本發(fā)明專(zhuān)利涉及一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

在寒區(qū)，由于季節(jié)更替，環(huán)境溫度發(fā)生周期性的變化，巖土和結(jié)構(gòu)物承受凍融循環(huán)的作用。隨著寒區(qū)各類(lèi)工程建設(shè)的快速發(fā)展，寒區(qū)凍融災(zāi)害防治已成為關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題。目前，實(shí)驗(yàn)室中研究材料由凍融循環(huán)引起的變化通常采用以下方法：首先，將試件放入低溫試驗(yàn)箱中進(jìn)行冷凍，待到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，再將試件拿出，放入恒溫水浴箱中融化，到達(dá)設(shè)定時(shí)間后再拿出，如此為一個(gè)凍融循環(huán)。

在實(shí)際的工程地質(zhì)條件下，處在河邊或處于地下水流動(dòng)附近的巖石或混凝土材料，受冷凍結(jié)后，當(dāng)溫度回升融化時(shí)，材料并非處于靜止的水浴環(huán)境中，而是處于周?chē)鞑粩嗔鲃?dòng)的環(huán)境中，而在水流作用下材料的凍融損傷必將與靜止的水浴不同，因此，在設(shè)計(jì)凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)時(shí)需要考慮水流作用的影響，才能更符合工程實(shí)際。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明專(zhuān)利提供了一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置。這種裝置能夠在凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，在材料水浴融化過(guò)程中，考慮水流作用的影響。

實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)解決方案如下：

一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，包括出水閥門(mén)、進(jìn)水閥門(mén)、出水泵、進(jìn)水泵、出水流量計(jì)、進(jìn)水流量計(jì)、溫度傳感器、液氮循環(huán)系統(tǒng)、儲(chǔ)水容器、進(jìn)水管、出水管、實(shí)驗(yàn)箱主體、實(shí)驗(yàn)箱蓋、試樣架、溫度控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、導(dǎo)線、液氮、進(jìn)水管孔、出水管孔、液氮循環(huán)孔、導(dǎo)線孔、試樣和盛水容器組成。其中，出水閥門(mén)、出水泵和出水流量計(jì)安裝在位于實(shí)驗(yàn)箱主體和儲(chǔ)水容器之間的出水管上；進(jìn)水閥門(mén)、進(jìn)水泵和進(jìn)水流量計(jì)安裝在位于實(shí)驗(yàn)箱主體和儲(chǔ)水容器之間的進(jìn)水管上；實(shí)驗(yàn)箱主體內(nèi)部放置溫度傳感器；實(shí)驗(yàn)箱主體開(kāi)設(shè)有進(jìn)水管孔、出水管孔、液氮循環(huán)孔和導(dǎo)線孔；液氮循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)液氮循環(huán)孔與實(shí)驗(yàn)箱主體相連接；溫度傳感器和液氮循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)線與溫度控制系統(tǒng)相連；出水流量計(jì)和進(jìn)水流量計(jì)通過(guò)導(dǎo)線與流量控制系統(tǒng)相連；試樣放置在試樣架上；試樣架放置在實(shí)驗(yàn)箱主體內(nèi)部；實(shí)驗(yàn)箱蓋放置實(shí)驗(yàn)箱主體上方；液氮能夠在液氮循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)。在上述各部分中，實(shí)驗(yàn)箱主體和實(shí)驗(yàn)箱蓋由耐低溫鋼制材料組成，溫度傳感器、進(jìn)水管和出水管由耐低溫材料組成。

作為本發(fā)明專(zhuān)利的一種優(yōu)選，所述一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，還包括盛水容器，由于水流作用會(huì)引起試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料(如巖石中的礦物顆粒)損失，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)能儲(chǔ)水的容器，使進(jìn)水管和出水管各自組成獨(dú)立的水流體系，從而能夠收集到包含試樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料(如巖石中的礦物顆粒)的水，再通過(guò)后續(xù)實(shí)驗(yàn)定量計(jì)算出由于水流作用造成試樣內(nèi)部組分損失量的目的。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果為：通過(guò)出水閥門(mén)、出水泵、出水流量計(jì)和出水管組成的出水系統(tǒng)與進(jìn)水閥門(mén)、進(jìn)水泵、進(jìn)水流量計(jì)和進(jìn)水管組成的進(jìn)水系統(tǒng)的配合能夠在試樣周?chē)纬煞€(wěn)定的水流流過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)在試樣融化過(guò)程中考慮水流作用的目的，通過(guò)控制出水流量計(jì)和進(jìn)水流量計(jì)的流量不同，能夠?qū)崿F(xiàn)控制水流速度的目的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的可考慮水流影響的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)箱主體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的可考慮水流影響的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置第二種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖

圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-出水閥門(mén)，2-進(jìn)水閥門(mén)，3-出水泵，4-進(jìn)水泵，5-出水流量計(jì)，6-進(jìn)水流量計(jì)，7-溫度傳感器，8-液氮循環(huán)系統(tǒng)，9-儲(chǔ)水容器，10-進(jìn)水管，11-出水管，12-實(shí)驗(yàn)箱主體，13-實(shí)驗(yàn)箱蓋，14-試樣架，15-溫度控制系統(tǒng)，16-流量控制系統(tǒng)，17-導(dǎo)線，18-液氮，19-進(jìn)水管孔，20-出水管孔，21-液氮循環(huán)孔，22-導(dǎo)線孔，23-試樣，24-盛水容器。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例1：

如圖1～圖2所示的一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，是由出水閥門(mén)1、進(jìn)水閥門(mén)2、出水泵3、進(jìn)水泵4、出水流量計(jì)5、進(jìn)水流量計(jì)6、溫度傳感器7、液氮循環(huán)系統(tǒng)8、儲(chǔ)水容器9、進(jìn)水管10、出水管11、實(shí)驗(yàn)箱主體12、實(shí)驗(yàn)箱蓋13、試樣架14、溫度控制系統(tǒng)15、流量控制系統(tǒng)16、導(dǎo)線17、液氮18、進(jìn)水管孔19、出水管孔20、液氮循環(huán)孔21、導(dǎo)線孔22和試樣23組成。

具體操作步驟如下：

(a)準(zhǔn)備步驟：打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱蓋13，將試樣架14放入實(shí)驗(yàn)箱主體12中，然后將試樣23放置在試樣架14上，蓋上實(shí)驗(yàn)箱蓋13，將進(jìn)水管10沿著進(jìn)水管孔19插入實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部，將出水管11沿著出水管孔20插入實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部，檢查液氮循環(huán)系統(tǒng)8、溫度控制系統(tǒng)15和流量控制系統(tǒng)16是否正常工作，若正常，則準(zhǔn)備開(kāi)始實(shí)驗(yàn)；

(b)凍結(jié)步驟：關(guān)閉出水閥門(mén)1和進(jìn)水閥門(mén)2，打開(kāi)液氮循環(huán)系統(tǒng)8，使液氮18在液氮循環(huán)系統(tǒng)8內(nèi)部循環(huán)，此時(shí)實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部開(kāi)始降溫，通過(guò)溫度傳感器7可測(cè)的實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)的溫度，溫度傳感器7能夠給予溫度控制系統(tǒng)15實(shí)時(shí)反饋，若實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)的溫度高于所需溫度，則溫度控制系統(tǒng)15命令液氮循環(huán)系統(tǒng)8繼續(xù)工作，若實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)的溫度低于所需溫度，則溫度控制系統(tǒng)15命令液氮循環(huán)系統(tǒng)8停止工作，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需凍結(jié)時(shí)間后，關(guān)閉液氮循環(huán)系統(tǒng)8，準(zhǔn)備融化過(guò)程；

(c)融化步驟：打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱蓋13以提高實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部的溫度，通過(guò)溫度傳感器7可測(cè)的實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)的溫度，待實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部的溫度高于0℃后，蓋上實(shí)驗(yàn)箱蓋13，打開(kāi)進(jìn)水閥門(mén)2，開(kāi)動(dòng)進(jìn)水泵4，使儲(chǔ)水容器9內(nèi)的水溶液沿著進(jìn)水管10流到實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部，位于進(jìn)水管10上的進(jìn)水流量計(jì)6能夠顯示進(jìn)水流量，由于出水閥門(mén)1依然處于關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部水位將持續(xù)升高，待水位漫過(guò)試樣23后，打開(kāi)出水閥門(mén)1和出水泵3，位于出水管11上的出水流量計(jì)5能夠顯示出水流量，通過(guò)調(diào)節(jié)出水泵3和進(jìn)水泵4，使進(jìn)水流量計(jì)6和出水流量計(jì)5的數(shù)值相同，由于進(jìn)水管10和出水管11處在同一個(gè)儲(chǔ)水容器9中，且實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部的進(jìn)出水流量相同，這樣就會(huì)在實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)形成穩(wěn)定的水流循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)試樣在融化過(guò)程中考慮水流作用的目的；若想要考慮水流速度對(duì)試樣融化時(shí)的影響，只需調(diào)節(jié)出水泵3和進(jìn)水泵4的壓力大小，就能夠?qū)崿F(xiàn)融化時(shí)不同水流速度的目的，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需融化時(shí)間后，關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén)2，繼續(xù)保持出水閥門(mén)1的打開(kāi)狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部水位將持續(xù)下降，直至不再出水，此時(shí)，一個(gè)凍融循環(huán)過(guò)程結(jié)束；

(d)若需要進(jìn)行下一個(gè)凍融循環(huán)，只需重復(fù)步驟(b)～(c)。

實(shí)施例2：

如圖2～3所示的一種可考慮水流影響的凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置，是由出水閥門(mén)1、進(jìn)水閥門(mén)2、出水泵3、進(jìn)水泵4、出水流量計(jì)5、進(jìn)水流量計(jì)6、溫度傳感器7、液氮循環(huán)系統(tǒng)8、儲(chǔ)水容器9、進(jìn)水管10、出水管11、實(shí)驗(yàn)箱主體12、實(shí)驗(yàn)箱蓋13、試樣架14、溫度控制系統(tǒng)15、流量控制系統(tǒng)16、導(dǎo)線17、液氮18、進(jìn)水管孔19、出水管孔20、液氮循環(huán)孔21、導(dǎo)線孔22、試樣23和盛水容器24組成。

具體操作步驟如下：

準(zhǔn)備步驟(a)和凍結(jié)步驟(b)與實(shí)施例1中相同，在此不再陳述，下面具體描述融化步驟：

(c)融化步驟：將出水管11的一端開(kāi)口放置在盛水容器24內(nèi)部，將進(jìn)水管10的一端開(kāi)口放置在儲(chǔ)水容器9內(nèi)部。打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱蓋13以提高實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部的溫度，通過(guò)溫度傳感器7可測(cè)的實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)的溫度，待實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部的溫度高于0℃后，蓋上實(shí)驗(yàn)箱蓋13，打開(kāi)進(jìn)水閥門(mén)2，開(kāi)動(dòng)進(jìn)水泵4，使儲(chǔ)水容器9內(nèi)的水溶液沿著進(jìn)水管10流到實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部，位于進(jìn)水管10上的進(jìn)水流量計(jì)6能夠顯示進(jìn)水流量，由于出水閥門(mén)1依然處于關(guān)閉狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部水位將持續(xù)升高，待水位漫過(guò)試樣23后，打開(kāi)出水閥門(mén)1和出水泵3，位于出水管11上的出水流量計(jì)5能夠顯示出水流量，通過(guò)調(diào)節(jié)出水泵3和進(jìn)水泵4，使進(jìn)水流量計(jì)6和出水流量計(jì)5的數(shù)值相同。此時(shí)，就會(huì)在實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)形成穩(wěn)定的水流循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)試樣在融化過(guò)程中考慮水流作用的目的，但與實(shí)施例1不同的是，此時(shí)從出水管11中流出的水溶液將流入到盛水容器24中，由于試樣在水流作用下會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部成分(如巖樣內(nèi)部的礦物顆粒)流失，此時(shí)，帶有試樣內(nèi)部成分(如巖樣內(nèi)部的礦物顆粒)的水溶液將全部流入到盛水容器24中，通過(guò)分析盛水容器24內(nèi)部水溶液成分，就能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算由于水流作用引起的試樣內(nèi)部成分(如巖樣內(nèi)部的礦物顆粒)損失量的目的。若想要考慮水流速度對(duì)試樣融化時(shí)的影響，只需調(diào)節(jié)出水泵3和進(jìn)水泵4的壓力大小，就能夠?qū)崿F(xiàn)融化時(shí)不同水流速度的目的，當(dāng)?shù)竭_(dá)所需融化時(shí)間后，關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén)2，繼續(xù)保持出水閥門(mén)1的打開(kāi)狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)箱主體12內(nèi)部水位將持續(xù)下降，直至不再出水，此時(shí)，一個(gè)凍融循環(huán)過(guò)程結(jié)束；

(d)若需要進(jìn)行下一個(gè)凍融循環(huán)，只需重復(fù)步驟(b)～(c)。