一種模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的製作方法

2023-12-09 01:24:11 1

本實用新型屬於巖土工程技術領域，具體地說，涉及一種模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置。

背景技術：

近年來，新疆維吾爾自治區南疆地區響應國家的西部大開發戰略，開展了大量的交通基礎設施建設活動，新疆道路交通網主幹線和支線已基本完成，使全疆農牧民可以走出家門看世界，有很多地區還建立了經濟開發區，加速了新疆的經濟社會發展。但是，2012-2013年度新疆南疆道路病害調研報告，反映新疆南疆區域2000-2010年大量建設的道路交通工程都不同程度的發生了變形破壞。如南疆鐵路庫爾勒至喀什段、國道314線阿克蘇至阿圖什段、省道S207線阿克蘇至阿拉爾段(改建前)、S219線、S217線、S218線、國道315線位於南疆區域的部分路段因氯化物鹽漬土和硫酸鹽漬土引起路基的變形破壞；南疆兩座新建城市阿拉爾市和圖木舒克市的城市道路自建成以後，遭受了鹽漬土的鹽脹-凍脹變形破壞；南疆的水利工程設施也不同程度的受到鹽漬土鹽脹-凍脹破壞，嚴重影響了工程的運行與使用。南疆鹽漬土對公路交通工程的危害主要表現為：硫酸鹽漬土對路基路面的鹽脹變形破壞；氯化物鹽漬土對路基路面的溶陷變形破壞；季節性凍融造成的鹽漬土路基的翻漿破壞；鹽漬土中具有腐蝕作用的硫酸鹽及氯化物鹽對混凝土和金屬構件的腐蝕破壞。

新疆是我國鹽漬土分布面積最大的省份，新疆鹽漬土的地區分布面積屬南疆最大，大量的道路都受到鹽漬土的侵害，再加上城鎮距離很長，維修不便並且成本高。採用本試驗裝置可以對室內模擬實驗進行研究，可以開展鹽漬土環境水鹽運移及環境溫度變化產生的乾濕循環作用和鹽脹-凍脹作用下道路結構層的變形破壞機理研究，對變形破壞過程進行控制和監測，根據實驗數據建立道路結構模型、優化道路結構材料和路基路面耐久性工程設計方法，提高道路抗鹽脹-凍脹變形和水鹽乾濕循環破壞耐久性。該實驗裝置的開發將對研究鹽漬土鹽脹-凍脹工程災害災變機理和鹽漬土環境水鹽乾濕循環作用災變機理具有區域研究特殊性和創新性，將對新疆南疆區域鹽漬土環境的工程結構因水鹽乾濕循環作用和鹽脹-凍脹作用等環境作用造成的工程災害與防治技術研究具有重要的基礎研究和工程實用價值。對國家「一帶一路」戰略新疆核心區戰略地位的建設及道路交通基礎設施工程的可持續發展具有重要意義。

在現有的鹽漬土鹽脹-凍脹變形工程災害機理研究中，尚無有效的實驗模擬系統對鹽漬土環境中的水鹽運移及環境溫度的變化產生的乾濕循環作用和鹽脹-凍脹作用對道路結構層產生的變形破壞過程進行有效的控制和監測。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服上述技術存在的缺陷，提供一種模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置，以解決路基結構水-鹽-溫環境模擬與控制問題，對模擬的鹽漬土路基季節性溫度與水-鹽運移環境中水鹽乾濕循環作用和鹽脹-凍脹作用對路基結構的變形破壞過程進行監測和控制。

其具體技術方案為：

一種模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置，包括路基結構試樣製作模具、路基結構水-鹽-溫環境模擬箱和變形監測溫控系統，所述路基結構水-鹽-溫環境模擬箱的箱體1包括主骨架2和副骨架3，所述主骨架2採用4×4mm的角鐵焊接，所述副骨架3用3×3mm的角鐵焊接，所述主骨架2和副骨架3之間設有保溫隔熱材料4，箱體1內部設有溫度傳感器5和水位傳感器6；箱體1內部是個小型水箱，箱體1上設有注水孔8、水位監測孔15和排水閥9；箱體1內部設有放置試樣模具的承重支架10，箱體1內放置的試樣頂面在環境模擬箱上端面處與環境試驗箱內模擬的季節性溫度環境聯通，所述環境試驗箱是單獨配置的大型環境試驗模擬系統，箱體1的上端面其餘部分用保溫材料密閉，箱體1上端面四周設置傳感器固定支架7，用來固定溫度傳感器連接控制器12，所述環境模擬箱的底部設有加熱板17；

試驗裝置內部既能放置試樣模具，也能直接放置試樣19，直接放置試樣19時須在承重支架10上放置墊板，墊板尺寸與箱體1內尺寸相當；

所述試樣模具採用玻璃鋼材質，試樣模具設計三種，以便模擬觀測不同工況環境鹽漬土路基結構層的變形破壞過程，模具一是模擬自然狀態下水鹽對路基結構層的入滲破壞作用，模具一頂部敞開，其餘五個面設有水鹽入滲通道13；模具二是模擬道路兩側水鹽入滲對路基的破壞作用，模具二兩側設有水鹽入滲通道13；模具三是模擬道路兩側綠化帶灌溉水滲流作用對路基結構層穩定性的影響，模具三頂部兩側有凹槽14，環境模擬箱中設有水鹽溶液區11和水鹽滲透區18，模具三上部兩側開設水鹽入滲通道13。

進一步，所述承重支架10為耐鹽鹼腐蝕的高強金屬材料。

進一步，所述承重支架10距離路基結構水-鹽-溫環境模擬箱底部10cm。

進一步，所述承重支架10的截面尺寸為Φ10mm。

進一步，所述實驗裝置箱體1的主骨架2和副骨架3採用耐鹽鹼腐蝕合金材料密封。

進一步，所述實驗裝置箱體1的兩側設有把手16。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果為：

本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置，主要靠智能化變形監測溫控系統來完成對試樣溫度-變形的監測，以及對環境模擬箱內水鹽環境溫度的控制。路基結構水-鹽-溫環境模擬箱所處的外部環境溫度則由環境試驗箱來模擬季節性溫度環境；配置的智能化變形監測溫控系統可以對採用透明可視化材料製作的試樣模具內的試樣的變形及損傷破壞過程進行實時觀測。

本實用新型可以直接模擬不同季節溫度環境鹽漬土水鹽環境作用對路基結構產生變形破壞的過程和機理開展實驗研究。大量減少原型監測試驗的時間和成本，節省人力、物力和財力；同時，能夠室內模擬各種工況，便於開展研究工作。

附圖說明

圖1為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的俯視圖，A表示箱體外部長度；B表示箱體外部寬度；a表示裝置箱體內部寬度；b表示箱體內部長度；H為箱體的高度；

圖2為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的側立面圖，H為裝置箱體的高度；

圖3為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的正立面圖；

圖4為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的三維視圖；

圖5為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具一的俯視圖；

圖6為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具一的正立面圖；

圖7為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具一的側立面圖；

圖8為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具一的三維視圖；

圖9為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具二的俯視圖；

圖10為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具二的正立面圖；

圖11為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具二的側立面圖；

圖12為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具二的三維視圖；

圖13為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具三的俯視圖；

圖14為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具三的側立面圖；

圖15為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具三的正立面圖；

圖16為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的模具三的三維視圖；

圖17為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的環境模擬箱剖面圖一；

圖18為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的環境模擬箱剖面圖二；

圖19為本實用新型模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置的環境模擬箱剖面圖三。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施對本實用新型的技術方案作進一步詳細地說明。

參照圖1至19，一種模擬鹽漬土環境路基結構層變形破壞機理的實驗裝置，包括路基結構試樣製作模具、路基結構水-鹽-溫環境模擬箱和變形監測溫控系統，所述路基結構水-鹽-溫環境模擬箱的箱體1包括主骨架2和副骨架3，所述主骨架2採用4×4mm的角鐵焊接，所述副骨架3用3×3mm的角鐵焊接，所述主骨架2和副骨架3之間設有保溫隔熱材料4，箱體1內部設有溫度傳感器5和水位傳感器6；箱體1內部是個小型水箱，箱體1上設有注水孔8、水位監測孔15和排水閥9；箱體1內部設有放置試樣模具的承重支架10，箱體1內放置的試樣頂面在環境模擬箱上端面處與環境試驗箱內模擬的季節性溫度環境聯通，所述環境試驗箱是單獨配置的大型環境試驗模擬系統，箱體1的上端面其餘部分用保溫材料密閉，箱體1上端面四周設置傳感器固定支架7，用來固定溫度傳感器連接控制器12，所述環境模擬箱的底部設有加熱板17；

試驗裝置內部既能放置試樣模具，也能直接放置試樣19，直接放置試樣19時須在承重支架10上放置墊板，墊板尺寸與箱體1內尺寸相當；

所述試樣模具採用玻璃鋼材質，試樣模具設計三種，以便模擬觀測不同工況環境鹽漬土路基結構層的變形破壞過程，模具一是模擬自然狀態下水鹽對路基結構層的入滲破壞作用，模具一頂部敞開，其餘五個面設有水鹽入滲通道13；模具二是模擬道路兩側水鹽入滲對路基的破壞作用，模具二兩側設有水鹽入滲通道13；模具三是模擬道路兩側綠化帶灌溉水滲流作用對路基結構層穩定性的影響，模具三頂部兩側有凹槽14，環境模擬箱中設有水鹽溶液區11和水鹽滲透區18，模具三上部兩側開設水鹽入滲通道13。

所述承重支架10為耐鹽鹼腐蝕的高強金屬材料。

所述承重支架10距離路基結構水-鹽-溫環境模擬箱底部10cm。

所述承重支架10的截面尺寸為Φ10mm。

所述實驗裝置箱體1的兩側設有把手16。

所述實驗裝置箱體1的主骨架2和副骨架3採用耐鹽鹼腐蝕合金材料密封。

本實用新型在具體應用過程中，主要靠智能化變形監測溫控系統來完成對試樣溫度-變形的監測，以及對環境模擬箱內水鹽環境溫度的控制。路基結構水-鹽-溫環境模擬箱所處的外部環境溫度則由環境試驗箱來模擬季節性溫度環境；配置的智能化變形監測溫控系統可以對採用透明可視化材料製作的試樣模具內的試樣的變形及損傷破壞過程進行實時觀測。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，本實用新型的保護範圍不限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡單變化或等效替換均落入本實用新型的保護範圍內。