一种水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置及方法

1.本发明属于冻土力学领域，具体涉及一种水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置及方法。


背景技术：

2.近年来随着全球气候变暖和人类工程活动的加剧，冻土所处的温度条件及地下水条件时刻改变。受地层温度、大气温度、降雨和地下水等边界条件的综合影响，冻土材料一直处于水热力耦合的复杂环境。冻土作为寒区建(构)筑物的重要地基材料，其蠕变特性对温度、水分和荷载异常敏感，充分了解冻土在水热力耦合作用下的蠕变特性对评价寒区建(构)筑物稳定性具有重要的意义。
3.寒区建(构)筑物修筑完成之后，原有冻土地基的水分场、温度场和应力场发生一定的变化，冻土的力学特性发生改变，冻土地基的整体变形随着时间产生明显的蠕变，当变形达到超过建(构)筑物的允许范围之后，建(构)筑物的基础出现失稳甚至破坏。所以研究水热力耦合冻土蠕变特性对保持寒区工程基础的稳定性具有重要的意义。
4.目前对冻土的直剪蠕变特性的研究主要是在恒定的低温环境中进行，没有考虑冻土内部温度改变造成的水分迁移现象，这样得到的试验结果虽然在一定程度上能够指导工程实践，但是不能客观真实的反映温度场和水分场的改变造成的热力耦合演化规律对其变形特性的影响，因此水热力耦合作用下冻土工程的变形机理研究一直未能够取得新的突破和进展。
5.要对水热力耦合作用下冻土的力学行为及变形特性进行全面深刻的认识和掌握，首选需要搭建合理试验平台和试验装置，构建完善的试验方法。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置及方法。
7.本发明实施例的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，包括：试筒，所述试筒顶部设置试筒顶盖；隔液仓，所述隔液仓设置在所述试筒内部；剪切盒，所述剪切盒设在所述隔液仓内部，且所述剪切盒的底部与所述试筒的底部连接，剪切盒内放置有试样；制冷盘，所述制冷盘设在所述剪切盒内部，且所述制冷盘设在所述试样的两端；补水盘，所述补水盘设在所述剪切盒内，且所述补水盘与所述制冷盘连接；压力荷载组件，所述压力荷载组件依次穿过所述试筒顶盖和所述隔液仓后，与所述剪切盒的顶部连接；拉力荷载组件，所述拉力荷载组件与所述剪切盒的外壁连接；变速马达，所述变速马达与所述拉力荷载组件连接。
8.本发明的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，操作简便，可以进行水热力耦合下冻土的直接剪切试验、单轴压缩和单轴蠕变试验等多个试验。
9.可选地，所述试筒顶盖上还设有冷却液注液口，所述冷却液注液口处设有密封塞。
10.可选地，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述下剪切盒设在所述试筒的底
部，所述试样设在所述上剪切盒和所述下剪切盒之间，且所述上剪切盒和所述下剪切盒之间设有间隙。
11.可选地，所述制冷盘包括上制冷盘和下制冷盘，所述上制冷盘设在所述上剪切盒的顶部，所述下制冷盘设在所述下剪切盒的底部，所述补水盘设在所述下制冷盘的上方，所述试样设在所述上制冷盘和所述补水盘之间。
12.可选地，所述拉力荷载组件包括挂钩，所述挂钩设在上剪切盒的外部一侧。
13.可选地，所述拉力荷载组件进一步包括第一滑轮和lvdt位移传感器，所述lvdt位移传感器和所述第一滑轮分别设在所述下剪切盒的外部两侧，且所述第一滑轮与所述挂钩位于所述剪切盒的同侧，所述lvdt位移传感器与所述上剪切盒的外壁相接触。
14.可选地，所述拉力荷载组件进一步包括拉力传感器和钢绞线，所述钢绞线的两端分别连接所述上剪切盒外部的所述挂钩与所述拉力传感器，所述拉力传感器通过所述钢绞线与所述变速马达连接。
15.可选地，进一步包括热电偶，所述热电偶有多个，多个所述热电偶的一端分别穿过所述上剪切盒和所述下剪切盒后与所述试样连接，多个所述热电偶的另一端穿过所述试筒底部。
16.可选地，所述压力荷载组件包括压力传感器和竖向传力杆，所述压力传感器与所述竖向传力杆连接，所述竖向传力杆依次穿过所述试筒顶盖和所述隔液仓后与所述上剪切盒的顶部相接触。
17.根据本发明实施例的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置的使用方法，包括以下步骤：
18.s1、试样安装：将所述试样装在所述水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置中的所述剪切盒中；
19.s2、试样的冻结：向所述试筒中注入冷却液，对所述隔液仓内部进行抽真空，调节所述试筒中的冷却液温度并使所述制冷盘中制冷剂进行循环，以对所述试样实施冻结，当所述试样内部的热电偶显示达到-20℃后恒定24h，所述试样冻结完成；
20.s3、水热力耦合蠕变：所述试样冻结完成之后停止所述制冷盘中制冷剂的循环，调节所述试筒中的冷却液温度来控制环境温度，当所述试样内部温度达到试验的恒定温度之后，通过所述压力荷载组件对所述试样顶部施加荷载并通过所述补水盘对所述试样底部进行补水，设置所述制冷盘中的制冷剂温度，使所述试样内部产生水热耦合现象，观察所述试样内部热电偶，当所述试样达到试验设定的温度梯度之后启动所述变速马达，通过所述拉力传感器调节蠕变试验所需的恒定荷载，然后实时采集试样的温度数据和变形的数据。
21.本发明的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，操作简便，可以进行水热力耦合下冻土的直接剪切试验、单轴压缩和单轴蠕变试验等多个试验。
附图说明
22.图1是本发明实施例的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置的结构示意图。
23.附图标记：
24.试筒1；试筒顶盖101；冷却液102；密封塞103；乳胶垫104；温度传感器105；制冷剂进液通道106；制冷剂出液通道107；试筒底座108；
25.隔液仓2；固定螺丝201；抽真空通道202；
26.剪切盒3；上剪切盒301；下剪切盒302；
27.制冷盘4；上制冷盘401；上制冷盘温度控制进液导管4011；上制冷盘温度控制出液导管4012；下制冷盘402；下制冷盘温度控制进液导管4021；下制冷盘温度控制出液导管4022；
28.补水盘5；马氏瓶501；热电偶6；
29.压力荷载组件7；压力传感器701；竖向传力杆702；试样8；
30.拉力荷载组件9；挂钩901；第一滑轮902；第二滑轮903；钢绞线904；拉力传感器905；lvdt位移传感器906；
31.变速马达10；支架底座11；试验支架1101；支架螺母1102。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.如图1所示，本发明实施例的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，包括试筒1、隔液仓2、剪切盒3、制冷盘4、补水盘5、压力荷载组件7、拉力荷载组件9和变速马达10，试筒1顶部设置试筒顶盖101，试筒顶盖101和试筒1之间是可拆卸连接；隔液仓2设置在试筒1内部，隔液仓2是扣在试筒1底部的，隔液仓2是中空的，且开口朝下与试筒1底部连接；剪切盒3设在隔液仓2内部，且剪切盒3的底部与试筒1的底部连接，剪切盒3内放置有试样8，当试筒1内装有冷却液102时，由隔液仓2将剪切盒3与试筒1中的冷却液102隔开。
34.制冷盘4设在剪切盒3内部，且制冷盘4设在试样8的两端，方便制冷盘4分别对试样8的两端进行制冷；补水盘5设在剪切盒3内，且补水盘5与制冷盘4连接，补水盘5设在试样8与制冷盘4之间，补水盘5能够给试样8在底部进行补水；压力荷载组件7依次穿过试筒1顶盖和隔液仓2后，与剪切盒3的顶部连接，压力荷载组件7用于对剪切盒3的顶部施加压力；拉力荷载组件9与剪切盒3的外壁连接，拉力荷载组件9用于对剪切盒3施加拉力，从而间接对试样8施加拉力，以进行剪切试验；变速马达10与拉力荷载组件9连接，变速马达10用于给拉力荷载组件9提供拉力。
35.下面参考图1简要地描述水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置的使用方法，先向试筒1中注入冷却液102，对隔液仓2内部进行抽真空，再调整冷却液102的温度及制冷盘4的温度对试样8实施冻结，当试样8内部温度达到-20
°
后恒定24h，试样冻结完成。然后停止制冷盘4中制冷剂的循环，调节试筒1中的冷却液102温度来控制环境温度，当试样8内部温度达到试验的恒定温度之后，通过压力荷载组件7对试样8顶部施加荷载并通过补水盘5对试样8底部进行补水，再调整制冷盘4中制冷剂的温度，使试样8内部产生水热耦合现象，当试样8达到试验设定的温度梯度，启动变速马达10，通过拉力载荷组件9调节蠕变试验所需的恒定荷载，然后实时采集试样8的温度数据和变形的数据。
36.本发明的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，操作简便，可以进行水热力耦合下冻土的直剪蠕变试验、直接剪切试验、单轴压缩和单轴蠕变试验等多个试验。
37.如图1所示，本发明实施例的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，包括试筒1、隔液仓2、剪切盒3、制冷盘4、补水盘5、压力荷载组件7、拉力荷载组件9和变速马达10。试筒1顶
部设置试筒顶盖101，试筒顶盖101和试筒1之间的接触面处设有乳胶垫104，用于增加试筒1与试筒顶盖101之间的密封效果。试筒顶盖101上设置有制冷剂进出循环通道、温度传感器105和冷却液注液口，冷却液注液口处配有密封塞103，通过冷却液注液口向试筒1中注入冷却液102。温度传感器105用于测量试筒1内冷却液102的温度。
38.制冷剂进出循环通道包括制冷剂进液通道106和制冷剂出液通道107，通过循环内部冷却液实现控温。
39.试筒1的下方设有试筒底座108，试筒底座108设在支架底座11上，支架底座11的两侧设有试验支架1101，试验支架1101的上部设有外螺纹，试验支架1101通过支架螺母1102与试筒顶盖101连接，具体是指，试筒顶盖101的四角处设有四个通孔，试验支架1101有四个，四个试验支架1101能够一一对应地穿过四个通孔，且试验支架1101与通孔相配合，试验支架1101穿过通孔后与支架螺母1102连接，拧紧支架螺母1102，即可将试筒顶盖101与试筒1密封。试验支架1101和试筒顶盖101的通孔也可以设置两个，两个试验支架1101设在支架底座11两端的中间位置，试筒顶盖101的通孔位置与试验支架1101的位置相对应。
40.隔液仓2设在试筒1内部，隔液仓2通过固定螺丝201固定在试筒1底部，隔液仓2与试筒1的接触面上设有乳胶垫4，冷却液102进入试筒1后填充在隔液仓2与试筒1内壁之间，隔液仓2将冷却液102与其内部的剪切盒3等装置隔离开。隔液仓2内设有剪切盒3、制冷盘4、补水盘5、热电偶6、挂钩901、第一滑轮902、lvdt位移传感器8。
41.剪切盒3包括上剪切盒301和下剪切盒302，上剪切盒301和下剪切盒302的直径相等，下剪切盒302设在试筒1的底部，试样8设在上剪切盒301和下剪切盒302之间，且上剪切盒301和下剪切盒302之间设有间隙，上剪切盒301的外壁与拉力荷载组件9连接，这样的设置使得拉力荷载组件9在对上剪切盒301施加拉力时，上剪切盒3031与下剪切盒302之间能够沿着该间隙对试样进行剪切。
42.本发明实施例的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置进一步包括热电偶6，热电偶6有多个，多个热电偶6的一端分别穿过上剪切盒301和下剪切盒302后与试样8连接，多个热电偶6的另一端穿过试筒1底部。
43.上剪切盒301与下剪切盒302的一侧均设置有供热电偶6进出的通道，多个热电偶6的一端通过通道进入到上剪切盒301与下剪切盒302中与试样8连接。具体地，上剪切盒301与下剪切盒302中分别设有两个供热电偶6进出的通道，且这些供热电偶6进出的通道设在上剪切盒301与下剪切盒302的左侧。
44.试筒1底部也设有供热电偶6进出的热电偶通道，该热电偶通道中设有o型密封圈，用于密封热电偶通道与热电偶6之间的缝隙，以保证隔液仓可以抽真空。
45.制冷盘4包括上制冷盘401和下制冷盘402，上制冷盘401和下制冷盘402的直径相等，上制冷盘401设在上剪切盒301的内部顶端，下制冷盘402设在下剪切盒301的内部底端，补水盘5设在下制冷盘402的上方，试样8设在上制冷盘401和补水盘5之间。
46.上制冷盘401中设有上制冷盘温度控制进液导管4011和上制冷盘温度控制出液导管4012，上制冷盘温度控制进液导管4011和上制冷盘温度控制出液导管4012分别位于上制冷盘401的顶部两侧，上制冷盘温度控制进液导管4011和上制冷盘温度控制出液导管4012依次穿过上剪切盒301、试筒1底部后连接外部冷浴箱并形成循环通道，从而可以对试样8的上部进行调温。
47.下制冷盘402中设有下制冷盘温度控制进液导管4021和下制冷盘温度控制出液导管4022，下制冷盘温度控制进液导管4021和下制冷盘温度控制出液导管4022分别位于下制冷盘402的底部两侧，下制冷盘温度控制进液导管4021和下制冷盘温度控制出液导管4022依次穿过下剪切盒302、试筒1底部后连接外部冷浴箱并形成循环通道，从而可以对试样8的下部进行调温。
48.试筒1底部设有供上制冷盘温度控制进液导管4011、上制冷盘温度控制出液导管4012、下制冷盘温度控制进液导管4021和下制冷盘温度控制出液导管4022通过的通道，且这些通道中均设有o型密封圈，以进一步保证隔液仓2可以抽真空。
49.剪切盒3内上制冷盘401、下制冷盘402控温是通过循环与外部冷浴箱连接的制冷剂实现的，试筒1内部的冷却液也是通过循环内部冷却液实现控温的，也就是说，外部试筒1和上制冷盘401、下制冷盘402都是来控制温度的，实现内外双层温控的效果。
50.补水盘5设在下制冷盘402与试样8之间，补水盘5通过补水盘导管与马氏瓶501连接，马氏瓶501设在支架底座11上，补水盘导管上设有阀门，试筒1底部也设置有供补水盘导管穿过的通道，补水盘导管从试筒1底部的该通道穿出，且该通道中也设有o型密封圈，以进一步保证隔液仓2可以抽真空。打开补水盘导管上的阀门，就可以通过马氏瓶501向补水盘5中加水，进而可以对试样8底部进行补水。对试样底部补水是为了在温度梯度作用下试样内部有水分的迁移，采用马氏瓶对试样补水能够保证不受外界压强的影响。
51.压力荷载组件7包括压力传感器701和竖向传力杆702，压力传感器701与竖向传力杆702连接，竖向传力杆702依次穿过试筒顶盖101和隔液仓2后与上剪切盒301的顶部相接触。试筒顶盖101和隔液仓2顶部均设有供竖向传力杆702穿过的通孔，竖向传力杆702从试筒顶盖101和隔液仓2顶部的通孔插入隔液仓2内部，并与上剪切盒301的顶部相接触。该试筒顶盖101和隔液仓2顶部的通孔中也设置o型密封圈，起到密封的作用，以进一步保证隔液仓2可以抽真空。
52.压力传感器701设在试筒顶盖101上方，用于检测竖向传力杆702施加给上剪切盒301的压力。
53.拉力荷载组件9包括挂钩901、第一滑轮902、第二滑轮903、lvdt位移传感器906、拉力传感器905和钢绞线904。挂钩901设在上剪切盒301的外部一侧，挂钩901用于固定钢绞线904的一端。
54.lvdt位移传感器906和第一滑轮902分别设在下剪切盒302的外部两侧，下剪切盒302的外部两侧均设有l型钢片，两个l型钢片的位置相对应，其中一个l型钢片上设置第一滑轮902，另一端l型钢片上设置lvdt位移传感器906，且第一滑轮902与挂钩901位于剪切盒3的同侧，也就是说第一滑轮902在下剪切盒302上的位置与挂钩901在上剪切盒301上的位置相对应，且钢绞线904在挂钩901上固定好后可以绕过第一滑轮902，优选的，lvdt位移传感器906在下剪切盒302的左侧，第一滑轮902设在下剪切盒302的右侧，挂钩901设在上剪切盒301的右侧。
55.lvdt位移传感器906固定在相应的l型钢片上，并设定好量程后与上剪切盒301的外壁相接触，也就是说lvdt位移传感器906的一端与上剪切盒301相接触。
56.支架底座11上还设有第二滑轮903，钢绞线904绕过第一滑轮902后从试筒1底部的通道穿出，再绕过第二滑轮902，然后与拉力传感器905连接。试筒1底部设有供钢绞线904通
过的通道，该通道中设有o型密封圈，起到密封的作用，以进一步保证隔液仓2可以抽真空。
57.钢绞线904的两端分别连接挂钩901与拉力传感器905，拉力传感器905通过钢绞线904与变速马达10连接，也就是说钢绞线904与拉力传感器905连接后接到变速马达10上。通过钢绞线904与变速马达10对试样8施加水平剪切荷载具有操作简单，施加荷载精准平稳的优点，可以最大限度的减小试验中对试样的扰动。
58.通过更换变速马达的型号，可进行不同尺度荷载下的冻土的直剪蠕变试验，亦可进行水热耦合下冻土在不同剪切速率下的直接剪切试验，方便研究水热耦合下冻土蠕变的荷载效应和直剪的加载速率效应。
59.例如更换更大功率的马达，能够实现更大剪切力作用下的试验。
60.下面参考图1详细的描述本发明实施例的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置的使用方法，包括以下步骤：
61.s1、试样安装：在试筒1底部固定好下剪切盒302后，依次安装下制冷盘402、补水盘5、试样8、上制冷盘401、上剪切盒301、热电偶6，将与上制冷盘401、下制冷盘402、补水盘5相连的导管以及热电偶6从试筒1底部通道穿出，固定好lvdt位移传感器906，设定好量程后使lvdt位移传感器906与上剪切盒301接触；钢绞线904连接在上剪切盒301右侧的挂钩901上后，绕过固定在下剪切盒302右侧的第一滑轮902，从试筒1底部通道穿出，再绕过支架底盘11的上的第二滑轮903，然后与拉力传感器905连接后接到变速马达10上；用固定螺丝201将隔液仓2与试筒1底部固定，将连接压力传感器701的竖向传力杆702从试筒顶盖101和隔液仓2顶部的通孔插入，使竖向传力杆702与上剪切盒301的顶部相接触，通过支架螺母1102将试筒顶盖101与试筒1固定；
62.s2、试样的冻结：从试筒顶盖101的冷却液注液口注入冷却液102并盖紧密封塞103，通过抽真空通道202对隔液仓2内部进行抽真空，调节试筒1中的冷却液102温度并使上制冷盘401和下制冷盘402中的制冷剂进行循环，以对试样8实施冻结，当试样8内部的热电偶6显示达到-20℃后恒定24h，试样8冻结完成；
63.s3、水热力耦合蠕变：试样8冻结完成之后停止制冷盘4中制冷剂的循环，调节试筒1中的冷却液102温度来控制环境温度，当试样8内部温度达到试验的恒定温度之后，通过竖向传力杆702对试样8顶部施加荷载并打开补水盘5与马氏瓶501之间的阀门，对试样8底部进行补水，调整上制冷盘401和下制冷盘402中的制冷剂温度，使试样8内部产生水热耦合现象，观察试样8内部热电偶，当试样8达到试验设定的温度梯度之后启动变速马达10，通过拉力传感器905调节蠕变试验所需的恒定荷载，然后实时采集试样8的温度数据和变形的数据。
64.本发明的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，在真空环境对试样进行冻结时通过调节试筒1内冷却液温度和上制冷盘401、下制冷盘402的制冷剂温度能够快速的完成。通过对剪切盒、上制冷盘、下制冷盘及补水盘尺寸的改变，可进行不同尺寸下冻土试样的水热力耦合特性，便于研究水热力耦合下冻土力学特性发挥的尺度效应。对剪切盒进行适当改进，装置可进行水热耦合下冻土的单轴压缩和单轴蠕变试验。
65.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
66.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
67.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
68.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
69.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
70.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，包括：试筒，所述试筒顶部设置试筒顶盖；隔液仓，所述隔液仓设置在所述试筒内部；剪切盒，所述剪切盒设在所述隔液仓内部，且所述剪切盒的底部与所述试筒的底部连接，剪切盒内放置有试样；制冷盘，所述制冷盘设在所述剪切盒内部，且所述制冷盘设在所述试样的两端；补水盘，所述补水盘设在所述剪切盒内，且所述补水盘与所述制冷盘连接；压力荷载组件，所述压力荷载组件依次穿过所述试筒顶盖和所述隔液仓后，与所述剪切盒的顶部连接；拉力荷载组件，所述拉力荷载组件与所述剪切盒的外壁连接；变速马达，所述变速马达与所述拉力荷载组件连接。2.根据权利要求1所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，所述试筒顶盖上还设有冷却液注液口，所述冷却液注液口处设有密封塞。3.根据权利要求1所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述下剪切盒设在所述试筒的底部，所述试样设在所述上剪切盒和所述下剪切盒之间，且所述上剪切盒和所述下剪切盒之间设有间隙。4.根据权利要求3所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，所述制冷盘包括上制冷盘和下制冷盘，所述上制冷盘设在所述上剪切盒的顶部，所述下制冷盘设在所述下剪切盒的底部，所述补水盘设在所述下制冷盘的上方，所述试样设在所述上制冷盘和所述补水盘之间。5.根据权利要求3所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，所述拉力荷载组件包括挂钩，所述挂钩设在上剪切盒的外部一侧。6.根据权利要求5所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，所述拉力荷载组件进一步包括第一滑轮和lvdt位移传感器，所述lvdt位移传感器和所述第一滑轮分别设在所述下剪切盒的外部两侧，且所述第一滑轮与所述挂钩位于所述剪切盒的同侧，所述lvdt位移传感器与所述上剪切盒的外壁相接触。7.根据权利要求5所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，所述拉力荷载组件进一步包括拉力传感器和钢绞线，所述钢绞线的两端分别连接所述上剪切盒外部的所述挂钩与所述拉力传感器，所述拉力传感器通过所述钢绞线与所述变速马达连接。8.根据权利要求3所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，进一步包括热电偶，所述热电偶有多个，多个所述热电偶的一端分别穿过所述上剪切盒和所述下剪切盒后与所述试样连接，多个所述热电偶的另一端穿过所述试筒底部。9.根据权利要求3所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，其特征在于，所述压力荷载组件包括压力传感器和竖向传力杆，所述压力传感器与所述竖向传力杆连接，所述竖向传力杆依次穿过所述试筒顶盖和所述隔液仓后与所述上剪切盒的顶部相接触。10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、试样安装：将所述试样装在如权利要求1-9任意一项所述水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置中的所述剪切盒中；
s2、试样的冻结：向所述试筒中注入冷却液，对所述隔液仓内部进行抽真空，调节所述试筒中的冷却液温度并使所述制冷盘中的制冷剂进行循环，以对所述试样实施冻结，当所述试样内部的热电偶显示达到-20℃后恒定24h，所述试样冻结完成；s3、水热力耦合蠕变：所述试样冻结完成之后停止所述制冷盘中制冷剂的循环，调节所述试筒中的冷却液温度来控制环境温度，当所述试样内部温度达到试验的恒定温度之后，通过所述压力荷载组件对所述试样顶部施加荷载并通过所述补水盘对所述试样底部进行补水，设置所述制冷盘中的制冷剂温度，使所述试样内部产生水热耦合现象，观察所述试样内部热电偶，当所述试样达到试验设定的温度梯度之后启动所述变速马达，通过所述拉力传感器调节蠕变试验所需的恒定荷载，然后实时采集试样的温度数据和变形的数据。

技术总结
本发明公开了一种水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置及方法，所述水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置包括：试筒，试筒顶部设置试筒顶盖；隔液仓，隔液仓设置在试筒内部；剪切盒，剪切盒设在隔液仓内部，且剪切盒的底部与试筒的底部连接，剪切盒内放置有试样；制冷盘，制冷盘设在剪切盒内部，且制冷盘设在试样的两端；补水盘，补水盘设在剪切盒内，且补水盘与制冷盘连接；压力荷载组件，压力荷载组件依次穿过试筒顶盖和隔液仓后，与剪切盒的顶部连接；拉力荷载组件，拉力荷载组件与剪切盒的外壁连接；变速马达，变速马达与拉力荷载组件连接。本发明的水热力耦合的冻土直剪蠕变试验装置，操作简便，可以进行水热力耦合下冻土的直剪蠕变等多个试验。等多个试验。等多个试验。


技术研发人员：史盛 朱建才 祝凤金 金小荣 范铀凯
受保护的技术使用者：浙江大学建筑设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/1