具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图1～4，对本发明做进一步详细的描述。

如图1所示，一种模拟隧道周围土体冻胀变形试验装置，包括试样安装测试系统、固定装置、补液装置、制冷系统、体积压力控制系统及数据采集装置；所述固定装置设置在试样安装测试系统内部并用于支撑试样安装测试系统，所述补液装置与试样安装测试系统内部连通，为试样安装测试系统的岩土体测试基体2补水以及为岩土体测试基体2的内环中部空间补油，所述试样安装测试系统内部设有为其快速制冷的制冷系统，体积压力控制系统与补液装置连通对试样安装测试系统进行压力控制和测量冻胀后岩土体测试基体2中部排出液体的体积，所述数据采集装置与试样安装测试系统和体积压力控制系统连接，用于采集数据。

如图1所示，所述试样安装测试系统包括岩土体测试基体2、基体底座18、线型温度传感器1、环状透水石5、环状空心钢壳19、钢护筒25及刚性保温上盖22；所述岩土体测试基体2为高度15cm至20cm的环状土体，固定于基体底座18中心部位，岩土体测试基体2内部沿其轴向设有多层线型温度传感器1，且每层每隔90°按放射状设置线型温度传感器1，岩土体测试基体2外环与环状透水石5内壁紧密接触，环状透水石5外侧与环状空心钢壳19的内环紧密相连；岩土体测试基体2内环紧密设置橡皮膜26，所述钢护筒25间隙套装在环状空心钢壳19外侧，刚性保温上盖22完全覆盖住试样安装测试系统的顶部，刚性保温上盖22除边缘突出的实心部分外，其余内部空间充填保温海绵15，即刚性保温上盖22的填充保温海绵15部分的直径与环状空心钢壳19外径一致；且钢护筒25内部也充填了保温海绵15，以隔绝岩土体测试基体2与外界环境的热量交换，保证冻胀变形不从岩土体测试基体2的顶部和底部发生。

如图1～4所示，所述固定装置包括多个固定杆限位螺母23、多根固定杆24及多根支脚17；所述岩土体测试基体2通过多根支脚17支撑在基体底座18上，优选为四根，以及刚性保温上盖22内部由多根支脚17支撑，优选为四根，并在周围填充保温海绵15；所述基体底座18与刚性保温上盖22之间通过多根固定杆24连接，用固定杆限位螺母23调整和固定固定杆24。

如图1所示，所述补液装置包括补油箱10、补油管6、补水箱11及补水管16；所述补油箱10通过补油管6向岩土体测试基体2内环中部空间补充航空油，补水箱11连通补水管16通过环状透水石5对岩土体测试基体2补水。

如图1、图2所示，所述制冷系统包括内螺旋冷却管4、外螺旋冷却管21、冷却液流通管9及冷浴机20；在所述橡皮膜26内环内部设置内螺旋冷却管4，所述内螺旋冷却管4的正中间设置有线型温度传感器1；外螺旋冷却管21环套在环状空心钢壳19的环壁空腔内，具体为外螺旋冷却管21外侧设置在环状空心钢壳19的外环，外螺旋冷却管21内侧设置在环状空心钢壳19的内环；所述两个冷浴机20中的一个冷浴机20通过冷却液流通管9与内螺旋冷却管4的进口和出口连通，另一个冷浴机20通过冷却液流通管9与外螺旋冷却管21的进口和出口连通，

用冷浴机20制冷冷却液，冷却液经过冷却液流通管9达到内螺旋冷却管4和外螺旋冷却管21，通过流通降低温度，内螺旋冷却管4周围的液体采用热胀冷缩值极小的航空油。

如图1所示，体积压力控制系统包括用于进行压力控制的压力体积控制器12；所述压力体积控制器12安装在补油管6上并通过补油管6保持岩土体测试基体内环中部空间航空油的体积，控制岩土体测试基体2的内环中部空间的压力不变，用于测试低温岩土体测试基体2中部排出液体的体积，即可计算得到岩土体测试基体2真实的冻胀变形量。

如图1所示，所述数据采集装置包括数据采集仪13、电脑14及多个数据采集线3；多个所述线型温度传感器1的数据均通过数据采集线3传输到数据采集仪13，数据采集仪13连接电脑14，由电脑14处理所有数据，压力体积控制器12的数据通过数据采集线3连接电脑14。

所述支脚17由聚氯乙烯材料制成。

所述外螺旋冷却管21和内螺旋冷却管4由黄铜制成。

岩土体测试基体2底部放置了四个等高度支脚17，且刚性保温上盖22内部同样放置了四个等高度支脚17，四个等高度支脚17之间的夹角为90度，能保证结构装置的垂直度，四个等高度支脚17放置在基体底座18上，并且刚性保温上盖22通过固定杆限位螺母23连接固定杆24，能约束整个装置，增强整个结构装置的稳定性。

本发明的制冷系统可以快速制冷，自主调节温度，恒温效果好，操作简单方便。可以同时对岩土体测试基体2内环中部空间内的航空油和环状空心钢壳19进行降温，实现土体的冻胀变形过程。刚性保温上盖22需设置四个导线孔(用于数据采集线3的安装)，岩土体测试基体2顶部中央空心处的刚性保温上盖22需设置三个管道孔(分别用于补油管6、冷却液流通管9和排气管7的安装)，环状透水石5顶部的刚性保温上盖22也需设置一个管道孔(用于补水管16的安装)，再在环状空心钢壳19顶部设置一个管道孔(用于补水管16的安装)。岩土体测试基体2底部中央处的环状空心钢壳19需设置一个管道孔(用于冷却液流通管9的安装)，再在环状空心钢壳19底部设置一个管道孔(用于冷却液流通管9的安装)。在岩土体测试基体2内环处，冷却液从冷浴机20通过冷却液流通管9对岩土体测试基体2内环中部的内螺旋冷却管4补充冷却液，再通过冷却液流通管9流至冷浴机20。在岩土体测试基体外环处，冷却液从冷浴机20通过冷却液流通管9对外螺旋冷却管21补充冷却液，再通过冷却液流通管9流至冷浴机20。压力体积控制器12连通航空油的补油箱10，通过补油管6对岩土体测试基体2中部进行补液，岩土体测试基体2顶部中央空心处设置有一个排气管7，排气管7上装有排气阀8，排气管7和排气阀8可用保证压力体积控制器12将航空油射入圆环内部。

线型温度传感器1放置于岩土体测试基体2内部，能实时监测岩土体测试基体2在冻胀变形过程中的温度变化。内螺旋冷却管4的正中央设置有一个线型温度传感器1，沿岩土体测试基体2内部径向等距布置六个线型温度传感器1为一组，沿岩土体测试基体2内壁高度方向等距布置三组线型温度传感器1，沿岩土体测试基体2圆环方向等距布置前述的三组线型温度传感器1共四次，则有十二组线型温度传感器1，共七十三个线型温度传感器1。线型温度传感器1通过数据采集线3与数据采集仪13连接，数据采集仪13与电脑14连接，用电脑14分析采集到的数据。岩土体测试基体2内环设置紧密橡皮膜26，能防止岩土体测试基体2与航空油直接接触。刚性保温上盖22完全覆盖住测试装置的顶部，刚性保温上盖22除边缘突出的实心部分外，其余内部空间充填保温海绵15，且钢护筒25内部也充填了保温海绵15，以隔绝岩土体测试基体2与外界环境的热量交换，保证冻胀变形不从岩土体测试基体2的顶部和底部发生。

岩土体测试基体2冻胀变形测试主要是通过压力体积控制器12以及制冷系统实现的。压力体积控制器12与电脑14连接，通过电脑14分析压力体积控制器12采集到的数据。压力体积控制器12通过向补油箱10抽取航空油，进而向岩土体测试基体2内部空间注满航空油，在注满过程中，需将岩土体测试基体2顶部中央的排气阀8打开，使装置内与外部环境中的气体通过排气管7与打开的排气阀8连通，注满航空油后，再将排气阀8关闭，使用压力体积控制器12设定岩土体测试基体2内部空间液体压力维持为一恒定值。内螺旋冷却管4、外螺旋冷却管21、冷浴机20，冷却液流通管9组成制冷装置，分别控制联通内外螺旋管的冷浴，使得环状土体内外环之间形成稳定的温度梯度，岩土体测试基体2在环向的温度梯度下进行由内向外的冻结，岩土体测试基体2在此过程发生冻胀变形，此时岩土体测试基体2内部空间体积发生变化，导致部分航空油排回压力体积控制器12，而压力体积控制器12能监测岩土体测试基体2内部航空油排出的体积，即岩土体测试基体2冻胀变形体积的变化，从而得出一个精准的冻胀变形率。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。