冻胀体变的测量方法及装置

1.本技术涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种冻胀体变的测量方法及装置。


背景技术：

2.我国寒区分布广泛。随着我国经济的发展与资源需求的增加，资源蕴藏丰富的寒区开发建设逐渐受到人们的关注，因此不断带动寒区工程建设的兴起与基础设施逐步发展。然而，冻胀变形引起的构筑物的工程病害也随之而来。
3.在季节性冻土区，差异性冻胀是引起建筑物、路基结构等构筑物的变形、开裂以致破坏的主要原因。低温条件下，由于土体中水的冻结相变和迁移作用下冰体(凸镜状冰体)的增长引起土体的冻胀体积变形。不同含水率与孔隙结构的土体冻胀体积变形规律有所差异，而且随着温度、土样初始体积等的变化，均会改变土体的体积变形。经历一年四季的冻融循环，冻胀病害引起的寒区财产损失不可忽略。因此，低温条件下土体冻胀规律的机理研究是冻土学的重点课题。而精细化测量土体在低温下的冻胀体积变形是正确认识冻胀规律的基础。
4.目前，比较常用的一种冻胀变形的测量方式是将待测试样放入密封袋，随后将密封袋放置冷冻液中，通过测量流出的冷冻液的质量，得到试样的冻胀变形。这种方式原理简单，但在具体应用时，由于需要持续、精确测量不同温度下的冻胀体积变形以获取温度—冻胀体变曲线，如果按照上述方式进行测量，则在测量温度为t1的冻胀体积后，密闭装置内部的冷浴液已经流出，再次测量温度为t2时的冻胀体积时，试样体积可能会降低，此时冷浴液无法回流，需要重新制样，使得操作繁琐，影响测量的效率。


技术实现要素：

5.本技术的主要目的在于提供一种冻胀体变的测量方法及装置，解决现有的通过测量流出的冷冻液的质量，得到试样的冻胀变形的方式在实际应用中存在的操作繁琐、测量效率低的问题。
6.为了实现上述目的，根据本技术的第一方面，提供了一种冻胀体变的测量方法。
7.根据本技术的冻胀体变的测量方法包括：通过精密天平获取包含待测试样的第一测量体系在空气中的第一质量，所述第一测量体系还包括用于密封所述待测试样的密封件、用于将所述待测试样悬挂放置在所述精密天平上的固定件、设置在所述待测试样两端的金属块；在被所述密封件密封的所述待测试样浸入容器中的冷浴液后，通过冷却设备持续调节所述冷浴液的温度，所述冷却设备通过所述容器中的循环管循环传输冷却液；通过精密天平获取不同温度的冷浴液下，所述第一测量体系对应的多个第二质量，所述温度与所述第二质量一一对应；基于阿基米德浮力定律，根据所述第一质量、所述多个第二质量计算所述待测试样在不同温度下的体积值。
8.可选的，所述基于阿基米德浮力定律，根据所述第一质量、所述多个第二质量计算所述待测试样在不同温度下的体积值包括：根据所述第一质量与每个所述温度对应的第二
质量的差值、以及所述冷浴液的密度计算每个所述温度对应的第一总排液体积；获取每个所述温度对应的所述第一测量体系中除所述待测试样的排液体积之外的其他排液体积；计算每个所述温度对应的第一总排液体积与每个所述温度对应的所述其他排液体积的差值得到每个所述温度下所述待测试样的体积値。
9.可选的，所述获取每个所述温度对应的所述第一测量体系中除所述待测试样的排液体积之外的其他排液体积包括：通过所述精密天平获取包含金属试样的第二测量体系在空气中的第三质量，所述第二测量体系还包括用于密封所述金属试样的所述密封件、用于将所述金属试样悬挂放置在所述精密天平上的所述固定件、设置在所述金属试样两端的金属块；在被密封件密封的所述金属试样置于所述容器后，通过所述冷却设备持续调节所述冷浴液的温度；通过精密天平获取不同温度的冷浴液下，所述第二测量体系对应的多个第四质量，所述温度与所述第四质量一一对应；基于阿基米德浮力定律，根据所述第三质量、所述多个第四质量计算每个所述温度对应的所述其他排液体积。
10.可选的，所述基于阿基米德浮力定律，根据所述第三质量、所述多个第四质量计算每个所述温度对应的所述其他排液体积包括：根据所述第三质量与每个所述温度对应的第四质量的差值、以及所述冷浴液的密度计算每个所述温度对应的第二总排液体积；将每个所述温度对应的第二总排液体积减去每个所述温度对应的所述金属试样的体积得到每个所述温度下对应的其他排液体积。
11.可选的，在基于阿基米德浮力定律，根据所述第一质量、所述多个第二质量计算所述待测试样在不同温度下的体积值之后，所述方法还包括：根据所述待测试样在不同温度下的体积值确定所述待测试样的冻胀体变曲线。
12.为了实现上述目的，根据本技术的第二方面，提供了一种冻胀体变的测量装置。
13.根据本技术的冻胀体变的测量装置包括：精密天平、盛有冷浴液的容器、冷却设备、循环管、金属块、固定件、密封件、计算模块，其中，所述金属块用于设置在待测试样的两端，所述密封件用于密封所述待测试样，所述固定件用于将所述待测试样悬挂放置在所述精密天平上，所述冷却设备用于通过容器中的循环管循环传输冷却液并调节所述冷浴液的温度；所述精密天平用于测量包含所述待测试样的第一测量体系在空气中的第一质量、以及在不同温度的冷浴液下所述第一测量体系对应的多个第二质量，所述温度与所述第二质量一一对应，所述第一测量体系包括所述待测试样、所述金属块、所述固定件、所述密封件；所述计算模块，用于基于阿基米德浮力定律，根据所述第一质量、所述多个第二质量计算所述待测试样在不同温度下的体积值。
14.可选的，所述计算模块还包括：第一计算单元，用于根据所述第一质量与每个所述温度对应的第二质量的差值、以及所述冷浴液的密度计算每个所述温度对应的第一总排液体积；第二计算单元，用于获取每个所述温度对应的所述第一测量体系中除所述待测试样的排液体积之外的其他排液体积；第三计算单元，计算每个所述温度对应的第一总排液体积与每个所述温度对应的所述其他排液体积的差值得到每个所述温度下所述待测试样的体积値。
15.可选的，所述金属块还用于设置在金属试样的两端，所述密封件还用于密封所述金属试样，所述固定件用于将所述金属试样悬挂放置在所述精密天平上；所述精密天平还用于测量包含所述金属试样的第二测量体系在空气中的第三质量、以及在不同温度的冷浴
液下所述第二测量体系对应的多个第四质量，所述温度与所述第四质量一一对应，所述第二测量体系包括所述金属试样、所述金属块、所述固定件、所述密封件；所述计算模块，还用于基于阿基米德浮力定律，根据所述第三质量、所述多个第四质量计算每个所述温度对应的所述其他排液体积。
16.可选的，所述计算模块还用于根据所述第三质量与每个所述温度对应的第四质量的差值、以及所述冷浴液的密度计算每个所述温度对应的第二总排液体积；将每个所述温度对应的第二总排液体积减去每个所述温度对应的所述金属试样的体积得到每个所述温度下对应的其他排液体积。
17.可选的，所述循环管有两个开口，一个为进液口，一个为出液口，所述两个开口分别与冷却设备的进液管和出液管连接。
18.可选的，所述固定件包括支架、悬挂绳、吊环，其中，所述吊环用于将密封后的待测试样与所述悬挂绳连接，所述悬挂绳悬挂在所述支架上，所述支架位于所述精密天平上。
19.可选的，所述密封件包括橡皮膜、橡皮筋，所述橡皮膜用于将所述待测试样及其两端的金属块包裹密封，所述橡皮筋用于在所述橡皮膜外部进行绑扎固定。
20.在本技术实施例的冻胀体变的测量方法及装置中，通过精密天平获取包含待测试样的第一测量体系在空气中的第一质量，第一测量体系还包括用于密封待测试样的密封件、用于将待测试样悬挂放置在精密天平上的固定件、设置在待测试样两端的金属块；在被密封件密封的待测试样浸入容器中的冷浴液后，通过冷却设备持续调节冷浴液的温度，冷却设备通过容器中的循环管循环传输冷却液；通过精密天平获取不同温度的冷浴液下，第一测量体系的多个第二质量，温度与第二质量一一对应；基于阿基米德浮力定律，根据第一质量、多个第二质量计算待测试样在不同温度下的体积值。可以看到，本技术实施例的冻胀体变的测量方式可以基于一个试样进行不同温度的持续测量，并且可以保证较高的测量精度，解决了现有的通过测量流出的冷冻液的质量，得到试样的冻胀变形的方式在实际应用中存在的操作繁琐、测量效率低的问题。
附图说明
21.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
22.图1是根据本技术实施例提供的一种冻胀体变的测量装置的示意图；
23.图2是根据本技术实施例提供的一种冻胀体变的测量方法的流程图；
24.图3是根据本技术实施例提供的一种冻胀体变曲线的示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
26.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
28.根据本技术实施例，提供了一种冻胀体变的测量装置，如图1所示，该装置包括：精密天平1、盛有冷浴液21的容器2、冷却设备3、循环管4、金属块5、固定件、密封件、计算模块，
29.其中，金属块5用于设置在待测试样8的两端，如图1所示，一端设置一个金属块5，金属块5的设置是为了增加平均密度，保证待测试样8全部浸入冷浴液21，在实际应用时可以选择密度较大的金属块5。另外，可以选择将金属块5的底面积设置为与待测试样8的底面积相同，这样在将金属块5和待测试样8一起进行密封时更方便，密封效果也更好。为了满足测量的需求，冷浴液21需要选择凝固点低，密度稳定的溶液，比如可以是甘油，也可以是乙二醇等。
30.密封件用于密封待测试样8，密封件是为了防止冷浴液21浸入试样，并且密封件还需要选择延展性好的材料，比如橡胶类的材料。本技术实施例提供了一种密封方式，如图1所示，是用由橡皮膜71和橡皮筋72组成的密封件的方式进行密封，其中用橡皮膜71将待测试样8和金属块5进行包裹密封，然后在橡皮膜71的外部用橡皮筋72进行绑扎固定，橡皮筋72的数量不作限制。
31.固定件用于将待测试样8悬挂放置在精密天平1上。本技术实施例提供了一种悬挂放置方式，如图1所示，固定件包括支架61、悬挂绳62、吊环63，其中，吊环63用于将密封后的待测试样8与悬挂绳62连接，悬挂绳62悬挂在支架61上，支架61位于精密天平1上。
32.冷却设备3用于通过容器2中的循环管4循环传输冷却液31并调节冷浴液21的温度。具体的循环管4有两个开口，一个为进液口41，一个为出液口42，两个开口分别与冷却设备3的进液管32和出液管33连接。冷却设备3根据所需的温度，将冷却液31进行温度调节，并将其传输到循环管4中，以对容器2中的冷浴液21进行温度的调节，直到冷浴液21的温度达到所需的温度。本实施例提供了一种冷却设备3，如图1所示，包括压缩机34，装有冷却液31的冷却系统35，连接冷却系统35和循环管4的进液管32和出液管33。冷却液31可以为乙二醇等其他凝固点低的冷却液，且至少在测量所需的温度下不会凝固。图1中循环管4的形状为螺旋状，当然，在实际应用中也可以是其他的形状。
33.精密天平1用于测量包含待测试样8的第一测量体系在空气中的第一质量、以及在不同温度的冷浴液21下第一测量体系对应的多个第二质量，温度与第二质量一一对应，第一测量体系包括待测试样8、金属块5、固定件、密封件。使用精密天平1可以保证测量较高的精度，待测试样8是由待测量冻胀体变的土体按照预设尺寸制作的，在实际测量应用中，每一种土体通常需要测量不同含水率的冻胀体积，因此待测试样可以采用预制压样法，将一定比例的土体、水搅拌均匀，得到含水率为w的预设尺寸的待测试样。图1中示出了在冷浴液21下第一测量体系对应的多个第二质量的测试状态示意图，每个第二质量的获取是在被密
封件密封的待测试样8浸入容器2中的冷浴液后，并且在冷浴液21的温度稳定在所需温度一段时间(比如可以为2小时或者其它能够让待测试样充分冻胀并保持体积稳定的时长)后精密天平1测到的质量值。图1中，示出了待测试样8冻胀后的边缘轮廓线81的示意图。另外，对于第二质量的获取用示例进行说明，假设当前冷浴液21的温度为t1，想要获取冷浴液21温度为t2(t2《t1)时待测试样8的体积値，则在将冷浴液21的温度稳定到t2，并再经过2小时后，精密天平1的测量值为温度t2对应的第二质量。
34.计算模块，用于基于阿基米德浮力定律，根据第一质量、多个第二质量计算待测试样8在不同温度下的体积值。本技术实施例是基于阿基米德浮力定律确定待测试样8在不同温度下的体积值的。具体的，计算模块包括：第一计算单元，用于根据第一质量与每个温度对应的第二质量的差值、以及冷浴液21的密度计算每个温度对应的第一总排液体积；第二计算单元，用于获取每个温度对应的第一测量体系中除待测试样8的排液体积之外的其他排液体积；第三计算单元，计算每个温度对应的第一总排液体积与每个温度对应的其他排液体积的差值得到每个温度下待测试样8的体积値。计算模块可以为普通计算机、或专用计算机、或可移动智能终端等能够执行计算模块中的计算流程的装置或设备。下面对待测试样8在不同温度下的体积值的计算进行进一步的详细说明：
35.在待测试样8没有浸入(完全在空气中)冷浴液21的时候，精密天平1得到的第一质量是第一测量体系总的质量，在待测试样8浸入(完全浸入)冷浴液21的时候，如图3所示，精密天平1得到的第二质量是第一测量体系去除受到的浮力后对应的质量。即：
36.m1＝g1/g，
ꢀꢀ
(1)
37.m2＝(g
1-f
1浮
)/g
ꢀꢀ
(2)
38.其中，m1为第一质量，g1为第一测量体系的重力，f
1浮
为待测试样8浸入冷浴液21后，第一测量体系受到的浮力，g为重力常数。
39.根据阿基米德浮力定律可得：
40.f
1浮
＝ρgv1ꢀꢀ
(3)
41.其中，ρ为冷浴液21的密度，v1为待测试样8浸入冷浴液21后总的冷浴液排液体积，即第一总排液体积
42.结合上述公式、(1)(2)(3)可以得到：
[0043]v1
＝(m1-m2)/ρ
ꢀꢀ
(4)
[0044]
根据公式(4)，第一计算单元可以计算得到第一总排液体积v1，每个第二质量是在不同的温度t下得到的，因此根据不同的第二质量可得到多个温度对应的多个第一总排液体积v1。
[0045]
又由于，v1＝v
t
+v2ꢀꢀ
(5)
[0046]
其中，v
t
为温度为t时，待测试样8的体积値，v2为温度为t时除待测试样8的排液体积之外的其他排液体积，对应于图1，v2即金属块5、密封件(橡皮膜71和橡皮筋72)、固定件中浸入冷浴液的部分(图1中为部分悬挂绳62、吊环63)的总排液体积。
[0047]
因此第三计算单元可以根据公式(4)(5)可以计算得到待测试样8的体积値v
t
，但在这之前还需要确定其他排液体积v2的值。下面对其他排液体积v2的计算进行说明：其他排液体积v2的计算也需要使用图1中的冻胀体变的测量装置进行测量，具体为金属块5设置在金属试样的两端，密封件密封金属试样，固定件将金属试样悬挂放置在精密天平1上。然后
通过精密天平1测量包含金属试样的第二测量体系在空气中的第三质量、以及在不同温度(此处温度的选择与前述待测试样8浸入冷浴液21选择的温度是对应一致的)的冷浴液21下第二测量体系对应的多个第四质量，温度与第四质量一一对应，第二测量体系包括金属试样、金属块5、固定件、密封件。在得到第三质量和多个第四质量后，计算模块基于阿基米德浮力定律，根据第三质量、多个第四质量计算每个温度对应的其他排液体积。具体为，根据第三质量与每个温度对应的第四质量的差值、以及冷浴液的密度计算每个温度对应的第二总排液体积；然后将每个温度对应的第二总排液体积减去每个温度对应的金属试样的体积得到每个温度下对应的其他排液体积。下面对每个温度下对应的其他排液体积的计算进行进一步的详细说明：
[0048]
在金属试样没有浸入(完全在空气中)冷浴液21的时候，精密天平1得到的第三质量是第二测量体系总的质量，在待测试样8浸入(完全浸入)冷浴液21的时候，精密天平1得到的第四质量是第二测量体系去除受到的浮力后对应的质量。即：
[0049]
m3＝g2/g，
ꢀꢀ
(6)
[0050]
m4＝(g
2-f
2浮
)/g
ꢀꢀ
(7)
[0051]
其中，m3为第三质量，g2为第二测量体系的重力，f
2浮
为金属试样浸入冷浴液21后，第二测量体系受到的浮力，g为重力常数。
[0052]
根据阿基米德浮力定律可得：
[0053]f2浮
＝ρgv3ꢀꢀ
(8)
[0054]
其中，ρ为冷浴液21的密度，v3为金属试样浸入冷浴液后总的冷浴液排液体积，即第二总排液体积
[0055]
结合上述公式(6)(7)(8)可以得到：
[0056]v3
＝(m3-m4)/ρ
ꢀꢀ
(9)
[0057]
因此根据公式(9)，可以计算得到第二总排液体积v3，每个第四质量是在不同的温度t下得到的，因此根据多个第四质量可以得到多个温度对应的多个第二总排液体积v3。
[0058]
又由于，v3＝v4+v2ꢀꢀ
(10)
[0059]
其中，v4为温度为t时金属试样的体积値。
[0060]
又由于金属试样是已知尺寸，并且随温度的变化可以忽略，因此可以根据其尺寸计算出v4，假设金属试样是圆柱形，则可以根据其直径，高度计算出金属试样的体积v4。因此根据公式(9)(10)可以计算出其他排液体积v2，
[0061]v2
＝v
3-v4＝(m3-m4)/ρ-v4ꢀꢀ
(11)
[0062]
每个v2对应一个m4，每个m4对应一个温度t，因此可以得到不同温度t分别对应的其他排液体积v2。得到不同温度t分别对应的其他排液体积v2后再根据公式(4)(5)可以计算得到待测试样8的体积値v
t
，即：
[0063]vt
＝v
1-v2＝(m1-m2)/ρ-(m3-m4)/ρ-v4。
[0064]
需要说明的是，为了保证测量的准确性，本技术实施例中的待测试样8、金属试样在空气中的体积设置为一致。另外，对于不同种类或者相同种类不同含水量的土体，即不同的待测试样8，若待测试样的尺寸是相同的，且选择的温度是一样的，则v2是通用的，不需要针对不同的待测试样8分别进行测量。
[0065]
从以上的描述中，可以看出，本技术实施例的冻胀体变的测量装置中，可以基于一
个试样在低温冻胀过程中，使用精密天平持续测量系统的重量变化，然后计算待测试样的冻胀变形，具有可持续、无损测量的优势，并且可以保证较高的测量精度，解决了现有的通过测量流出的冷冻液的质量，得到试样的冻胀变形的方式在实际应用中存在的操作繁琐、测量效率低的问题。
[0066]
根据本技术实施例，还提供了一种冻胀体变的测量方法，该方法应用于前述实施例中的冻胀体变的测量装置，如图2所示，该方法包括如下的步骤s101-s104：s101.通过精密天平获取包含待测试样的第一测量体系在空气中的第一质量；其中，第一测量体系还包括用于密封待测试样的密封件、用于将待测试样悬挂放置在精密天平上的固定件、设置在待测试样两端的金属块；s102.在被密封件密封的待测试样浸入容器中的冷浴液后，通过冷却设备持续调节冷浴液的温度，冷却设备通过容器中的循环管循环传输冷却液；s103.通过精密天平获取不同温度的冷浴液下，第一测量体系的多个第二质量，温度与第二质量一一对应，即一个温度对应一个第二质量；s104.基于阿基米德浮力定律，根据第一质量、多个第二质量计算待测试样在不同温度下的体积值。
[0067]
步骤s101中，将待测试样8与两个金属块5用图1实施例中的封装件封装、固定件悬挂放置在精密天平1上后可以获取第一质量；步骤s102中，将封装后的待测试样8浸入冷浴液21后，通过图1实施例中的冷却设备3根据测量的需求调节冷浴液21的温度，在冷浴液21稳定在某一温度，并且持续一段时间(比如可以为2小时，实际应用中可以根据待测试样8的种类设置不同的时间)后，执行步骤103获取第二质量，不同的冷浴液21温度可以得到不同的第二质量。步骤s104中，基于阿基米德浮力定律，根据第一质量、多个第二质量计算待测试样8在不同温度下的体积值具体为：首先根据第一质量m1与每个温度对应的第二质量m2的差值、以及冷浴液21的密度ρ计算每个温度对应的第一总排液体积v1，具体为v1＝(m1-m2)/ρ；
[0068]
其次，获取每个温度对应的第一测量体系中除待测试样8的排液体积之外的其他排液体积；获取每个温度对应的其他排液体积也是基于图1实施例中的测量装置获取的，具体包括：通过精密天平1获取包含金属试样的第二测量体系在空气中的第三质量m3，第二测量体系还包括用于密封金属试样的密封件、用于将金属试样悬挂放置在精密天平1上的固定件、设置在金属试样两端的金属块5；在被密封件密封的金属试样浸入(完全浸入)容器2中的冷浴液21后，通过冷却设备3持续调节冷浴液21的温度；通过精密天平1获取不同温度的冷浴液21下，第二测量体系对应的多个第四质量m4，温度与第四质量一一对应，即一个温度对应一个第四质量；基于阿基米德浮力定律，根据第三质量m3、多个第四质量m4计算每个温度对应的其他排液体积v2。具体为：v2＝(m3-m4)/ρ-v4；
[0069]
最后，计算每个温度对应的第一总排液体积v1与每个温度对应的其他排液体积v2的差值得到每个温度下待测试样的体积値v
t
。即v
t
＝v
1-v2＝(m1-m2)/ρ-(m3-m4)/ρ-v4。
[0070]
基于前述的步骤，即可以在制备一个待测试样的情况下，得到待测试样在不同的温度下的体积值；基于待测试样在不同温度下的体积值就可以确定待测试样的冻胀体变曲线，如图3所示为某一待测试样的冻胀体变曲线的示意图，其中横坐标为温度t，t4的温度最低，但是绝对值最大，纵坐标为体积値v，每个温度与对应的一个体积值可以确定一个点，多个点连接组成为冻胀体变曲线a。而且，从待测试样的体积値v
t
的计算公式中，可以看到，本技术实施例中的测量方式的精度主要取决于质量的精度，因此本技术实施例中选择用于测
量质量的精密天平可以使最终的得到的体积値的精度更高，每个体积値对应一个温度点，因此在得到冻胀体变曲线时，体积値的精度越高，对应的温度点可以选取的足够密集，温度点越密集冻胀体变曲线准确性越高，这样可以为待测试样的冻胀体变规律的分析提供更准确的数据支持。另外，图3中曲线b是除待测试样8的排液体积之外的其他排液体积在不同温度下对应的变化曲线。
[0071]
从以上的描述中，可以看出，本技术实施例的冻胀体变的测量方法中，通过精密天平获取包含待测试样的第一测量体系在空气中的第一质量，第一测量体系还包括用于密封待测试样的密封件、用于将待测试样悬挂放置在精密天平上的固定件、设置在待测试样两端的金属块；在被密封件密封的待测试样浸入容器中的冷浴液后，通过冷却设备持续调节冷浴液的温度，冷却设备通过容器中的循环管循环传输冷却液；通过精密天平获取不同温度的冷浴液下，第一测量体系的多个第二质量，温度与第二质量一一对应；基于阿基米德浮力定律，根据第一质量、多个第二质量计算待测试样在不同温度下的体积值。可以看到，本技术实施例的冻胀体变的测量方式可以基于一个试样进行不同温度的持续测量，并且可以保证较高的测量精度，解决了现有的通过测量流出的冷冻液的质量，得到试样的冻胀变形的方式在实际应用中存在的操作繁琐、测量效率低的问题。
[0072]
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本技术的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本技术不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0073]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种冻胀体变的测量方法，其特征在于，所述方法包括：通过精密天平获取包含待测试样的第一测量体系在空气中的第一质量，所述第一测量体系还包括用于密封所述待测试样的密封件、用于将所述待测试样悬挂放置在所述精密天平上的固定件、设置在所述待测试样两端的金属块；在被所述密封件密封的所述待测试样浸入容器中的冷浴液后，通过冷却设备持续调节所述冷浴液的温度，所述冷却设备通过所述容器中的循环管循环传输冷却液；通过精密天平获取不同温度的冷浴液下，所述第一测量体系对应的多个第二质量，所述温度与所述第二质量一一对应；基于阿基米德浮力定律，根据所述第一质量、所述多个第二质量计算所述待测试样在不同温度下的体积值。2.根据权利要求1所述的冻胀体变的测量方法，其特征在于，所述基于阿基米德浮力定律，根据所述第一质量、所述多个第二质量计算所述待测试样在不同温度下的体积值包括：根据所述第一质量与每个所述温度对应的第二质量的差值、以及所述冷浴液的密度计算每个所述温度对应的第一总排液体积；获取每个所述温度对应的所述第一测量体系中除所述待测试样的排液体积之外的其他排液体积；计算每个所述温度对应的第一总排液体积与每个所述温度对应的所述其他排液体积的差值得到每个所述温度下所述待测试样的体积値。3.根据权利要求2所述的冻胀体变的测量方法，其特征在于，所述获取每个所述温度对应的所述第一测量体系中除所述待测试样的排液体积之外的其他排液体积包括：通过所述精密天平获取包含金属试样的第二测量体系在空气中的第三质量，所述第二测量体系还包括用于密封所述金属试样的所述密封件、用于将所述金属试样悬挂放置在所述精密天平上的所述固定件、设置在所述金属试样两端的金属块；在被密封件密封的所述金属试样置于所述容器后，通过所述冷却设备持续调节所述冷浴液的温度；通过精密天平获取不同温度的冷浴液下，所述第二测量体系对应的多个第四质量，所述温度与所述第四质量一一对应；基于阿基米德浮力定律，根据所述第三质量、所述多个第四质量计算每个所述温度对应的所述其他排液体积。4.根据权利要求3所述的冻胀体变的测量方法，其特征在于，所述基于阿基米德浮力定律，根据所述第三质量、所述多个第四质量计算每个所述温度对应的所述其他排液体积包括：根据所述第三质量与每个所述温度对应的第四质量的差值、以及所述冷浴液的密度计算每个所述温度对应的第二总排液体积；将每个所述温度对应的第二总排液体积减去每个所述温度对应的所述金属试样的体积得到每个所述温度下对应的其他排液体积。5.根据权利要求1所述的冻胀体变的测量方法，其特征在于，在基于阿基米德浮力定律，根据所述第一质量、所述多个第二质量计算所述待测试样在不同温度下的体积值之后，所述方法还包括：
根据所述待测试样在不同温度下的体积值确定所述待测试样的冻胀体变曲线。6.一种冻胀体变的测量装置，其特征在于，所述装置包括：精密天平、盛有冷浴液的容器、冷却设备、循环管、金属块、固定件、密封件、计算模块，其中，所述金属块用于设置在待测试样的两端，所述密封件用于密封所述待测试样，所述固定件用于将所述待测试样悬挂放置在所述精密天平上，所述冷却设备用于通过容器中的循环管循环传输冷却液并调节所述冷浴液的温度；所述精密天平用于测量包含所述待测试样的第一测量体系在空气中的第一质量、以及在不同温度的冷浴液下所述第一测量体系对应的多个第二质量，所述温度与所述第二质量一一对应，所述第一测量体系包括所述待测试样、所述金属块、所述固定件、所述密封件；所述计算模块，用于基于阿基米德浮力定律，根据所述第一质量、所述多个第二质量计算所述待测试样在不同温度下的体积值。7.根据权利要求6所述的冻胀体变的测量装置，其特征在于，所述计算模块还包括：第一计算单元，用于根据所述第一质量与每个所述温度对应的第二质量的差值、以及所述冷浴液的密度计算每个所述温度对应的第一总排液体积；第二计算单元，用于获取每个所述温度对应的所述第一测量体系中除所述待测试样的排液体积之外的其他排液体积；第三计算单元，计算每个所述温度对应的第一总排液体积与每个所述温度对应的所述其他排液体积的差值得到每个所述温度下所述待测试样的体积値。8.根据权利要求6所述的冻胀体变的测量装置，其特征在于，所述循环管有两个开口，其中，一个为进液口，一个为出液口，所述两个开口分别与所述冷却设备的进液管和出液管连接。9.根据权利要求6所述的冻胀体变的测量装置，其特征在于，所述固定件包括支架、悬挂绳、吊环，其中，所述吊环用于将密封后的待测试样与所述悬挂绳连接，所述悬挂绳悬挂在所述支架上，所述支架位于所述精密天平上。10.根据权利要求6所述的冻胀体变的测量装置，其特征在于，所述密封件包括橡皮膜、橡皮筋，其中，所述橡皮膜用于将所述待测试样及其两端的金属块包裹密封，所述橡皮筋用于在所述橡皮膜外部进行绑扎固定。

技术总结
本申请公开了一种冻胀体变的测量方法及装置，本申请方法包括通过精密天平获取包含待测试样的第一测量体系在空气中的第一质量；在被密封件密封的待测试样浸入容器中的冷浴液后，通过冷却设备持续调节冷浴液的温度，冷却设备通过容器中的循环管循环传输冷却液；通过精密天平获取不同温度的冷浴液下，第一测量体系对应的多个第二质量，温度与第二质量一一对应；基于阿基米德浮力定律，根据第一质量、多个第二质量计算待测试样在不同温度下的体积值。本申请解决现有的通过测量流出的冷冻液的质量，得到试样的冻胀变形的方式在实际应用中存在的操作繁琐、测量效率低的问题。在的操作繁琐、测量效率低的问题。在的操作繁琐、测量效率低的问题。


技术研发人员：李旭 郑双飞 王盟 吴永康 赵煜鑫 杜赛朝 刘亚双 陈立宏 张栋 刘勤龙
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/19