不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置的制作方法

本實用新型涉及路基填筑試驗設備，特別涉及一種不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置，以模擬不同工況條件下鹽漬土地區公路和鐵路路基不同部位的鹽脹、溶陷、水鹽遷移等工程特征的測試。

背景技術：

在中國西部和亞洲西部等地區分布著大量的鹽漬土，隨著國家“一帶一路”戰略的實施，大量的公路和鐵路將在這些地區建設。在這些地區修筑路基，必然涉及路基填料的選擇問題，由于鹽漬土特殊的工程特性，是選擇當地土樣作為路基填料，還是選擇遠運非鹽漬土土樣作為路基填料，都直接關系到工程造價。在選擇當地土樣作為路基填料時，其鹽脹、溶陷特性對路基穩定性的影響如何？其又直接關系到鹽漬土地區路基的長久穩定。

鹽漬土地區路基病害主要有鹽脹、溶陷和腐蝕等類型。其中，鹽脹和溶陷變形對路基的穩定性危害最為強烈。鹽脹是由于環境溫度的降低導致鹽漬土體中的硫酸鈉吸水結晶從而導致土體膨脹，而后隨著環境溫度的升高十水硫酸鈉釋水收縮導致土體塌陷，這樣凍融循環使得鹽漬土體脹縮往復從而影響路基穩定性，在這個過程中，如果有地下水源補給，則會加重凍融循環過程中的鹽漬土體破壞程度。溶陷是由于鹽漬土體中的氯化鈉溶解度幾乎不受溫度限制，在任何溫度下，氯化鈉的溶解度都非常的高，在有外來水源補給或者暴雨過后，水分入侵路基時溶解了原本起膠結作用的氯化鈉鹽，破壞了其土體結構特性，路基產生沉陷變形。同時，在路基的不同部位分別使用鹽漬土，則其產生的鹽脹和溶陷特性對路基整體的影響結果也是不一樣的。所以，為了滿足鹽漬土地區的工程建設需求，提供合理的鹽漬土地區路基填料適用性判斷依據，設計一種能夠滿足多種工況條件下測試路基不同部位的鹽脹和溶陷變形的大型試驗設備是非常必要的。

在鹽漬土路基填料工程特性測試的試驗設備技術領域，當期需迫切解決的一個技術問題是提供一種適應范圍廣、自動化程度高，可以模擬路基不同部位和不同工況，并且可以測試由于溫度變化、水分變化導致路基土體變形的測試儀器。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置，以模擬不同工況條件下鹽漬土地區公路和鐵路路基不同部位的鹽脹、溶陷、水鹽遷移等工程特征的測試。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下：

本實用新型的不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置，其特征是：它包括由螺母安裝固定在環向間隔設置的螺桿上的多功能支架、環形固定帽和儲排水多功能底座，環形固定帽、儲排水多功能底座之間連接其內腔裝載試驗土樣的環形試筒，環形試筒由至少一個可軸向對接的環形試筒節段構成，各環形試筒節段外套裝設置定冷媒環；用于安裝施加實驗儀器的多功能支架位于環形固定帽的上方，環形固定帽具有與環形試筒節段內徑相等的上中央通孔，供承壓透水石或者隔水底板通過；儲排水多功能底座上于環形試筒外設置環形隔水板，且在環形隔水板與環形試筒之間設置連通環形試筒內腔的通水孔。

本實用新型的有益效果是，可模擬不同工況條件下鹽漬土地區公路和鐵路路基不同部位的鹽脹、溶陷、水鹽遷移等工程特征的測試，為公路和鐵路路基的設計與建設提供科學的依據，具有適應范圍廣、自動化程度高、測試數據準確等特點。

附圖說明

本說明書包括如下十八幅附圖：

圖1是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置中下座的立體圖；

圖3是沿圖2中A-A線的剖面圖；

圖4是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置中上座的立體圖；

圖5是沿圖4中B-B線的剖面圖；

圖6是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置中環形試筒節段的剖視圖；

圖7是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置中多功能支架的立體圖；

圖8是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置中環形固定帽的立體圖；

圖9是沿圖8中C-C線的剖視圖；

圖10是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置中環形隔水板的俯視圖；

圖11是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置中冷媒環的俯視圖；

圖12是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置實施例1的示意圖；

圖13是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置實施例2的示意圖；

圖14是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置實施例3的示意圖；

圖15是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置實施例4的示意圖；

圖16是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置實施例5的示意圖；

圖17是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置實施例6的示意圖；

圖18是本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置實施例7的示意圖；

圖中示出構件和對應的標記：儲排水多功能底座10，下座11，環形格梁111，徑向補水槽113，環向補水槽113，上座12，環形試筒插槽121，環形隔水板插槽122，通水孔123，中央通孔124，螺桿13，多功能支架14，環形固定帽15，上中央通孔151，環形定位臺階152，環形隔水板16，通孔161，冷媒環17、進液口171，出液口172，保溫環18，環形試筒節段20，外環形臺階21，內環形臺階22，承壓透水石30，隔水底板31，第二承壓透水石32，試驗土樣40，白熾燈41，磁性表座42，激光位移傳感器43，馬氏瓶44，花灑45，垂直液壓千斤頂46、垂直壓力傳感器47。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

參照圖1，本實用新型的不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置包括由螺母安裝固定在環向間隔設置的螺桿13上的多功能支架14、環形固定帽15和儲排水多功能底座10，環形固定帽15、儲排水多功能底座10之間連接其內腔裝載試驗土樣的環形試筒，環形試筒由至少一個可軸向對接的環形試筒節段20構成，各環形試筒節段20外套裝設置定冷媒環17。用于安裝實驗儀器的多功能支架14位于環形固定帽15的上方，環形固定帽15具有與環形試筒節段20內徑相等的上中央通孔151，供承壓透水石30或者隔水底板31通過。儲排水多功能底座10上于環形試筒外設置環形隔水板16，且在環形隔水板16與環形試筒之間設置連通環形試筒內腔的通水孔123。

參照圖2至圖5，所述儲排水多功能底座10由下座11、上座12疊合構成。上座12具有環形試筒插槽121、環形隔水板插槽122和中央通孔124，中央通孔124的直徑與環形試筒節段20的內徑相等，通水孔123周向間隔設置于環形試筒插槽121、環形隔水板插槽122之間。下座11具有若干環形格梁111，相鄰兩若干環形格梁111形成環向補水槽113，并設置有連通各環向補水槽113的徑向補水槽113。各通水孔123位于一環向補水槽113的上方。

參照圖1、圖4、圖5和圖10，所述環形隔水板16的下部插入上座12的環形隔水板插槽122內與儲排水多功能底座10形成插接，環形隔水板16的側壁上開設有通孔161。

參照圖1和圖6，所述環形試筒節段20的下端、上端分別具有外環形臺階21、內環形臺階22。組成環形試筒的各環形試筒節段20中，相鄰兩環形試筒節段20通過外環形臺階21、內環形臺階22形成軸向對接，最下方環形試筒節段20的外環形臺階21插入上座12的環形試筒插槽121內與儲排水多功能底座10形成插接。通過不同數量的環形試筒節段20的軸向對接組合，可以模擬不同高度或者不同部位(路基、基床等)的路基。

參照圖8和圖9，所述環形固定帽15上于上中央通孔151外具有環形定位臺階152，該環形定位臺階152的寬度為環形試筒節段20、冷媒環17的厚度之和。參照圖1，所述承壓透水石30、隔水底板31的直徑與中央通孔124、上中央通孔151直徑相等。

參照圖1和圖11，所述冷媒環17為中空環形結構，具有進液口171和出液口172，冷媒環17內注入防凍液，各冷媒環17的進液口171、出液口172通過軟管與低溫恒溫槽連接。參照圖1，所述各冷媒環17之間設置保溫環18，以防止冷媒環17之間發生溫度交換。通常，所述螺桿13沿功能支架14、環形固定帽15和儲排水多功能底座10環向等距間隔設置8根。

實施例1

參照圖12，實施例1模擬的工況是干旱鹽漬土地區蒸發量較大對鹽漬土地區路基內部水分、鹽分分布及路基變形的影響。采用可堆疊式軸向對接的環形試筒節段20的組合模擬不同高度或者不同部位(路基、基床等)的路基，同時采用內徑與環形試筒節段20外徑一致的冷媒環17套裝在各環形試筒節段20外。冷媒環17與環形試筒節段20之間涂抹凡士林以減小摩擦。各冷媒環17之間設置保溫環18，以防止各冷媒環17之間發生溫度交換。將組合好的環形試樣筒坐落在儲排水多功能底座10上，其下端插入環形試筒插槽121內，在儲排水多功能底座10上安裝環形隔水板16，環形隔水板16與環形隔水板插槽122之間設置防水膠帶。在環形試樣筒頂層放置環形固定帽15，將組合體上裝入螺桿13，將承壓透水石30放置于環形試樣筒底部，鋪設濾紙，將試驗土樣40裝入環形試樣筒內。在螺桿13頂部安裝多功能支架14，在多功能支架14上安裝白熾燈41，通過白熾燈41以模擬陽光照射，從而實現干旱鹽漬土地區蒸發量較大的工況。在螺桿13的上部安置磁性表座42，在磁性表座42上安裝激光位移傳感器43，以測定在高蒸發環境下鹽漬土路基的變形情況。用軟管將環形隔水板10的通孔161與馬氏瓶44連接，各冷媒環17的的進液口171、出液口172通過軟管與低溫恒溫槽連接，低溫恒溫槽按照設定工況工作，激光位移傳感器43與接收器電腦連接，白熾燈41按照設定程序工作。

馬氏瓶44為現有設備，作用是為試驗提供穩定的地下水來源。承壓透水石30主要作用是模擬毛細水上升，將儲排水多功能底座10中的水吸入試驗土樣40內。為使承壓透水石30具有足夠的風度，承壓透水石30通常采用銅制作，體內密布微孔，微孔孔徑為0.075mm，以利于毛細水上升。儲排水多功能底座10的作用為提供穩定的地下水來源，由通水孔123、徑向補水槽113和環向補水槽113構成補水通道。

實施例2

參照圖13，實施例2模擬的工況是鹽漬土地區降雨對鹽漬土地區路基內部水分、鹽分分布及路基變形的影響。環形試樣筒、冷媒環17的組合方式以及承壓透水石30的設置方式與實施1相同，多功能支架14上安裝的實驗裝置為花灑45，通過花灑45經環形固定帽15的上中央通孔151向試驗土樣40灑水以模擬降雨。

實施例1與實施例2可以聯合模擬高蒸發環境下的突發降雨工況。

實施例3

參照圖14，實施例3模擬的工況是鹽漬土地區高填路基大型溶陷試驗。環形試樣筒、冷媒環17的組合方式以及承壓透水石30的設置方式、磁性表座42和激光位移傳感器43的設置方式與實施1相類似。在試驗土樣40的頂部設置第二承壓透水石32，在第二承壓透水石32與多功能支架14之間安裝垂直液壓千斤頂46、垂直壓力傳感器47。垂直壓力傳感器47、激光位移傳感器43與數據接收器電腦連接。垂直液壓千斤頂46為現有設備，多功能支架14作為反力架，通過垂直壓力傳感器47監控施加的垂直壓力，垂直壓力的大小依據模擬工況而定。

實施例4

參照圖15，實施例4模擬的工況是鹽漬土地區低路基大型溶陷試驗。

環形試樣筒和冷媒環17的組合方式、承壓透水石30、第二承壓透水石32的設置方式和實驗裝置(垂直液壓千斤頂46、垂直壓力傳感器47、激光位移傳感器43)的設置方式與實施例3相同。區別在于組成環形試樣筒的環形試筒節段20數量較少，在螺桿13上可方便地降低多功能支架14和環形固定帽15的安裝位置。

實施例5

參照圖16，實施例5模擬的工況是鹽漬土地區封閉系統下(無地下水源補給)有上覆荷載的路基鹽脹試驗。環形試樣筒和冷媒環17的組合方式、第二承壓透水石32的設置方式和實驗儀器(垂直液壓千斤頂46、垂直壓力傳感器47、激光位移傳感器43)的設置方式與實施例3相同。區別在于環形試樣筒的底部安放的隔水底板31。

實施例6

參照圖17，實施例6模擬的工況是鹽漬土地區封閉系統下(無地下水源補給)無上覆荷載的路基鹽脹試驗。環形試樣筒和冷媒環17的組合方式、隔水底板31的設置方式與實施例5相同。區別在于試驗土樣40的頂部不設置第二承壓透水石32，實驗儀器為激光位移傳感器43。

實施例7

參照圖18，實施例7模擬的工況是鹽漬土地區開放系統下(有地下水源補給)無上覆荷載的路基鹽脹試驗。環形試樣筒、冷媒環17的組合方式以及承壓透水石30、馬氏瓶44的設置方式與實施1相同，實驗儀器為激光位移傳感器43。

以上所述只是用圖解說明本實用新型不同工況模式下鹽漬土路基模型試驗裝置的一些原理，并非是要將本實用新型局限在所示和所述的具體結構和適用范圍內，故凡是所有可能被利用的相應修改以及等同物，均屬于本實用新型所申請的專利范圍。