本發(fā)明涉及粘土凍結(jié)過程中溫度場演變和土的物理學(xué)性能變化研究，具體為一種模型槽實驗設(shè)備及其冷凍系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、不良地基和軟弱地基是工程上常見的巖土工程問題，傳統(tǒng)加固方法有柔性樁法、注漿法等，凍結(jié)法因其原理通俗、施工簡單、化學(xué)污染輕等優(yōu)點而受到越來越多的關(guān)注，凍結(jié)過程中土體膨脹和融化會對周圍工程和建筑物產(chǎn)生不利影響，這使得人工凍結(jié)法的推廣受到一定限制，因此，研究和預(yù)測凍結(jié)法施工中的凍結(jié)壁溫度場形成規(guī)律以確定凍結(jié)壁強度和穩(wěn)定性，分析凍結(jié)施工中的凍脹量和融沉量，對推廣凍結(jié)法施工在工程中的應(yīng)用意義重大。

2、申請?zhí)枮?01410022445x的中國專利公開了一種側(cè)向位移式多功能模型槽實驗系統(tǒng)，該模型槽實驗系統(tǒng)包括有模型槽部分、實驗加載部分、數(shù)據(jù)量測系統(tǒng)；模型槽部分與實驗加載部分通過螺栓連接，數(shù)據(jù)量測系統(tǒng)通過螺釘固定在模型槽部分上，所述模型槽部分包括長方體的槽體，所述槽體包括外框架、pvc板、活動擋板墻、底部鋼板和背側(cè)鋼板、加勁肋、拉撐，所述外框架通過角鋼連接而成，pvc板通過螺釘固定在外框架的兩外側(cè)加勁肋上，活動擋板墻放在外框架內(nèi)側(cè)長度方向端部，底部鋼板和背側(cè)鋼板焊接在外框架內(nèi)側(cè)的底部和背側(cè)，在外框架兩外側(cè)長度方向分別設(shè)置相互垂直的豎向和水平的加勁肋，外框架的背側(cè)設(shè)有豎向的加勁肋，在外框架頂部通過螺栓連接有兩道拉撐，但是，在向槽體內(nèi)加入實驗用的土體時，土體容易結(jié)塊，會影響實驗結(jié)果。

3、并且，不能根據(jù)需要調(diào)節(jié)槽體內(nèi)部實驗土體的密度，導(dǎo)致與實際施工土體的密度差距較大，影響實驗結(jié)果的可靠性，此外，需要更換實驗土體時，對凍結(jié)的土體由于硬度大而不方便清理，而且槽體內(nèi)壁會附著有殘留的凍結(jié)土以及泥土，難以徹底清理。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供一種模型槽實驗設(shè)備及其冷凍系統(tǒng)，在向槽體內(nèi)加入實驗土體時對結(jié)塊的土體進行破碎，并且可以根據(jù)實驗要求調(diào)節(jié)土體的密度大小，以更接近施工時的土體，另外，方便清理凍結(jié)的實驗土體，并徹底清理附著在槽體內(nèi)壁上的泥土，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種模型槽實驗設(shè)備，包括框架和框板，所述框板設(shè)于框架的內(nèi)側(cè)；

3、所述框架的通透端設(shè)有調(diào)節(jié)單元，所述調(diào)節(jié)單元用于調(diào)節(jié)框架內(nèi)部空間大小，所述框架的頂部設(shè)有破碎單元，所述破碎單元用于對框架內(nèi)部的土塊進行破碎，所述框架上設(shè)有補水單元，所述補水單元用于向框架內(nèi)的土體提供水分；

4、所述調(diào)節(jié)單元包括活動板，所述框架的通透端設(shè)有安裝座，所述安裝座的兩側(cè)對稱貫穿且轉(zhuǎn)動連接有螺紋套，所述螺紋套內(nèi)螺紋連接有螺桿，安裝座上設(shè)有驅(qū)動螺桿直線運動的驅(qū)動機構(gòu)；

5、所述破碎單元包括兩個對稱設(shè)置的縱向滑動部，兩側(cè)的縱向滑動部的滑動件之間設(shè)有橫向滑動部，所述橫向滑動部的滑動件上設(shè)有電動推桿，所述電動推桿的頂部伸縮端設(shè)有支架，所述支架的底部水平面貫穿有方筒，所述方筒的內(nèi)部滑動配合有活動桿，所述方筒的底部設(shè)有壓座，所述壓座的各個側(cè)面均滑動連接有活動座，所述活動座的底面設(shè)有破碎板。

6、優(yōu)選地，所述框架為長方體結(jié)構(gòu)，框架的頂部和一端均通透，框架由角鋼焊接而成，所述框板包括設(shè)于框架內(nèi)部兩側(cè)長度方向上的pvc板以及分別設(shè)于框架底部和內(nèi)部端面的鋼板，pvc板采用透明材質(zhì)制成。

7、優(yōu)選地，所述活動板與框架內(nèi)長度方向的框板滑動配合，所述活動板的外側(cè)面設(shè)有固定架，所述安裝座的側(cè)面貫穿有導(dǎo)桿，所述導(dǎo)桿的端部與所述固定架固定連接，所述螺桿的端部與固定架固定連接。

8、優(yōu)選地，所述驅(qū)動機構(gòu)包括調(diào)節(jié)電機和對稱設(shè)置的副齒輪，兩個所述副齒輪分別固定套接在兩側(cè)的螺紋套上，所述調(diào)節(jié)電機設(shè)于安裝座的頂部，所述調(diào)節(jié)電機上設(shè)有主齒輪，所述主齒輪和兩側(cè)的副齒輪通過與齒帶嚙合實現(xiàn)傳動連接。

9、優(yōu)選地，兩個所述縱向滑動部分別設(shè)于框架的頂部兩側(cè)，所述支架為z形結(jié)構(gòu)，所述支架的側(cè)面通過限位板設(shè)有壓力傳感器，所述活動桿的頂部與壓力傳感器的檢測端固定連接，所述活動桿的外部套接有緩沖彈簧，所述緩沖彈簧的兩端分別與活動桿和方筒的頂部固定連接；

10、所述活動座的頂部設(shè)有與活動座對應(yīng)的電動伸縮桿，所述電動伸縮桿伸縮端通過連接座與活動座固定連接。

11、優(yōu)選地，所述補水單元包括底板，所述底板的頂部設(shè)有伸縮框，所述伸縮框的頂部設(shè)有安裝板，所述安裝板的底面兩側(cè)均通過支座轉(zhuǎn)動連接有集流管，所述集流管的底部設(shè)有噴淋頭。

12、優(yōu)選地，所述底板設(shè)于框架的上方，所述底板的邊緣處設(shè)有液壓桿，所述液壓桿的頂部與所述安裝板固定連接，所述框架的頂部外側(cè)且與底板對應(yīng)的位置固定套接有密封框；

13、所述框架的側(cè)面設(shè)有液壓缸，所述液壓缸的頂部伸縮端與底板固定連接。

14、優(yōu)選地，所述支座的側(cè)面設(shè)有轉(zhuǎn)動電機，所述轉(zhuǎn)動電機的輸出軸與集流管的端部固定連接，所述集流管上固定連通有供水管，所述供水管與外部的供水系統(tǒng)連接；

15、所述安裝板的頂部固定連通有連通管，所述連通管上設(shè)有電磁閥。

16、本發(fā)明還提供一種冷凍系統(tǒng)，所述冷凍系統(tǒng)用于如上所述的模型槽實驗設(shè)備，包括冷凍單元，所述冷凍單元包括插接孔和冷凍機，所述插接孔開設(shè)于框架的端部，所述插接孔貫穿框板，所述插接孔內(nèi)插接有冷凍管；

17、所述冷凍機設(shè)于安裝板的頂部，所述冷凍機的輸入端和輸出端分別通過保溫管與冷凍管的輸入端和輸出端固定連通；

18、還包括溫度自動采集系統(tǒng)和流量控制系統(tǒng)，所述流量控制系統(tǒng)和溫度自動采集系統(tǒng)分別設(shè)于冷凍管上進出框板的位置。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

20、1、本發(fā)明在將土體置入框架內(nèi)時，使電動推桿伸縮，通過支架以及緩沖彈簧的連接作用驅(qū)動方筒帶動壓座上下運動，對土塊拍擊破碎，并與縱向滑動部和橫向滑動部之間的配合驅(qū)動電動推桿進行縱向和橫向運動，使壓座的上下運動覆蓋到土體的各個位置。

21、2、本發(fā)明在土體中頂部和底部的水分含量差距較大時，使底板與密封框貼合，控制電磁閥使連通管開通，利用液壓桿的收縮使伸縮框完全收縮，再使連通管閉合，框架底部的排水管開通，利用液壓桿的伸長使伸縮框伸長，使得框架頂部和伸縮框之間處于負壓狀態(tài)，使得集聚在土體底部的水分向土體的頂部逐漸遷移，縮小水分含量差距。

22、3、本發(fā)明在將土體注入框架后，利用驅(qū)動機構(gòu)的正反驅(qū)動使得螺桿往復(fù)直線運動，實現(xiàn)活動板往復(fù)直線運動，以對土體進行水平往復(fù)擠壓，增大水平方向上的土體密度，再使電動推桿大幅度快速往復(fù)伸縮，壓座上下往復(fù)運動，以增大壓座對土體的擠壓，對土體的頂部夯實，增大豎直方向上土體的密度，進而提高土體的整體密度，使實驗更接近施工環(huán)境的土體。

23、4、本發(fā)明對凍結(jié)的土體清理時，利用電動伸縮桿伸長使破碎板的底部向下伸出，利用電動推桿使壓座帶動破碎板上下運動，對凍結(jié)的土體破碎，同時，利用調(diào)節(jié)電機反向轉(zhuǎn)動，使活動板遠離凍結(jié)土體，以使凍結(jié)的土體更容易碎裂，以實現(xiàn)凍結(jié)土體的快速清理。