粗顆粒鹽漬土鹽脹和溶陷多功能試驗裝置的制作方法

本發明屬于道路鋪筑試驗設備技術領域，具體涉及一種粗顆粒鹽漬土鹽脹和溶陷多功能試驗裝置。

背景技術：

鹽漬土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱。全世界鹽漬土面積約為897.0萬平方公里，約占世界陸地總面積的6.5％，占干旱區總面積的39％。中國鹽漬土面積約有20多萬平方公里，約占國土總面積的2.1％。鹽漬土主要分布在我國內陸干旱、半干旱地區，濱海地區也有分布。隨著我國“一帶一路”的不斷推進和高鐵技術的走出國門，不可避免的需要在鹽漬土地區鋪筑公路路基和鐵路路基。在鹽漬土地區鋪筑公路路基和鐵路路基時，為了避免因長距離運土而提高工程造價，鋪筑路基時需要把當地大量的鹽漬土作為路基填料來使用。作為路基填料的鹽漬土內部不免含有大量的易溶鹽，比如硫酸鈉、硫酸鎂、碳酸鈉和氯化鈉等。其中，硫酸鈉在水中的溶解度隨溫度變化很大。在北方的寒冷季節，自然環境溫度變低，路基的溫度也會隨之變低；待到來年春天時，自然環境溫度升高，路基的溫度也會隨之升高。在某些日溫差很大的地方，也會產生類似的情況。由于鹽漬土內部所含有的硫酸鈉的溶解度隨溫度變化比較大：溶液溫度為30℃時，硫酸鈉在水中的溶解度約為40.8g；溶液溫度為0℃時，硫酸鈉在水中的溶解度僅約為4.9g。所以，在路基溫度降低時，鹽漬土含有的硫酸鈉會因為溶解度降低而結合水分子析出，生成芒硝。當土體內部形成大量的芒硝時，便會造成路基填土體積膨脹即鹽脹現象。當溫度升高時，芒硝又會因為自身自由能變大而融解，化作硫酸鈉重新溶解于水中。這種凍融作用會破壞土顆粒原有的接觸粘結方式，使路基填土內部形成大量的孔隙而變得疏松。在上覆荷載作用下，路基便會發生不均勻變形，使路面產生凹凸變形甚至呈波浪狀、局部鼓包、路面裂縫等現象，嚴重影響到交通運輸安全。同時，隨著大量地表水入滲，土中的鹽分和一些很小的土顆粒會隨著入滲的水進入地下水。這樣會使原本密實的路基中產生許多的孔隙，降低其強度，出現許多的溶陷孔洞，發生溶陷現象，還會出現翻漿等病害，嚴重影響到交通運輸安全。但是，在某些特定的情況下，鹽漬土路基的鹽脹率和溶陷率很小，并不會出現以上所述的道路病害，不會對交通運輸安全造成任何的影響。比如，當路基填料鹽漬土的易溶鹽含量比較小或者所含易溶鹽種類對道路災害無貢獻作用的時候；在路基內部設置有效隔斷層的時候；鹽漬土通過化學試劑改良后再作為路基填料；在路基的含水率不大且無明顯變化的時候；在路基內部設置一定厚度保溫層的時候等特定情況。所以，在鹽漬土路基鋪筑之前需要對鹽漬土填料進行易溶鹽含量測試，并測試其在某個特定工況下的鹽脹率、溶陷率以及毛細水上升高度等參數。根據目前的鹽漬土鹽脹和溶陷機制，發現鹽脹和溶陷的核心是水分和鹽分在鹽漬土路基內部的不斷遷移，即鹽分和水分不斷地從非鹽脹區域往鹽脹區遷移，從而使路基鹽脹的體積遠遠超過理論計算值。同時鹽漬土的鹽脹具有累積性和不可逆性，即每次路基內部的芒硝融化時，都會殘留部分芒硝，日積月累，便會形成含鹽量極大的鹽分富集層。而當鹽分富集層遭遇大量入滲的地下水時，便會發生劇烈的體積膨脹，會造成路基膨脹路面開裂。因此，我們需要通過利用復雜的試驗裝置研究鹽分富集層形成的時間點即在幾個凍融循環周期之后形成，以及鹽分富集層對路基的影響，同時還需要測試開放系統下不同工況下鹽漬土路基鹽脹率和溶陷率。比如，為了隔斷水鹽在路基內部的遷移，工程上往往設置隔斷層。但是目前工程上設置隔斷層還靠的是一些經驗，并沒有形成系統的理論，也沒有相應的試驗設備來驗證隔斷層設置的合理性。因此，無論是工程上還是室內試驗都需要一個能夠驗證隔斷層設置的合理性的試驗設備。同時，工程上有時也會通過在鹽漬土路基上部設置一定厚度的保溫材料，使保溫層下面的鹽漬土路基的溫度基本穩定，所含鹽的溶解度基本不變，從而不會發生鹽脹。與隔斷層設置情況類似，工程上需要一個大型的試驗設備提供可靠的試驗數據來驗證保溫層設置的合理性。而以往的鹽漬土試驗設備尺寸小，大都針對的是細顆粒鹽漬土。即便針對的是粗顆粒鹽漬土，以往的鹽漬土試驗設備也是一個封閉系統，忽略了毛細水和降雨對鹽漬土路基鹽脹和溶陷的貢獻作用，忽略了水鹽遷移機制對鹽漬土鹽脹和溶陷的影響，不適合測試自然環境條件下的粗顆粒鹽漬土鹽脹率和溶陷率，與實際情況差別較大，并且以往的試驗儀器沒有辦法直接測試凍融循環后的溶陷變形以及毛細水對溶陷的影響。以往的鹽漬土試驗設備主要是小尺寸、在高低溫試驗箱中進行。試驗主體裝置采用固結儀，固結儀內裝有經過擊實的鹽漬土土樣，凍融循環通過高低溫試驗箱來控制。這種設備存在較多缺點：鹽漬土土樣較小；不能監測凍融循環過程中不同深度土樣溫度變化、含水率的變化；不能實現一維傳溫；不能測定凍融循環后土體強度變化規律；試驗設備是一個封閉系統，忽略了地下水的毛細補給作用；無法進行凍融循環后的溶陷試驗等。所以，利用以往的試驗設備得到的試驗結果對工程建設的參考價值有限。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的問題，本發明提出一種適應范圍廣、自動化程度高、測試數據準確的開放系統下的粗顆粒鹽漬土鹽脹和溶陷多功能試驗裝置。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案為：包括工作臺，工作臺上設置有用于放置土樣的有機試筒，有機試筒外設有加固箍和保溫層，同時有機試筒頂部設置有鋼環配合若干個鋼桿來穩定自身，有機試筒底部設置透水石，有機試筒底部連接有補水裝置，有機試筒內的土樣內預埋有若干個TDR探頭，TDR探頭連接至數據采集與控制系統，有機試筒的頂部和底部連接有凍融循環裝置，所述工作臺上設置有固定架，固定架上設置有滑動機構，滑動機構上設置壓力頭，壓力頭位于有機試筒頂部的上端，所述滑動機構上還設置有用于壓實土樣的擊實裝置；

所述滑動機構包括設置在固定架上的滾珠絲杠，滾珠絲杠上設置有活動橫梁，所述壓力頭設置在活動橫梁底部，所述滾珠絲杠連接有電機驅動組件，電機驅動組件的控制端連接至數據采集與控制系統；所述擊實裝置包括設置在活動橫梁底部的伸縮桿，伸縮桿連接有擊實梁，擊實梁上設置有能夠豎直運動的擊實錘。

所述電機驅動組件包括依次連接的伺服電機、傳動齒輪機構、軸承組和轉換齒輪機構，轉換齒輪機構連接滾珠絲杠，轉換齒輪機構上設置位移編碼器，位移編碼器連接至數據采集與控制系統，伺服電機上設置變速器，變速器和伺服電機的控制端通過伺服控制器連接至數據采集與控制系統。

所述滾珠絲杠上設置有用于對活動橫梁限位的限位環。

所述擊實錘通過導向桿和導向筒設置在擊實梁上，擊實梁上設置有豎直方向的履帶和轉動組件，所述履帶上設置有鋼齒，擊實錘側邊設置有凸角，所述履帶通過鋼齒和凸角的配合抬升擊實錘。

所述擊實梁上底部設置有整平桿，整平桿底部設置有用于平整土樣的整平片。

所述補水裝置包括設置在可調支架上的平衡杯，平衡杯上端連接有馬氏瓶，平衡杯下端連接有滲流瓶，平衡杯連接至有機試筒的透水石底部。

所述凍融循環裝置包括分別設置在有機試筒的頂部和底部的制冷頭，制冷頭上設有進液孔和出液孔，進液孔和出液孔連接至低溫恒溫槽，所述制冷頭包括相互密封扣合的上蓋和下蓋以及中間的一層橡膠墊，下蓋設有若干個用于制冷液體流通的凹槽。

所述有機試筒底部的制冷頭底部設置有調平螺母。

所述有機試筒的頂部設置有百分表。

所述壓力頭上設置有力-位移傳感器，力-位移傳感器連接至數據采集與控制系統。

與現有技術相比，本發明采用有機試筒作為試驗試筒，體積較大，能夠忽略粗顆粒土尺寸效應，與實際情況接近，同時實現一維傳溫；有機試筒內的土樣內部預埋若干個TDR探頭，通過探頭動態監測土樣內部溫度、含水率和含鹽量的變化；通過擊實裝置實現自動擊實土樣，節省了人力；利用補水裝置連接有機試筒底部提供毛細水。從而通過本發明可以測試土樣在凍融循環條件下的毛細水上升高度和速度，能夠測試開放系統凍融循環條件下的鹽漬土的鹽脹率和在土樣發生鹽脹之后的溶陷率，能夠測試在開放系統凍融循環條件下的鹽漬土路基內部隔斷層位置設置的合理性以及隔斷層下鹽分富集層形成的時間點和其對路基的影響，能夠測試在開放系統凍融循環條件下的鹽漬土路基內部保溫層位置設置的合理性，還有用作凍土土樣在凍融循環作用下的凍脹相關研究，測試開放系統凍融循環條件下的不同工況下鹽漬土改良后的毛細水上升高度、鹽脹率和溶陷率，能夠測試開放系統凍融循環條件下的降雨量和上覆荷載對鹽漬土鹽脹和溶陷的影響機制，能夠測試鹽漬土路基在不同工況下的水鹽遷移機制等。本發明將粗顆粒鹽漬土毛細水上升試驗、凍融循環試驗和溶陷試驗相互結合，能夠進行在開放系統凍融循環條件下的不同工況下的粗顆粒鹽漬土相關試驗，裝置體積較大，可以忽略粗粒土的尺寸效應，與實際工程情況接近，數據參考價值大，具有較大的實際應用意義，具有適應范圍廣、自動化程度高、測試數據準確等優點，能夠應用于由于季節或晝夜溫度變化導致鹽漬土地區路基土樣鹽脹和溶陷的相關測試，還能夠用于非鹽漬土地區由于溫度變化導致路基土樣強度變化和凍脹率的相關測定。

進一步，通過電機驅動組件驅動滾珠絲桿轉動，使活動橫梁能夠上下移動，帶動壓力頭和擊實裝置移動，并通過數據采集與控制系統控制變速器和伺服電機，實現了自動化，方便精細化準確操作。

進一步，擊實錘通過導向桿和導向筒進行控制方向，避免了擊實錘的動作偏差，利用履帶上的鋼齒卡在擊實錘的凸角底部，在履帶轉動時能夠使擊實錘抬升，鋼齒隨履帶轉動到頂部時鋼齒脫離擊實錘使擊實錘自由下落進行擊實，另外利用整平桿和整平片能夠對有機試筒內部的填土進行整平。

進一步，在毛細水上升試驗等試驗過程中，土樣處在蒸發吸水過程，則有機試筒中的地下水位下降，引起平衡杯水位下降，馬氏瓶就通過補水管補水，使平衡杯和試筒的水位恢復到平衡水位，從馬氏瓶上的刻度可以讀出試筒土樣吸收的變化水量。當土樣處于入滲補給過程，有機試筒內部的地下水位升高，引起平衡杯水位升高，通過平衡杯的溢水管，使平衡杯和試筒的水位恢復到平衡水位，從滲流瓶讀出試筒土樣的滲出量，這樣就能使有機試筒內部的地下水位保持在一定位置而得出地下水對路基的影響。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為擊實裝置的結構示意圖；

圖3a為頂部制冷頭下蓋的結構示意圖，圖3b為頂部制冷頭上蓋的結構示意圖；

圖3c為底部制冷頭下蓋的結構示意圖，圖3d為底部制冷頭上蓋的結構示意圖；

圖4為補水裝置的結構示意圖；

其中，1上部橫梁、2立柱、3滾珠絲杠、4電源控制器、5限位環、6透水石、7底部制冷頭、8位移編碼器、9工作臺、10軸承組、11伺服電機、12橡膠管、13玻璃管、14可調支架、15轉換齒輪機構、16底板、17齒輪傳動機構、18變速器、19廣口瓶、20平衡杯、21橡膠塞、22上低溫恒溫槽、23下低溫恒溫槽、24有機試筒、25活動橫梁、26力-位移傳感器、27壓力頭、28頂部制冷頭、29百分表、30電源轉換器、31 RS485USB轉換器、32 TDR探頭、33接線板、34伸縮桿、35導向桿、36導向筒、37擊實錘、38轉動組件、39履帶、40整平桿、41導線、42滲流瓶、43溢出管。

具體實施方式

下面結合具體的實施例和說明書附圖對本發明作進一步的解釋說明。

參見圖1，本發明包括工作臺9，工作臺9上設置有用于裝填土樣的有機試筒24，有機試筒24的頂部設置有頂部制冷頭28和百分表29，有機試筒24外設有保溫層和加固箍，同時有機試筒頂部設置有鋼環配合若干個鋼桿來穩定自身，有機試筒24底部連接有補水裝置，參見圖4，補水裝置包括設置在可調支架14上的平衡杯20，平衡杯20上端連接有馬氏瓶，馬氏瓶由一個廣口瓶19、3根玻璃管13和一個橡膠塞組成，平衡杯20下端通過溢出管43連接有滲流瓶42，平衡杯20下端設置橡膠塞21，滲流瓶由兩個玻璃管和一個玻璃瓶組成，平衡杯20連接至有機試筒24的透水石6底部。

有機試筒24底部設置透水石6，有機試筒24內預埋有若干個TDR探頭32，TDR探頭32通過導線41、接線板33、RS485USB轉換器31連接至數據采集與控制系統，RS485USB轉換器31連接至電源轉換器30和電源控制器4，數據采集與控制系統連接計算機、顯示器和打印機。

參見圖3a～3d，有機試筒24的頂部和底部連接有凍融循環裝置，凍融循環裝置包括設置在有機試筒24頂部的頂部制冷頭28和底部的底部制冷頭7，兩個制冷頭上設有進液孔和出液孔，兩個制冷頭的進液孔和出液孔分別連接至上低溫恒溫槽22和下低溫恒溫槽23。其中，頂部制冷頭28的進液孔和出液孔下緣與上蓋下緣相齊，底部制冷頭7的進液孔與下蓋上緣相齊，且出液孔與上蓋下緣相齊。制冷頭包括相互密封扣合的上蓋和下蓋，上蓋和下蓋間設有一層橡膠墊，下蓋設有若干個用于制冷液體流通的凹槽，底部制冷頭7底部設置有調平螺母。

參見圖1，工作臺9上設置有固定架，固定架包括上部橫梁1和立柱2，固定架上設置有滑動機構，滑動機構上設置壓力頭27，壓力頭27位于有機試筒24頂部的上端，滑動機構上還設置有用于壓實土樣的擊實裝置；滑動機構包括設置在固定架上的滾珠絲杠3，滾珠絲杠3上設置有活動橫梁25，滾珠絲杠3上設置有用于對活動橫梁25限位的限位環5，壓力頭27設置在活動橫梁25底部，壓力頭27上設置有力-位移傳感器26，力-位移傳感器26連接至數據采集與控制系統，滾珠絲杠3連接有電機驅動組件，電機驅動組件的控制端連接至數據采集與控制系統；擊實裝置包括設置在活動橫梁25底部的伸縮桿34，伸縮桿34連接有擊實梁，擊實梁上設置有能夠豎直運動的擊實錘37。電機驅動組件包括依次連接的伺服電機11、傳動齒輪機構17、軸承組10和轉換齒輪機構15，轉換齒輪機構15連接滾珠絲杠3，轉換齒輪機構15上設置位移編碼器8，位移編碼器8連接至數據采集與控制系統，伺服電機11上設置變速器18，變速器18和伺服電機11的控制端通過伺服控制器連接至數據采集與控制系統。

參見圖2，擊實錘37通過導向桿35和導向筒36設置在擊實梁上，擊實梁上設置有豎直向的履帶39和轉動組件38，履帶39上設置有鋼齒，擊實錘37側邊設置有凸角，所述履帶39通過鋼齒和凸角的配合抬升擊實錘37，所述擊實梁上底部設置有整平桿40，整平桿40底部設置有用于平整土樣的整平片。

本發明主要由補水裝置、凍融循環裝置、擊實裝置、加載裝置和測量裝置組成，在試驗時，先把有機試筒24用加固箍加固起來，再把土樣通過擊實裝置進行分層擊實裝進有機試筒24里，采用擊實裝置可以節省在擊實過程中的人力，同時消除人工在擊實過程中產生的誤差。其中，有機試筒24底部由底部制冷頭7封住，有機試筒24卡在底部制冷頭上蓋的上緣凹槽內，土樣上部放置頂部制冷頭28，然后有機試筒24周圍包裹一層保溫塑料。這樣，凍融循環裝置通過上低溫恒溫槽22和下低溫恒溫槽23不斷循環冷凍液來控制上下制冷頭的溫度并實現土樣的一維傳溫。補水裝置通過橡膠管連接到有機試筒24底部，控制有機試筒24里面的水位并提供毛細水補給。加載裝置中的活動橫梁25上的壓力頭27可以對頂部制冷頭28施加一定的荷載，從而可以借助測量裝置中的力-位移傳感器26、百分表、TDR探頭32等測量儀器測定不同工況下的水鹽遷移變化參數等數據。

加載裝置和測量裝置：

參見圖1，在有機試筒24的下面是底部制冷頭7，底部制冷頭7下端有的四個調平螺母支承在工作臺9上，工作臺9內部是驅動裝置，其中變速器18通過伺服控制系統與外面的數據采集與控制系統相連，變速器18右邊連接的是伺服電機11，通過變速器18控制伺服電機11的轉速，來調節壓力頭27加載時的速度。伺服電機11右邊連接的是齒輪傳動機構17，齒輪傳動機構17右面連接的是軸承組10。軸承組10通過轉換齒輪機構15來控制位移編碼器8，從而控制活動橫梁25的位置。活動橫梁25上中間部位安裝著壓力頭27和力-位移傳感器26。力-位移傳感器26又連接著數據采集與控制系統。這樣，通過力-位移傳感器26對數據采集與控制系統的信息反饋，從而可以更好的控制壓力頭27加載時的速度和力，獲得一個穩定的機械荷載。

在有機試筒24里面每一層土樣擊實完畢之后，預埋TDR探頭32，然后再裝土擊實。依次分層裝土擊實。其中，TDR探頭32埋設后，導線41通過有機試筒24上預設的孔連接到接線板33后，通過RS485USB轉換器31把信號傳輸給電腦。就這樣可以測試土樣在凍融循環作用下的溫度、含水率和含鹽量。在土樣頂部安置頂部制冷頭28，百分表29固定在有機試筒24頂部的鋼環上，可以測試土樣在凍融循環作用下的鹽脹量，然后通過改變上下制冷頭的溫度和壓力頭27所施加荷載的大小，等待一段時間，便可以獲取不同工工況下的各層土樣的溫度、含水率和鹽脹量等水鹽遷移參數。

擊實裝置：

參見圖2，活動橫梁25下面通過焊接的兩個螺母固定著兩個伸縮桿34。伸縮桿34底端通過焊接在擊實裝置上的兩個螺母來固定擊實裝置，兩個整平桿40分布在擊實梁的兩側，擊實錘37和驅動電機位于中部。擊實梁中部加工一些上下通透的孔道，用來引導擊實桿的移動。擊實桿在擊實梁的下面和上面都有一個限位鎖緊孔。擊實裝置通過伸縮桿34固定在活動橫梁25上。一方面可以通過調整活動橫梁25的高度來控制擊實位置，另一方面也可以通過調節伸縮桿34的長度來調節擊實位置。尤其是活動橫梁25受到限位環5的限制時，伸縮桿34的作用就顯得尤為顯著。伸縮桿34主要靠一個特殊的螺栓來調節長度，調節時，先調節螺母，把較粗的鋼管脫離螺母，然后調節較細鋼管的長度，待到合適位置再擰緊螺母，控制到一定的高度。有機試筒里面裝一定高度的土樣，啟動整平桿40，把有機試筒內部的土整平，然后把整平桿40固定到一定高度，不要妨礙擊實錘37進行擊實。然后再啟動擊實錘37右邊的轉動組件38，履帶39上的鋼齒可以帶動左邊的擊實錘37往上移動，等鋼齒到達頂部以后就會脫離擊實錘37，擊實錘37自由下落，對土進行擊實。根據錘重、土層厚度和落錘高度等參數計算出擊實次數，待一個位置擊實完畢后。擊實錘可以通過擊實梁上預留的活動槽進行移動換位置擊實。

凍融循環裝置：

參見圖3a～3d，有機試筒24內部填滿了土樣，機試筒24的頂部和底部都用制冷頭封住。制冷頭通過橡膠管與低溫恒溫槽連接，保持一定的溫度。制冷頭由上下鋼板和中間的一圈密封墊組成。制冷頭上下鋼板的平滑度要求0.9，中間放一個密封橡膠墊，保證密封性。制冷頭底部鋼板加工出多道凹槽，供循環液體在里面流通。頂部制冷頭28的進液孔和出液孔從頂部鋼板進入內部，端口緊貼著上制冷頭頂部鋼板下底面。底部制冷頭7的進液孔和出液孔從底部鋼板進入內部。其中，進液孔端口緊貼著底部制冷頭7底部鋼板的上頂面，出液孔端口緊貼著下部制冷頭頂部鋼板的下底面。頂部制冷頭28的外徑略小于有機試筒的內徑，有機試筒的外徑要略小于底部制冷頭7頂部鋼板凹槽的外徑。頂部鋼環的內徑等于有機試筒的內徑，且在其上面預設兩個孔用來安置百分表。底部制冷頭7底部布設8個帶螺母的短鋼桿，用來調平。有機試筒頂部還安置了一個鋼環，鋼環配置了4個鋼桿，用來拉緊鋼環來固定住有機試筒，鋼桿上部與鋼環用螺栓連接，有機試筒下部與底部制冷頭7通過螺紋連接。底部制冷頭7底板還安置了8個帶螺紋的短鋼桿，每個鋼桿底部配有2個螺母，用來調平，同時在有機試筒周圍布置保溫層，使其不與外界溫度直接交換。

補水裝置：

參見圖4，補水裝置主要由可調支架14、馬氏瓶、平衡杯20和滲流瓶42組成。可調支架14下面主要起到穩定作用。平衡杯20下面的鐵架兩端焊接有螺栓孔，通過螺栓與支撐的鋼桿進行固定，來調節平衡杯20的垂直高度。平衡杯20上部連接著馬氏瓶，馬氏瓶由一個廣口瓶19、3根玻璃管和一個橡膠塞組成。平衡杯20下面連接著滲流瓶42。滲流瓶由兩個玻璃管和一個玻璃瓶組成。在毛細水上升等試驗過程中，土樣處在蒸發吸水過程，則有機試筒中的地下水位下降，引起平衡杯20水位下降，馬氏瓶就通過補水管補水，使平衡杯和試筒的水位恢復到平衡水位，從馬氏瓶刻度讀出試筒土樣的變化水量。當土樣處于入滲補給過程，有機試筒的地下水位升高，引起平衡杯水位升高，通過平衡杯的溢出管43使平衡杯和有機試筒的水位恢復到平衡水位，從滲流瓶讀出有機試筒土樣的入滲量，這樣就能使有機試筒內部的地下水位保持在一定位置。

下面結合具體試驗來介紹試驗裝置的使用步驟：

(1)毛細水-鹽脹-溶陷相關試驗：

a.測試土樣在凍融循環條件下的毛細水上升高度和速度；

b.測試開放系統凍融循環條件下的鹽漬土的鹽脹率；

c.測試開放系統凍融循環條件下的鹽漬土在鹽脹之后的溶陷率。

工況：土樣為放置在有機試筒內部的一定高度、一定寬度的圓柱狀鹽漬土土樣。土樣含水率、含鹽量、壓實度、凍融循環的溫度控制模式、隔斷層的設置、補給溶液濃度和上覆荷載均可以根據試驗目標進行調整。

步驟：在進行試驗前，先把有機試筒和凍融循環裝置組裝起來。有機試筒24底部卡在底部制冷頭7上鋼板的凹槽內，通過往凹槽與有機試筒24之間涂抹凡士林來獲得密封的效果；根據目標土樣的含鹽量和含水率配置鹽漬土，然后悶料24h；待組裝完畢后，把有機試筒移動到加載裝置的工作臺9上，調節底部制冷頭7下面的螺母來調平，并使用加固箍對有機試筒24加固；然后通過擊實裝置對分層裝進有機試筒內部的重配鹽漬土進行分層擊實，同時在擊實過程中把若干個TDR探頭32埋進土樣中，擊實次數根據壓實度和擊實厚度來確定；擊實完畢以后，把補水裝置跟有機試筒通過橡膠管連接起來，使補水裝置中平衡杯20的水位和有機試筒里面的水位一致，并保持不變，補水系統的組裝方式跟上面介紹的相同，然后觀察毛細水上升的高度，并進行記錄；

待毛細水上升穩定以后，把頂部制冷頭28放到土樣的頂部，待1h后，再觀察記錄毛細水上升高度，然后把制冷頭通過橡膠管與低溫恒溫槽連接起來，在鋼環上固定兩只百分表29用來測量土樣的變形量，頂部制冷頭和底部制冷頭通過其進液孔和出液孔與低溫恒溫槽相連，然后在有機試筒周圍布設一層保溫塑料，就這樣，凍融循環裝置、測量裝置組裝完畢然后可以拆卸自動擊實裝置，然后開啟低溫恒溫槽，進行凍融循環作用下的鹽漬土鹽脹試驗，通過低溫恒溫槽對溫度的控制，水分和鹽分會在土樣內部不斷地遷移，不斷地有芒硝在土體內部析出，土樣膨脹，每隔一段時間，觀察毛細水上升高度和鹽脹變形量，并改變低溫恒溫槽的控制溫度。通過幾個凍融循環周期，我們便可測得a，b試驗中所需的毛細水的上升高度和鹽漬土的鹽脹率，同時，也可以測得在整個試驗過程中土樣所吸收的水分；

經過若干個凍融循環周期后，停止低溫恒溫槽，取下上制冷頭，把加載板放在土樣的頂部，然后通過壓力頭27在加載板上面施加一定的荷載，待土樣變形穩定以后，然后在加載板的上面加水，注水時，保證水面始終高過土樣，且不要外溢出有機試筒，同時施加一定的荷載，記錄土樣的變形量，待變形穩定以后，便測定了c試驗所需的鹽漬土的溶陷率。

(2)測試在開放系統凍融循環條件下的鹽漬土路基內部隔斷層位置設置的合理性以及隔斷層下鹽分富積層形成的時間點和其對路基的影響：

工況：土樣為放置在有機試筒內部的一定高度、一定寬度的圓柱狀鹽漬土土樣。土樣含水率、含鹽量、壓實度、凍融循環的溫度控制模式、隔斷層的設置、補給溶液濃度和上覆荷載均可以根據試驗目標進行調整。

步驟：在分層擊實土樣的時候，預先在土樣中一定深度處埋設一層隔斷層，然后繼續擊實土樣，然后按照(1)中介紹的試驗步驟來繼續進行鹽脹試驗和溶陷試驗，即可得到設有隔斷層時鹽漬土的鹽脹率和溶陷率；同理，通過改變隔斷層的埋設位置，便可以得到設置不同位置的隔斷層情況下的土樣的鹽脹率和溶陷率，從而獲得一個隔斷層設置的最佳位置。

在(1)中的試驗過程時，通過增加凍融循環周期的次數，能觀察到隔斷層下鹽分富集層的產生，觀察鹽分富集層時需要在保溫材料上開一個矩形的洞，待觀察完畢，再用膠帶把保溫材料封住復原，保持原有的保溫效果，當鹽分富集層產生時，記錄下凍融循環周期的次數，然后繼續循環多個凍融循環周期，測量鹽分富積層的厚度及土樣的鹽脹量，待循環完畢以后，取下頂部制冷頭，換上加載板，往加載板上面注水，并時刻觀察鹽漬土土樣的變形量，即鹽分富集層遇大量的外來水時對路基鹽脹的影響，待鹽脹變形穩定以后，按照(1)中描述的溶陷試驗步驟進行溶陷試驗，便可得到鹽分富集層對路基溶陷的影響。

(3)測試在開放系統凍融循環條件下的鹽漬土路基內部保溫層位置設置的合理性：

工況：土樣為一定高度，一定寬度的鹽漬土圓柱狀土樣。含水率、含鹽量、壓實度、凍融循環的溫度控制模式、保溫層的設置、補給溶液濃度和上覆荷載均可以根據試驗目標進行調整。

試驗步驟：通過在分層擊實土樣的時候，預先在土樣中埋設一層保溫材料，然后繼續擊實土樣，然后按照(1)中介紹的試驗步驟來繼續進行鹽脹試驗和溶陷試驗，即可得到設有保溫層時鹽漬土的鹽脹率和溶陷率；同理，通過改變保溫層的埋設位置，便可以得到設置不同位置的保溫層情況下的土樣的鹽脹率和溶陷率，從而獲得一個保溫層設置的最佳位置。

(4)測試開放系統凍融循環條件下的改良鹽漬土的毛細水上升高度、鹽脹率和溶陷率：

工況：土樣為一定高度，一定寬度的鹽漬土圓柱狀土樣。含水率、含鹽量、壓實度、凍融循環的溫度控制模式、補給溶液濃度和上覆荷載均可以根據試驗目標進行調整。

步驟：在配置土樣時，往土樣里面加入想要測試的添加劑，然后拌勻，配置獲得目標土樣，再根據(1)中描述的試驗步驟進行試驗，可以測得改良鹽漬土的毛細水上升高度、鹽脹率和溶陷率，于是得到了添加劑對鹽漬土的改良效果。

(5)測試開放系統凍融循環條件下的降雨量和上覆荷載對鹽漬土鹽脹和溶陷的影響作用：

工況：土樣為一定高度，一定寬度的鹽漬土圓柱狀土樣。含水率、含鹽量、壓實度、凍融循環的溫度控制模式、隔斷層的設置、補給溶液濃度和上覆荷載均可以根據試驗目標進行調整。

步驟：在(1)中描述的注水步驟時，加水量是一定的，通過不斷改變注水量，從而獲得在一定的降雨量(地表水入滲)時鹽漬土的溶陷率，得到降雨量對鹽漬土溶陷的影響，通過與實際降雨量的對比，為自然條件下鹽漬土路基溶陷提供可以借鑒的數據。

在(1)中描述的鹽脹試驗時根據試驗目的，通過改變上覆荷載的大小，從而獲得上覆荷載對鹽漬土鹽脹的影響，為路面厚度和路堤高度提供一定的借鑒數據。

(6)用作各類凍土土樣在凍融循環作用下的凍脹研究：

工況：土樣為一定高度，一定寬度的圓柱狀土樣，含水率、壓實度、凍融循環的溫度控制模式、上覆荷載均可以根據試驗目標進行調整。

步驟：在(1)中描述的步驟中，將鹽漬土分別替換成凍土土樣，從而獲得土在凍融循環條件下的凍脹率，而TDR探頭可以測得凍脹過程中水的含量變化，為驗證凍脹模型提供參考數據。

本發明具有以下功能：(1)試驗試筒體積較大，與實際情況接近，可以忽略粗顆粒土尺寸效應，同時可以實現一維傳溫；(2)通過特定探頭動態監測土樣內部溫度、含水率和含鹽量的變化；(3)實現自動擊實土樣，節省了人力；(4)可以測試土樣在凍融循環條件下的毛細水上升高度和速度；(5)可以測試開放系統凍融循環條件下的鹽漬土的鹽脹率；(6)可以測試開放系統凍融循環條件下的鹽漬土在鹽脹之后的溶陷率；(7)可以測試在開放系統凍融循環條件下的鹽漬土路基內部隔斷層位置設置的合理性以及隔斷層下鹽分富集層形成的時間點和其對路基的影響；(8)可以測試在開放系統凍融循環條件下的鹽漬土路基內部保溫層位置設置的合理性；(9)可以用作凍土土樣在凍融循環作用下的凍脹相關研究；(10)可以測試開放系統凍融循環條件下的鹽漬土改良后的毛細水上升高度、鹽脹率和溶陷率；(11)可以測試開放系統凍融循環條件下的降雨量和上覆荷載對鹽漬土鹽脹和溶陷的影響機制等。