CN116148306B - 双向冻结试验装置及双向冻结试验参数调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双向冻结试验装置及双向冻结试验参数调试方法，属于冻结模拟试验测试技术领域。其中的试验装置包括试验箱、温度传感模块、风冷降温模块、制冷模块、水分传感模块、喷淋管件、供水模块和控制模块，能使降温方式更加符合自然环境的降温，同时可使降温和补水过程更加均匀，进而提升试验的准确性和可靠性。其中的试验方法能使试验装置的温度参数和补水量参数均能得到有效、可靠的调整，进而保证环境温度的均匀性、补水的可靠性，提升试验准确性。

Description

双向冻结试验装置及双向冻结试验参数调试方法

技术领域

本发明属于冻结模拟试验测试技术领域，具体涉及一种双向冻结试验装置及双向冻结试验参数调试方法。

背景技术

随着铁路建设的发展，寒区路基冻胀与融沉以及长期稳定性的问题引起的关注越来越多。影响多年冻土区路面变形的因素有多种，主要包括：路基自身变形、路基下部冻融循环层变形以及多年冻土层变形。其中，路基下部冻融循环层变形收到季节影响，是产生寒区路基病害的重要影响因素。

路基下部季节冻融循环层位于大气与多年冻土层之间，随季节气候的变化，其冻融作用为带有温度梯度的双向冻结-单向融化过程，因此，研究双向冻结-单向融化冻融循环作用对土体物理学性质的影响具有非常重要的意义。

现有的双向冻结研究设备的降温及补水结构设置不合理，对自然环境的模拟程度较差，影响试验结果的准确性。

发明内容

本发明实施例提供一种双向冻结试验装置及双向冻结试验参数调试方法，旨在解决现有试验设备对自然环境的模拟程度较差，影响试验结果的准确性的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，提供一种双向冻结试验装置，包括：

试验箱，内腔用于容置岩土试样，所述试验箱的顶壁和一侧壁分别形成冷却壁；

温度传感模块，置于所述试验箱内；

多个风冷降温模块，分别设于顶部的所述冷却壁和侧部的所述冷却壁，并能将所述冷却壁的冷量向所述岩土试样吹送，每个所述冷却壁上分别设有多条导轨，其中，顶部所述冷却壁上的所述导轨均沿第一水平方向延伸，侧部所述冷却壁上的所述导轨沿竖直方向延伸；所述导轨上可移动的设有多个所述风冷降温模块，所述风冷降温模块与对应的所述冷却壁之间设有第一驱动组件；

制冷模块，通过制冷管道连通分别连接于顶部的所述冷却壁和侧部的所述冷却壁；

水分传感模块，置于所述岩土试样之内；

喷淋管件，沿自身长轴方向形成有多个喷淋口，所述喷淋管件为平直管件，且沿自身长轴方向可摆动的设于所述试验箱内；

供水模块，与所述喷淋管件连接；以及

控制模块，分别与所述温度传感模块、所述风冷降温模块、所述制冷模块、所述水分传感模块、所述喷淋管件、所述供水模块和所述第一驱动组件通讯连接。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述冷却壁背离所述试验箱内腔的一侧覆盖有保温层。

一些实施例中，所述冷却壁朝向所述试验箱内腔的一侧形成有多个相互平行且朝向所述试验箱内腔开口的凹槽，所述凹槽平行于对应的所述导轨，所述凹槽内设有传热翅片，所述风冷降温模块正对所述凹槽设置。

一些实施例中，所述传热翅片包括翅片主体及多个分叉部，所述翅片主体与所述凹槽的内壁连接，多个所述分叉部设于所述翅片主体的自由端。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述喷淋管件包括：

固定座，固定于所述试验箱；

喷淋管，沿自身长轴方向可摆动的设于所述固定座，并形成有多个所述喷淋口；

多个控制阀，与所述喷淋口一一对应，且均与所述控制模块通讯连接；

第二驱动组件，设于所述喷淋管与所述固定座之间，以带动所述喷淋管转动；以及

加热件，设于所述喷淋管，所述加热件与所述控制模块通讯连接。

一些实施例中，所述固定座上设有多个卡扣，所述卡扣形成向一侧开口的卡接空间，所述卡接空间容置所述喷淋管，且所述喷淋管能在所述卡接空间内转动。

一些实施例中，所述加热件包括多个沿所述喷淋管的轴向间隔设置的加热环，所述加热环贴合套设于所述喷淋管，多个所述加热环并联于电源。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述风冷降温模块与所述冷量传导件之间还设有多个伸缩件，每个所述伸缩件的一端与所述冷量传导件之间球铰连接，另一端与所述风冷降温模块球铰连接。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述水分传感模块包括多个设于所述岩土试样内的水分传感器。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，有如下有益效果：

1）通过试验箱顶部的冷却壁和侧部冷却壁与制冷模块进行热交换，使冷却壁自身的温度降低，随后通过风冷降温模块带动冷却壁周边的空气流动，流动的同时空气与冷却壁产生热交换，冷却壁的冷量能随着气流扩散流向岩土试样，通过对岩土试样周边的空气进行降温，周边环境的冷量再对岩土试样进行降温，这种降温冻结方式更加符合自然环境中岩土的冻融环境。

2）分别在岩土试样的顶部及侧面设置冷却壁和风冷降温模块，有利于实现岩土试样周边环境整体的降温，提升岩土试样周围环境的均温性。

3）喷淋管件能够通过自身的转动使喷淋口发生摆动，进而使喷淋角度发生改变，试验过程可根据实际岩土试样的不同形态调整喷淋角度，使喷淋补水更加均匀，避免岩土试样内水分场变化剧烈，产生试验误差。

综合来说，本申请使降温方式更加符合自然环境的降温，同时可使降温和补水过程更加均匀，进而提升试验的准确性和可靠性。

第二方面，本发明实施例还提供了一种双向冻结试验参数调试方法，基于上述的双向冻结试验装置实现，包括如下步骤：

获取所述岩土试样周围的环境温度；

根据所述环境温度控制所述风冷降温模块的风量；

获取所述岩土试样的水分数值；

根据所述水分数值控制所述喷淋口的喷水量。

本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，试验装置的温度参数和补水量参数均能得到有效、可靠的调整，进而保证环境温度的均匀性、补水的可靠性，提升试验准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的双向冻结试验装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例二采用的位于顶部的冷却壁的仰视图；

图3为图2的A-A剖视图；

图4为图3的B部放大图；

图5为图2中喷淋管件的主视图；

图6为图5的C-C剖视图；

图7为本发明实施例三采用的第二温度传感器、水分传感器和岩土试样的装配示意图；

图8为本发明实施例四采用的风冷降温模块和伸缩件的装配主视图。

附图标记说明：

1、试验箱；110、冷却壁；111、导轨；112、凹槽；113、传热翅片；1131、翅片主体；1132、分叉部；120、保温层；130、箱主体；

2、温度传感模块；210、第一温度传感器；220、第二温度传感器；

3、风冷降温模块；310、导靴；

4、制冷模块；

5、水分传感模块；510、水分传感器；

6、喷淋管件；610、固定座；620、喷淋管；621、密封水套；630、控制阀；640、第二驱动组件；641、第二驱动电机；642、第一齿轮；643、第二齿轮；644、联动杆；645、第三齿轮；650、卡扣；651、基体；652、弧形臂；

7、供水模块；

8、岩土试样；

9、第一驱动组件；910、第一驱动电机；920、主动锥齿轮；930、从动锥齿轮；940、连接架；950、驱动齿轮；

10、伸缩件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”、“高”、“低”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

请一并参阅图1，现对本发明提供的双向冻结试验装置进行说明。所述双向冻结试验装置，包括试验箱1、温度传感模块2、风冷降温模块3、制冷模块4、水分传感模块5、喷淋管件6、供水模块7和控制模块；试验箱1的内腔用于容置岩土试样8，试验箱1的顶壁和一侧壁分别形成冷却壁110；温度传感模块2置于试验箱1内；多个风冷降温模块3分别设于顶部的冷却壁110和侧部的冷却壁110，并能将冷却壁110的冷量向岩土试样8吹送；制冷模块4通过制冷管道连通分别连接于顶部的冷却壁110和侧部的冷却壁110；水分传感模块5置于岩土试样8之内；喷淋管件6位于风冷降温模块3的下方，其沿自身长轴方向形成有多个喷淋口，喷淋管件6为平直管件，且沿自身长轴方向可摆动的设于试验箱1内；供水模块7与喷淋管件6连接；控制模块分别与温度传感模块2、风冷降温模块3、制冷模块4、水分传感模块5、喷淋管件6和供水模块7通讯连接。

每个冷却壁110上分别设有多条导轨111，其中，顶部的冷却壁110上的导轨111均沿第一水平方向延伸，侧部的冷却壁110上的导轨111沿竖直方向延伸；导轨111上可移动的设有多个风冷降温模块3，风冷降温模块3与对应的冷却壁之间设有第一驱动组件9，第一驱动组件9与控制模块连接。风冷降温模块3的所在区域由于空气流通性强，是换热的主要区域，本实施例通过移动风冷降温模块3，使得空气流通区域的位置能够进行调节。基于此，若某一区域的风冷降温模块3出现故障，导致送风量不足，控制模块产生补救信号，其他的风冷降温模块3根据补救信号适当靠近该故障区域，能暂时替代故障风冷降温模块3的工作，尽量保证温度变化的均匀性，避免延长试验周期或导致试验失败。

本实施例中，冷却壁110内分别形成冷却通道，冷却通道则通过制冷管道与制冷模块4连通。由于冷却通道的外周面由冷却壁110的主体形成，强度较高，能更好的适应低温冷却介质的流通。同时，制冷模块4使得冷却壁110整体降温，冷却壁110涵盖了试验箱1的顶面和一侧面，能够有效增加与试验箱1内部空气的热交换面积，提升降温效果。

本实施例中，试验箱1底部具有保水功能。具体的，试验箱1底部可设置排水口，排水口处设置开关阀，试验过程中开关阀关闭，试验完毕开关阀开启排水。

本实施例中，风冷降温模块3为风扇。

本实施例中，岩土试样8可以是边坡状是试样（如图1及图7所示），也可以是其他形状的试样，在此不做唯一限定。

本实施例中，控制模块可以集成于试验箱1、制冷模块4中，也可以独立存在，控制模块可与终端（例如电脑）进行信息交互，以便试验人员查看试验数据。试验过程大致如下：

S1、在试验箱1内放置好岩土试样8，将试验箱1封闭；

S2、控制模块按照预设程序控制制冷模块4向冷却壁110提供冷却介质，供水模块7开启，喷淋管件6适时开启喷水，同时，实时获取温度传感模块2感测的试验箱1内腔的空气温度（即岩土试样8周围的环境温度），以及水分传感模块5所感测到的岩土试样8内的水分参数；

S3、若试验箱1内的温度高于预设温度，则控制模块控制风冷降温模块3加大送风量，或控制制冷模块4降低冷却介质温度；若试验箱1内的温度低于预设温度，则控制模块控制风冷降温模块3减小送风量，或控制制冷模块4升高冷却介质温度；

S4、若岩土试样8内的水分参数低于预设值，则控制模块控制喷淋管件6加大喷水量；若岩土试样8内的水分参数高于预设值，则控制模块控制喷淋管件6减小喷水量，或停止喷水。

本实施例提供的双向冻结试验装置，与现有技术相比，有如下有益效果：

1）通过试验箱1顶部的冷却壁110和侧部冷却壁120与制冷模块4进行热交换，使冷却壁110自身的温度降低，随后通过风冷降温模块3带动冷却壁周边的空气流动，流动的同时空气与冷却壁110产生热交换，冷却壁110的冷量能随着气流扩散流向岩土试样8，通过对岩土试样8周边的空气进行降温，周边环境的冷量再对岩土试样8进行降温，这种降温冻结方式更加符合自然环境中岩土的冻融环境。

2）分别在岩土试样8的顶部及侧面设置冷却壁110和风冷降温模块3，有利于实现岩土试样8周边环境整体的降温，提升岩土试样8周围环境的均温性。

3）喷淋管件6能够通过自身的转动使喷淋口发生摆动，进而使喷淋角度发生改变，试验过程可根据实际岩土试样8的不同形态调整喷淋角度，使喷淋补水更加均匀，避免岩土试样8内水分场变化剧烈，产生试验误差。

综合来说，本实施例使降温方式更加符合自然环境的降温，同时可使降温和补水过程更加均匀，进而提升试验的准确性和可靠性。

在一些实施例中，上述试验箱1可以采用如图1所示结构。参见图1，试验箱1包括箱主体130，箱主体130的顶面及一侧开口，顶部的冷却壁110和侧部的冷却壁110一体设置，形成L型的构件，整体盖设于箱主体130的开口处。其中，顶部的冷却壁110和侧部的冷却壁110均为铝合金构件，以便于快速降低自身的温度。

一些实施例采用如图1至图3所示结构，冷却壁110背离试验箱内腔的一侧覆盖有保温层120，可在试验箱1的顶部和侧部实现多向保温，保证制冷效果。

在一些实施例中，冷却壁110朝向试验箱1内腔的一侧面为平面，平面的冷却壁110上设有多条导轨111，导轨111上可移动的设有多个风冷降温模块3，风冷降温模块3与对应的冷却壁之间设有第一驱动组件9，第一驱动组件9与控制模块连接。

在一些变形实施例中，冷却壁110朝向试验箱1内腔的一侧形成有多个相互平行且朝向试验箱1内腔开口的凹槽112，凹槽112平行于对应的导轨111，凹槽112内设有传热翅片113，风冷降温模块3正对凹槽112设置，如图2及图3所示。传热翅片113增加了冷却壁110的热交换面积，有利于提升换热效率；同时，凹槽112对传热翅片113起到容置作用，避免传热翅片113凸出影响到风冷降温模块3的设置；另外，本实施例在凹槽112的两侧分别设置导轨111，风冷降温模块3导向受力更加均匀，避免风冷降温模块3偏斜导致无法移动的问题。

在上述实施例的基础上，参见图3，传热翅片113包括翅片主体1131及多个分叉部1132，翅片主体1131与凹槽112的内壁连接，多个分叉部1132设于翅片主体1131的自由端。本实施例将传热翅片113进行分叉设计，可以有效增加单个传热翅片113的换热面积，在传热翅片113分布密度合理的情况下，能有效提升冷却壁110整体的换热面积，在风冷降温模块3所对应的区域，换热效率大大增加。具体实施时，传热翅片113整体沿导轨111的长轴连续分布，在风冷降温模块3的移动路径上，冷却壁110能始终保持较大的换热面积。

在上述实施例的基础上，顶部的冷却壁110上的导轨111与侧部的冷却壁110上的导轨111一一对应，且对应的两个导轨111相互衔接，两个导轨111的衔接区域形成弧形衔接区域。通过这种设计方式，可以使风冷降温模块3可以通过相互衔接的导轨111在顶部的冷却壁110和侧部的冷却壁110上进行移动切换。采用本实施例的方案，不仅可以实现顶部和侧部的同时送风，还可在单个风冷降温模块3的功率不变的情况下，灵活调整顶部和侧部的送风量，还可以使风冷降温模块3停留在弧形的衔接区域进行斜向送风，提升使用的灵活性。

在一些实施例中，上述喷淋管件6可以采用如图1、图5及图6所示结构。参见图1、图5及图6，喷淋管件6包括固定座610、喷淋管620、控制阀630、第二驱动组件640和加热件；固定座610固定于试验箱1；喷淋管620沿自身长轴方向可摆动的设于固定座610，并形成有多个喷淋口；多个控制阀630与喷淋口一一对应，且均与控制模块通讯连接；第二驱动组件640设于喷淋管620与固定座610之间，以带动喷淋管620转动；加热件设于喷淋管620，加热件与控制模块通讯连接。加热件用于加热喷淋管620，避免喷淋管620中的水冻结，保持管道中水的流动性。本实施例中，多个控制阀630之间相互独立，可以根据实际的补水需求控制单个喷淋口的流量，其具体使用过程举例如下：

若水分传感模块5感测到岩土试样8中的水分场出现剧烈变化，说明岩土试样8中水分分布不均匀；此时，控制模块根据水分传感模块5感测的数据控制各个控制阀630，将水分较少的区域所临近的喷淋口处的喷淋量增大，将水分较多的区域所临近的喷淋口处的喷淋量减小。

一些实施例中，上述第二驱动组件640可以采用如图1、图5及图6所示结构。参见图1、图5及图6，第二驱动组件640包括第二驱动电机641、第一齿轮642、第二齿轮643、联动杆644和第三齿轮645；第二驱动电机641设于固定座610，其输出轴上固定有第一齿轮642；联动杆644转动连接于固定座610，第二齿轮643设有多个，且均同轴设于联动杆644，其中一个第二齿轮643与第一齿轮642啮合；第三齿轮645设有多个，多个第三齿轮645分别套设于喷淋管620，第三齿轮645分别与第二齿轮643啮合。在驱动喷淋管620转动的过程中，第二驱动电机641输出的扭矩经第一齿轮642传递给其中一个第二齿轮643，该第二齿轮643带动联动杆644转动，进而使其余的第二齿轮643同步转动，第二齿轮643的扭矩又通过第三齿轮645传递给喷淋管620，进而实现喷淋管620整体的转动。本实施例通过一个驱动结构同时驱动多个第二齿轮643同步转动，在此基础上，通过合理设置多个第三齿轮645的分布位置（例如图5中示出的在喷淋管620的两端和中部各设置一个第三齿轮645的分布方式），能保证喷淋管620转动的平稳性、同步性，进而保证所有喷淋口的喷淋角度调节均保持一致。

具体实施时，喷淋管件6于试验箱1内的设置数量并不限于一个，也可以是两个及两个以上，若喷淋管件6设有多个，则各个喷淋管件6均相互平行，多个喷淋管件6的分布路径平行于位于顶部的冷却壁110上的导轨111。

一些实施例参阅图1，为了保持喷淋管620结构的稳定性，避免其在转动过程中变形，喷淋管620为硬质管件（例如硬质PVC管）；喷淋管620与外部供水管（可以是软管，也可以是硬管）之间通过密封水套621连接，在喷淋管620转动的时候，外部供水管不转动。

在一些实施例中，固定座610上设有多个卡扣650，卡扣650形成向一侧开口的卡接空间，卡接空间容置喷淋管620，且喷淋管620能在卡接空间内转动，如图5及图6所示。具体实施时，卡扣650包括连接基体651和两个相对设置的弧形臂652，基体651固定于固定座610，两个弧形臂652之间围合形成具有一侧开口的卡接空间。弧形臂652自身具有一定的弹性，可以使喷淋管620直接通过开口卡入卡接空间或拔出卡接空间，卡接操作更加方便，而且卡接较为牢固。

在一些实施例中，为了实现对喷淋管620的均匀加热，避免受热不均匀造成管道局部冻结堵塞的问题，加热件包括多个沿喷淋管的轴向间隔设置的加热环，加热环贴合套设于喷淋管620，多个加热环并联于电源。控制模块分别与各个加热环通讯连接，能通过控制加热环的功率来控制加热温度，对于温度较低的区域，可将加热功率适当增大，对于温度较高的区域，可将加热功率适当减小。具体举例来说，喷淋管620靠近进水端的管道温度相对较高，受到试验箱1内低温的影响，越伸入试验箱1内部，管道温度越低，故而，可通过控制模块使靠近喷淋管620进水端的加热环功率较低，越是远离进水端，加热环的加热功率越高。需要注意的是，加热温度能满足使管道中的水不冻结即可，避免温度过高影响对周围环境的降温效果。

在一些实施例中，风冷降温模块3与冷却壁110之间还设有多个伸缩件10，每个伸缩件10的一端与冷却壁110之间球铰连接，另一端与风冷降温模块3球铰连接，如图8所示。风冷降温模块3的边角处分别设有伸缩件10，图中示出的风冷降温模块3的轮廓为方形，其在四个边角处分别设置一个伸缩件10。通过控制模块调节不同伸缩件10的伸缩量，可以在一定程度上调整风冷降温模块3的送风方向，例如，某一区域需要增加风量，则可调整了临近区域的风冷降温模块3，使其送风方向略微偏向该区域，提升该区域的降温速度，增强均温效果。需要理解的是，同一个风冷降温模块3上，伸缩件10的设置数量与风冷降温模块3的轮廓造型相关，例如，外轮廓为圆形的风冷降温模块3，设置三个连接点呈三角形分布的伸缩件10即可，伸缩件10的设置数量能满足对风冷降温模块3送风方向的灵活调节即可，在此不做唯一限定。

具体实施时，伸缩件10的实施方式包括但不限于电推杆、伸缩气缸等。

在一些实施例中，上述水分传感模块5可以采用如图1及图7所示结构。参见图1及图7，水分传感模块5包括多个设于岩土试样8内的水分传感器510。更具体的，水分传感器510于岩土试样8中形成有上下排布的多行，相邻行之间的水分传感器510上下交错设置，这种设置方式，能使各个水分传感器510的感测范围相互错开，在传感器数量最少的情况下，保证水分传感模块5能从最大的岩土试样8范围内获取数据。

在一些实施例中，上述温度传感模块2可以采用如图1所示结构。参见图1，温度传感模块2包括设于试验箱1内腔下部的第一温度传感器210。

在一上述实施例的基础上，参见图7，温度传感模块2还包括多个第二温度传感器220，岩土试样8的顶面和侧面分别设有第二温度传感器220，以分别获取岩土试样8的顶面温度和侧面温度。

若顶面温度和侧面温度均在试验允许的温度数值范围之内，则控制模块判断顶面和侧面受冷均匀；若顶面温度低于试验允许的温度数值范围，则控制模块判断岩土试样8顶面过冷，控制风冷降温模块3减小送风量；若顶面温度高于试验允许的温度数值范围，则控制模块判断岩土试样8顶面过热，控制风冷降温模块3增大送风量；对于侧面温度的判断与顶面温度的原理相似，在此不再赘述。其中，试验允许的温度数值范围为当前试验阶段内的试验标准温度5℃。

更进一步的，岩土试样8的顶面设有多个第二温度传感器220，多个第二温度传感器220能分别获取岩土试样8顶面不同区域的顶面温度。

在所有顶面温度均处于试验允许的温度数值范围之内的前提下，若位于岩土试样8顶面的任意两个第二温度传感器220所测量的顶面温度之差大于顶部预设差值，则控制模块判断岩土试样8顶面受冷不均匀，需要进行微调，调整方式为：控制模块将与感测到顶面温度较高的第二温度传感器220所对应的风冷降温模块3的风量适当增大，并将与感测到顶面温度较低的第二温度传感器220所对应的风冷降温模块3的风量适当减小，以使岩土试样8顶面受冷更加均匀。

与上述顶面设置的多个第二温度传感器220类似的，岩土试样8的侧面设有多个第二温度传感器220，多个第二温度传感器220能分别获取岩土试样8侧面不同区域的顶面温度。其感测调控原理与上述岩土试样8顶面温度的感测调控原理类似，在此不再赘述。

一些实施例可以采用如图2及图3所示结构。参见图2及图3，凹槽112的两侧分别设有导轨111，风冷降温模块3的两侧分别设有与导轨111适配的导靴310，第一驱动组件包括第一驱动电机910、主动锥齿轮920、从动锥齿轮930、连接架940和驱动齿轮950；风冷降温模块3的两侧分别设有第一驱动电机910，第一驱动电机910与控制模块通讯连接；凹槽112的两侧开口端面分别形成有齿条，主动锥齿轮920与第一驱动电机910的输出轴连接，连接架940连接于第一驱动电机910，从动锥齿轮930转动连接于连接架940，并与主动锥齿轮920垂直啮合，驱动齿轮950同轴固定于从动锥齿轮930，并与齿条啮合。其中，第一驱动电机910输出的扭矩依次通过主动锥齿轮920和从动锥齿轮930传递至驱动齿轮950，驱动齿轮950与齿条啮合，进而推动风冷降温模块3移动。

以岩土试样8的顶面设有多个第二温度传感器220的场景进行举例说明，在岩土试样8顶面受冷不均匀，需要进行微调时，控制模块控制第一驱动电机910带动风冷降温模块3向需要增加风量的区域移动，直至任意两个第二温度传感器220所测量的顶面温度之差小于顶部预设差值，此时判断岩土试样8顶面受冷均匀，调整结束，控制模块控制第一驱动电机910带动风冷降温模块3复位。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种双向冻结试验参数调试方法，基于上述的双向冻结试验装置实现，包括如下步骤：

获取岩土试样周围的环境温度；

根据环境温度控制所述风冷降温模块的风量；

获取岩土试样的水分数值；

根据水分数值控制所述喷淋口的喷水量。

本实施例提供的双向冻结试验参数调试方法，与现有技术相比，试验装置的温度参数和补水量参数均能得到有效、可靠的调整，进而保证环境温度的均匀性、补水的可靠性，提升试验准确性。

在一些实施例中，获取岩土试样周围的环境温度，根据环境温度控制风冷降温模块的风量，具体包括：

若环境温度低于目标环境温度，则控制风冷降温模块减小送风量；

若环境温度高于目标环境温度，则控制风冷降温模块增大送风量。

在一些实施例中，获取岩土试样的水分数值，根据水分数值控制喷淋口的喷水量，具体包括：

若水分数值低于预设数值，则控制喷淋口增大喷水量；

若水分数值高于预设数值，则控制喷淋口减小喷水量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双向冻结试验装置，其特征在于，包括：

试验箱，内腔用于容置岩土试样，所述试验箱的顶壁和一侧壁分别形成冷却壁；

温度传感模块，置于所述试验箱内；

所述温度传感模块包括设于所述试验箱内腔下部的第一温度传感器，还包括多个第二温度传感器，所述岩土试样的顶面和侧面分别设有所述第二温度传感器；其中，所述岩土试样的顶面设有多个所述第二温度传感器，多个所述第二温度传感器能分别获取所述岩土试样顶面不同区域的顶面温度；

多个风冷降温模块，分别设于顶部的所述冷却壁和侧部的所述冷却壁，并能将所述冷却壁的冷量向所述岩土试样吹送，每个所述冷却壁上分别设有多条导轨，其中，顶部所述冷却壁上的所述导轨均沿第一水平方向延伸，侧部所述冷却壁上的所述导轨沿竖直方向延伸；所述导轨上可移动的设有多个所述风冷降温模块，所述风冷降温模块与对应的所述冷却壁之间设有第一驱动组件；

顶部的所述冷却壁上的所述导轨与侧部的所述冷却壁上的所述导轨一一对应，且对应的两个所述导轨相互衔接，两个所述导轨的衔接区域形成弧形衔接区域；

制冷模块，通过制冷管道连通分别连接于顶部的所述冷却壁和侧部的所述冷却壁；

水分传感模块，置于所述岩土试样之内；

喷淋管件，沿自身长轴方向形成有多个喷淋口，所述喷淋管件为平直管件，且沿自身长轴方向可摆动的设于所述试验箱内；

供水模块，与所述喷淋管件连接；以及

控制模块，分别与所述温度传感模块、所述风冷降温模块、所述制冷模块、所述水分传感模块、所述喷淋管件、所述供水模块和所述第一驱动组件通讯连接。

2.如权利要求1所述的双向冻结试验装置，其特征在于，所述冷却壁背离所述试验箱内腔的一侧覆盖有保温层。

3.如权利要求1所述的双向冻结试验装置，其特征在于，所述冷却壁朝向所述试验箱内腔的一侧形成有多个相互平行且朝向所述试验箱内腔开口的凹槽，所述凹槽平行于对应的所述导轨，所述凹槽内设有传热翅片，所述风冷降温模块正对所述凹槽设置。

4.如权利要求3所述的双向冻结试验装置，其特征在于，所述传热翅片包括翅片主体及多个分叉部，所述翅片主体与所述凹槽的内壁连接，多个所述分叉部设于所述翅片主体的自由端。

5.如权利要求1所述的双向冻结试验装置，其特征在于，所述喷淋管件包括：

固定座，固定于所述试验箱；

喷淋管，沿自身长轴方向可摆动的设于所述固定座，并形成有多个所述喷淋口；

多个控制阀，与所述喷淋口一一对应，且均与所述控制模块通讯连接；

第二驱动组件，设于所述喷淋管与所述固定座之间，以带动所述喷淋管转动；以及

加热件，设于所述喷淋管，所述加热件与所述控制模块通讯连接。

6.如权利要求5所述的双向冻结试验装置，其特征在于，所述固定座上设有多个卡扣，所述卡扣形成向一侧开口的卡接空间，所述卡接空间容置所述喷淋管，且所述喷淋管能在所述卡接空间内转动。

7.如权利要求5所述的双向冻结试验装置，其特征在于，所述加热件包括多个沿所述喷淋管的轴向间隔设置的加热环，所述加热环贴合套设于所述喷淋管，多个所述加热环并联于电源。

8.如权利要求1所述的双向冻结试验装置，其特征在于，所述风冷降温模块与所述冷却壁之间还设有多个伸缩件，每个所述伸缩件的一端与所述冷却壁之间球铰连接，另一端与所述风冷降温模块球铰连接。

9.如权利要求1所述的双向冻结试验装置，其特征在于，所述水分传感模块包括多个设于所述岩土试样内的水分传感器。

10.一种双向冻结试验参数调试方法，基于如权利要求1-9中任意一项所述的双向冻结试验装置实现，其特征在于，包括如下步骤：

获取所述岩土试样周围的环境温度；

根据所述环境温度控制所述风冷降温模块的风量；

获取所述岩土试样的水分数值；

根据所述水分数值控制所述喷淋口的喷水量。