时间：2022-08-09 03:34:53
摘 要：通过目前新研制的微机控制多功能冻土冻融试验机POWER TESTV32-SHT对各类土壤进行人工冻土的冻胀量和冻胀应力模拟试验研究，得出了不同深度不同类型土层人工冻结后的冻胀量和冻胀应力与固结应力的关系。人工冻土工程的设计、施工具有一定的参考价值。不过目前多功能冻土冻融实验机毕竟是新出的产品，在具体使用过程中有一定的局限性和不足。就其不足之处提出改进建议。
关键词：人工冻土 冻融试验机 建议
中图分类号：TU445 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0003-02
人工土层冻结技术现已广泛应用于德国、法国、美国、加拿大等许多国家的地铁、隧道、基坑等地下工程及环境保护中，积累了成功的经验并取得了巨大的经济效益[1～2]。在地铁建设冻结法施工中，冻胀会造成冻结管断裂、路面上拱、周围建筑物移位和破坏等。我国沿海有较大范围的软土分布区且地下工程量大，人工冻结施工在含水松软土层的地下工程中将有广阔的应用前景[3～5]。
在我国冻土研究处于起步阶段，而实验所用的冻融试验机也是处于初步开发阶段，兰州中科院寒区旱区研究所研制的新型冻/融试验机POWER TESTV32-SHT弥补了国内冻融试验机的空白，为人工冻土研究提供了很好的模拟环境。但在具体使用过程中有一定局限性和不足，本人通过自己操作过程中发现其中的不足提出改进建议。
1 冻胀试验设备系统及试验流程
冻/融试验机POWER TESTV32-SHT，它由酒精循环温控系统、液压系统、位移纪录系统、计算机自动数据采集系统和试验箱体五个部分组成。
酒精循环温控系统：通过如图1所示的上下端酒精循环出入口对试样进行冻结融化，控制试样的温度。
液压系统：通过如图1所示的下端推杆，对试样施加应力和控制试样变形尺寸。
位移纪录系统：通过下端推杆的移动情况来记录试样的变形尺寸。
计算机自动数据采集系统：试验过程中要采集数据有：下端推杆的位移、试样上下端的温度、下端推杆的应力以及纪录这些数据的时间，这些都是由计算机自动采集，可以人为的设定采集的密度和精度。
试验箱体是密闭的，试验中可以设定箱体的箱温，上端传力轴连接着测力仪，可以记录下端传来的力，精确到0，001 N；下端推杆由液压系统控制，用来给试样施加荷载，其还连接着位移记录仪，可以记录推杆的位移，精确到0，001 mm，推杆施加荷载可以有两种形式，一种是力控制，一种是位移控制。这两种加载形式都是通过控制软件在试验前编好的，也可以两种控制形式交替作用。有机玻璃圆筒内径为100 mm，高度可以根据试样尺寸不同而不同，一般在200～300 mm之间，试样直径比有机玻璃圆筒略小0.2～0.5 mm，高度在90～150 mm之间；可根据试验需要在有机玻璃圆筒上适当的位子钻直径1～2 mm的小洞，用来安插热敏电阻测温探头，以便纪录试样不同部位的温度变化，其可精确到±0.05度；上下端的酒精循环出入口是用来给顶板和底板提供冷源；上下端进出水口可以用来给试样补水和排水。
2 冻融试验机的优点
多功能冻土冻融试验机POWER TESTV32-SHT可以对各类土壤进行人工冻土的冻胀量和冻胀应力模拟试验研究（冻胀力试验是保持试样上下端位移不变而冻结试样，产生冻胀力；冻胀量试验是保持试样上下端应力不变而冻结试样，试样因为冻结膨胀产生冻胀量）。得出了不同深度不同类型土层人工冻结后的冻胀量和冻胀应力与固结应力的关系，对人工冻土工程的设计、施工具有一定的参考价值。
3 冻融试验机的不足和改进
（1）这款试验机最大的不足是试样安装非常困难，一个人几乎不可能完成。本人就是一个人做这个实验，每次安装试样花费大量时间，而且经常弄坏试样，试样浪费严重。
安装试样时，要把有机玻璃筒8上下各四个固定螺丝卸掉，去下有机玻璃筒，然后在有机玻璃筒内壁涂上凡士林来消除试样和玻璃壁的摩擦力，把试样放在有机玻璃筒中间，然后要把装有试样的有机玻璃筒再装回去，期间要不能让试样变形及滑落，固定有机玻璃筒的上下各4个螺丝要旋紧，还要照顾到下端推杆的位置。本人自己一个人做实验时，是左手托住装有试样的有机玻璃筒，并把有机玻璃筒顶住上端隔板，右手旋紧螺丝，把上下端固定的各4个螺丝旋紧，边选边调整，要是下端推杆正对这有机玻璃筒中心，然后然让下端推杆上移到有机玻璃筒1 cm左右，这时左手才能松开，试样会顺着筒壁下滑到推杆上，观察推杆和试样边缘是否对齐，没有对齐，要调整螺丝和有机玻璃筒，直到对齐为止，可以说这是非常困难而且浪费时间力气。
本人建议，下端推杆要换到上端，就是下端固定，上端改成推杆，这样安装试样时，有机玻璃筒，就不用卸下来，而试样可以直接放到有机玻璃筒内，由于有机玻璃筒固定，上端推杆很容易跟它对齐。
（2）这款冻融机保温密闭性很差，做实验时，本来只能是仪器内部会降温，外面温度应该不会太大变化，但是我做实验时，这个实验室温度都很低，兰州7月天气，我在实验室里面穿外套都感觉很冷，这是冻融机隔温密闭效果才，使冷气外泄的结果。
（3）冻融机的观察窗玻璃应该换成防雾玻璃，这样才能够清楚的观察冻融机的实验过程，避免意外发生。
4 结论
（1）下端固定，上端改成推杆，上下倒置一下，方便试样安装，减少试样震动变形对实验结果的影响。
（2）增强冻融机的保温隔热效果，节约能源，改善实验环境。
（3）观察窗应该换成防雾玻璃，方便观察实验过程和避免意外发生。
参考文献
[1] Zheng Xiuqing and G， N， Flerchinger.Infiltration into Freezing and Thawing Soils under Differing Field Treatments[J].J， Irrig， and Drain， Engrg，2011，127（3）：176-182.
[2] L，U，Arenson and D，C，Sego.Modeling the Freezing in Coarse Grained Sands on a Microstructural Level.Cold Regions Engineering 2006 Current Practices in Cold Regions Engineering13th International Conference on Cold Regions Engineering，July，Orono，Maine，USA，2006.
[3] 程国栋.冻土力学与工程的国际研究新进展[J].地球科学进展，2001，16（3）：293-299.
[4] 陈瑞杰，程国栋，李述训，等.人工地层冻结应用研究进展和展望[J].岩土工程学报，2000，22（1）：40-44.
[5] 陈湘生.人工地层冻结工法[J].岩土工程青年专家学术论坛，1998，11：347-355.