
位于中间的所述支撑板(211)上开设有通孔，所述土体试样仓(11)的顶部嵌入所述通孔内。
5.根据权利要求4所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：所述加载装置(2)还包括液压千斤顶(22)，所述液压千斤顶(22)的一端安装于上冷浴盒(12)上，所述液压千斤顶(22)的另一端与位于最上层的所述支撑板(211)相连。
6.根据权利要求5所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：所述液压千斤顶(22)与位于最上层的所述支撑板(211)之间设置有压力测量仪(23)，所述压力测量仪(23)与压力显示仪(25)电性相连。
7.根据权利要求2所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：所述注浆装置(4)包括气动注浆泵(41)，所述气动注浆泵(41)分别与空气压缩机(43)、容置膨润土浆液的搅拌桶(42)和注浆口(16)连通；所述搅拌桶(42)内设置有搅拌机(44)。
8.根据权利要求7所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：所述补水装置(5)包括无压补水瓶(51)，所述无压补水瓶(51)与注浆口(16)连通，所述无压补水瓶(51)的出口处设置有流量计(52)，且所述无压补水瓶(51)底部与土体试样仓(11)内土体试样的底部高度相同。
9.根据权利要求2所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置，其特征在于：所述冻结循环装置(3)包括两组用于制热或制冷的低温恒温槽(31)，所述低温恒温槽(31)上设置操作面板(32)，所述操作面板(32)内集成有显示温度的温度显示屏(33)和用于调节温度的调节按钮(34)；
其中一个所述低温恒温槽(31)与上冷浴盒(12)的冷却液进口(14)和冷却液出口(15)相连通形成循环流动；
另一个所述低温恒温槽(31)与下冷浴盒(13)的冷却液进口(14)和冷却液出口(15)相连通形成循环流动。
10.一种采用根据权利要求1-9任一所述的冻结土体水分迁移及冻胀规律测试装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、试样装填：将土体试样按质量等分为3份，将土体试样仓(11)按体积等分为3份，将土体试样分层加入土体试样仓(11)中，并采用震动击实仪对土体试样进行震动击实，使土体试样达到密实状态，对土体试样表面进行整平，并在土体分层填装的过程中，将水分传感器(62)以及温度传感器(63)埋设在相应的位置；
S2、试样土体压力仓安装：将装填好土体试样的土体试样仓(11)放置在位于反力架(21)最下方支撑板(211)上的凹槽(25)内，土体试样仓(11)的顶部嵌入中间支撑板(211)的通孔内，并在土体试样仓(11)顶部放置装有密封圈的上冷浴盒(12)对土体试样仓(11)进行封堵，使土体试样仓(11)处于密封状态；
S3、加载装置安装：将液压千斤顶(22)安装于上冷浴盒(12)与最上方支撑板(211)之间，打开液压千斤顶(32)，对土体试样进行加载，待压力值达到预设值时，停止液压千斤顶(32)加载，并保持稳定；
S4、改良剂注入：打开空气压缩机(43)，将气压输送给气动注浆泵(41)，气动注浆泵(41)将膨润土浆液注入土体试样中，注浆完毕后，关闭止浆阀；
S5、位移计安装：土体试样地应力加载完成后，将位移计(64)安装在上冷浴盒(12)表面；
S6、冻结试验：打开冻结循环装置(3)，设置试验目标温度，当温度到达预定温度后，将冷却液通过管道流通管与上冷浴盒(12)和下冷浴盒(13)相连通，并打开补水装置(5)，对土体试样仓(11)里的土体试样进行冻结和补水，使土体冻结；
试验过程中外部终端(61)通过水分传感器(62)、温度传感器(63)和位移计(64)采集测试数据；
S7、试验结束：待水分传感器(62)、温度传感器(63)和位移计(64)采集的数据趋于稳定时，关闭冻结循环装置(3)以及补水装置(5)，试验结束；
S8、数据整理：整理水分传感器(62)、温度传感器(63)和位移计(64)所采集的数据并绘制出不同深度处土体试样的含水率、温度以及变形随时间的变化图像。
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2022
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