申请/专利权人：西南交通大学

申请日：2019-04-30

公开（公告）日：2021-02-09

公开（公告）号：CN110044950B

主分类号：G01N25/02(20060101)

分类号：G01N25/02(20060101)

优先权：

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2023.04.07#未缴年费专利权终止;2019.08.16#实质审查的生效;2019.07.23#公开

摘要：本发明公开了一种冻融试验系统，其其包括试验外箱、试验内箱、半导体控温系统、用于采集试验外箱和试验内箱内温度的温度采集系统及用于给试验内箱补水的补水装置；半导体控温系统包括安装在试验外箱顶部的外箱顶部半导体制冷装置及分别安装在试验内箱外底面和顶部的内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置；外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置通过循环水泵、循环管道与冷却水储水箱导通；外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置均与控制系统和电源电连接；温度采集系统与控制系统电连接。

主权项：1.冻融试验系统，其特征在于，包括试验外箱、试验内箱、半导体控温系统、用于采集试验外箱和试验内箱内温度的温度采集系统及用于给试验内箱补水的补水装置；所述半导体控温系统包括安装在试验外箱顶部的外箱顶部半导体制冷装置及分别安装在试验内箱外底面和顶部的内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置；所述外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置通过循环水泵、循环管道与冷却水储水箱导通；外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置均与控制系统和电源电连接；所述温度采集系统与控制系统电连接；所述补水装置包括放置于试验外箱外用于记录补水量的补水量筒，所述试验内箱外侧壁上设置有蓄水管和补水管，所述补水量筒通过连接管与蓄水管连通，所述蓄水管通过毫米级微管与补水管连通，所述补水管通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管与试验内箱导通；所述补水装置还包括位于试验外箱内的渗流缓冲管，所述渗流缓冲管通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管与试验内箱导通；温度采集系统包括位于试验外箱顶部的温度探头、位于试验内箱内部上端的温度探头及多个布置于试验内箱内部不同高度处的测温探头；所述外箱顶部半导体制冷装置包括封装盖和与电源连接的第一半导体制冷片，所述第一半导体制冷片的冷端和热端分别与第一散热块和第一水冷头贴合后，并采用第一固定片固定在第一散热块上；所述第一散热块与所述封装盖固定在一起，并使第一水冷头上端穿出所述封装盖；所述第一水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口；所述封装盖与所述第一散热块的接触面之间设置有第一隔热片；所述第一散热块下端面安装有散热风扇；所述内箱底部半导体制冷装置包括与电源电连接的第二半导体制冷片，所述第二半导体制冷片的冷端和热端分别与蓄冷块和第二水冷头贴合后，嵌套于嵌套封装板上的卡槽内；所述第二水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口；所述内箱顶部半导体制冷装置包括与电源电连接的第三半导体制冷片，所述第三半导体制冷片的冷端和热端分别与第二散热块和第三水冷头贴合后，并采用第二固定片固定在第二散热块上；所述第二散热块与封装板固定在一起，其中第三水冷头上端位于所述封装板上的方形槽内；所述第三水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口；所述封装板与第二散热块接触面之间设置有第三隔热片；第二散热块未与所述封装板接触的面上固定有密封垫；冻融试验系统进行冻土试验的方法包括：制备试样：取出试验内箱，在试验内箱中填充试验土，按照预定的密实度夯实；试样初始渗流平衡：将填充好试验土的试验内箱放置于试验外箱底部的内箱底部半导体制冷装置上，使得试验内箱底部的导热金属块与内箱底部半导体制冷装置凸出的蓄冷块相贴合实现传热、控温；在补水量筒内倒入补水，并使水位一直维持在一个恒定的高度，保持24h左右，使得试验土在无压补水状态下达到一个初始渗流平衡，用取样器取得土样，得到土体的初始含水率分布情况；连接半导体控温系统和温度采集系统：使用导线连接外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置，温度探头的数据线连接到温度数据采集模块上；使用循环管道连接第一水冷头、第二水冷头及第三水冷头，使用数据线连接上、下位机；控温设置：在上位机中设置控温参数和控温程序；开始试验：启动上位机，按照预定的温度进行控温，试验过程中每5min记录一次补水量筒内的水位变化；每0.5h使用扫描成像装置获取土体的分凝冰变化情况和土面的位移情况，由此获取分凝冰演化规律和土体冻胀量，直至控温结束；记录水分迁移情况：控温结束后再次用取样器取得土样，测得不同深度的土体含水率，并与初始含水率对比，得到水分迁移情况。

全文数据：冻融试验系统技术领域本发明涉及冻融特性试验设备，具体涉及一种冻土试验时冻融试验系统。背景技术冻融试验在冻土工程中是一项非常重要的试验，对于评价场地的承载能力、工程材料在冻融环境中的稳定性起着关键作用。而对于冻融试验设备而言，控温装置是评价其性能的核心部件。当前冻融试验装置多使用压缩机对制冷液相变的控制实现区域控温，如中国专利号201210581398.3、201220736646.2、201310216526.9、201420594406.2、201810126074.8公开的冻融试验装置均使用该项技术，而基于该项技术的试验设备多存在设备体积大、成本高、能耗大、控温难度大、控温精度不足的问题，特别是对于需要输出正弦温度波动的情况下。另外，现有的冻融试验装置还存在温度损失的问题，比如文献“青藏粉质黏土单向冻结冷生构造发育及冻胀发展过程试验研究”王永涛,王大雁,马巍,等.青藏粉质黏土单向冻结冷生构造发育及冻胀发展过程试验研究[J].岩土力学,2016,375记录了使用专利201310216526.9保护的装置，设定温度为-13℃时，实际达到的温度仅有-9.88℃，损失的温度高达24％。故使用新型制冷技术、研发高精度、低成本、满足自定义式程序控温功能的冻融试验设备是当前冻土工程研究的迫切需求。另外，传统的冻融试验补水装置多采用马略特瓶从底部向上单向补水，此种补水方法对于由上而下的单向冻结、且底部保持正温的冻土试验较为适用，但对于底部保持负温的冻土试验，采用此种补水方法无法达到补水。发明内容针对现有技术中的上述不足，本发明提供的冻融试验系统采用多个半导体制冷装置能够对冻土试验时的温度进行精准控制。为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：提供一种冻融试验系统，其包括试验外箱、试验内箱、半导体控温系统、用于采集试验外箱和试验内箱内温度的温度采集系统及用于给试验内箱补水的补水装置；半导体控温系统包括安装在试验外箱顶部的外箱顶部半导体制冷装置及分别安装在试验内箱外底面和顶部的内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置；外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置通过循环水泵、循环管道与冷却水储水箱导通；外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置均与控制系统和电源电连接；温度采集系统与控制系统电连接。进一步地，外箱顶部半导体制冷装置包括封装盖和与电源连接的第一半导体制冷片，第一半导体制冷片的冷端和热端分别与第一散热块和第一水冷头贴合后，并采用第一固定片固定在第一散热块上；第一散热块与封装盖固定在一起，并使第一水冷头上端穿出封装盖；第一水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口；封装盖与第一散热块的接触面之间设置有第一隔热片；第一散热块下端面安装有散热风扇。进一步地，内箱底部半导体制冷装置包括与电源电连接的第二半导体制冷片，第二半导体制冷片的冷端和热端分别与蓄冷块和第二水冷头贴后，嵌套于嵌套封装板上的卡槽内；第二水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口。进一步地，贴合在一起的第二半导体制冷片、蓄冷块和第二水冷头采用第二隔热片嵌套于嵌套封装板上，蓄冷块上端穿出第二隔热片上的方形孔；试验内箱的底面开设有与穿出方形孔的蓄冷块配合的凹槽。进一步地，内箱底部半导体制冷装置还包括基座封装板，嵌套封装板放置于基座封装板上开设的凹槽内。进一步地，内箱顶部半导体制冷装置包括与电源电连接的第三半导体制冷片，第三半导体制冷片的冷端和热端分别与第二散热块和第三水冷头贴合后，并采用第二固定片固定在第二散热块上；第二散热块与封装板固定在一起，其中第三水冷头上端位于封装板上的方形槽内；第三水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口；封装板与第二散热块接触面之间设置有第三隔热片；第二散热块未与封装板接触的面上固定有密封垫。进一步地，试验内箱和试验外箱均具有一面采用透光材质制成的图像采集面，试验外箱的图像采集面外贴合有透过试验内箱和试验外箱的图像采集面、用于扫描试验内箱中试验土的扫描成像装置，扫描成像装置与控制系统连接。进一步地，补水装置包括放置于试验外箱外用于记录补水量的补水量筒，试验内箱外侧壁上设置有蓄水管和补水管，补水量筒通过连接管与蓄水管连通，蓄水管通过毫米级微管与补水管连通，补水管通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管与试验内箱导通。进一步地，补水装置还包括位于试验外箱内的渗流缓冲管，渗流缓冲管通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管与试验内箱导通。进一步地，温度采集系统包括位于试验外箱顶部的温度探头、位于试验内箱内部上端的温度探头及多个布置于试验内箱内部不同高度处的测温探头。本发明的有益效果为：1本方案采用的多个半导体制冷装置替代传统使用低温冷却液循环泵作为冷源，现有技术中的高精度低温冷却液循环泵造价高，一台温度波动在±0.05℃的循环泵市场价在6万元左右，一个冻土冻结试验需要两台，试验成本在10万以上；而本申请采用半导体制冷装置作为冷源具有成本低，整个控温系统三个制冷装置成本不超过1万；另外半导体的温差易于控制，使得本方案制冷装置的温度波动能控制在±0.02℃，不仅具备价格优势，而且具备控温精度优势。2本方案实验的箱体采用试验内箱和试验外箱组成，其中的试验内箱主要用于盛装试验土进行冻土试验，试验外箱用于保证试验内箱中的温度持续处于恒温状态；本方案的试验外箱用于取代现有对冻土试验进行控温的恒温箱，降低试验成本的同时还可以使得冻土试验的装置小型化。3本方案采用扫描成像技术对试验内箱的试验土进行扫描，其能够清楚地记录土体内分凝冰变化情况和土面的位移情况，从而保证了获取的分凝冰演化规律和土体冻胀量的准确性；另外采用扫描成像技术相对于现有的高像素摄像头拍照、高速摄像技术、X射线成像技术和核磁共振技术而言，大幅度降低试验成本的同时还能保证采集的图像的精准性。4传统的冻土试验补水装置为马略特瓶无压补水，在开展冻结试验时，试验的补水端必须保持正温，一旦处于负温时补水会失效，使得无法开展补水条件下的双向冻结试验。而本方案将补水管和渗流缓冲管通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管与试验内箱导通达到水平成层补水、渗流的目的，使得本试验系统能够开展双向冻结试验，从而保证了多年冻土水分迁移规律、冷生构造演化规律、冻胀效应等研究的顺利开展。附图说明图1为本方案的冻融试验系统的构成示意图。图2为试验外箱、试验内箱和扫描成像装置的组装示意图。图3为试验外箱与外箱顶部半导体制冷装置构成的结构的立体图。图4为试验外箱、外箱顶部半导体制冷装置和内箱底部半导体制冷装置的组装示意图。图5为试验内箱与内箱顶部半导体制冷装置构成的结构的立体图。图6为试验内箱、内箱顶部半导体制冷装置与补水装置的组装示意图。图7为外箱顶部半导体制冷装置的立体图。图8为外箱顶部半导体制冷装置的爆炸图。图9为内箱底部半导体制冷装置的立体图。图10为内箱底部半导体制冷装置的爆炸图。图11为内箱顶部半导体制冷装置的立体图。图12为内箱顶部半导体制冷装置的爆炸图。图13为冷却水储水箱的立体图。图14为冷却水储水箱的俯视图。图15为冷却水制冷装置的立体图。其中，1、试验外箱；11、安装孔；12、线缆过孔；13、扫描成像装置；14、图像采集面；2、试验内箱；21、导热金属块；3、外箱顶部半导体制冷装置；31、封装盖；32、第一半导体制冷片；33、第一散热块；34、第一水冷头；35、第一固定片；36、第一隔热片；37、散热风扇；4、内箱底部半导体制冷装置；41、第二半导体制冷片；42、蓄冷块；43、第二水冷头；44、第二隔热片；441、方形孔；45、嵌套封装板；46、基座封装板；47、填充块；5、内箱顶部半导体制冷装置；51、第三半导体制冷片；52、第二散热块；53、第三水冷头；531、进水口；532、出水口；54、第二固定片；55、封装板；551、方形槽；56、第三隔热片；57、密封垫；6、补水装置；61、补水量筒；62、连接管；63、蓄水管；64、补水管；65、毫米级微管；66、渗流缓冲管；7、温度探头；8、冷却水储水箱；81、水箱；82、冷却水控温盘管；83、循环水泵；84、循环管道；9、控制系统；91、上位机；92、下位机；93、图像采集处理器；94、温度数据采集模块；10、冷却水制冷装置。具体实施方式下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。如图1所示，本方案提供的冻融试验系统包括试验外箱1、试验内箱2、半导体控温系统、用于采集试验外箱1和试验内箱2内温度的温度采集系统及用于给试验内箱2补水的补水装置6。其中的温度采集系统包括位于试验外箱1顶部的温度探头7、位于试验内箱2内部上端的温度探头7及多个布置于试验内箱2内部不同高度处的测温探头，具体地温度探头和测温探头均与其所在箱体的内侧壁接触，以确保采集的温度的准确性。如图6所示，在试验内箱2的不同高度处开设有供其内部的测温探头及温度探头7的导线穿出的孔洞，这样设置可以方便温度探头7布线，以达到简化整个试验外箱1的结构，缩小试验外箱1尺寸。如图3至图12所示，半导体控温系统包括安装在试验外箱1顶部的外箱顶部半导体制冷装置3及分别安装在试验内箱2外底面和顶部的内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5。其中，外箱顶部半导体制冷装置3主要用于使试验外箱1内的温度处于恒定状态；内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5主要用于使试验内箱2中的试验土处于设定低温状态，以便于开展与冻土相关的研究。如图7和图8所示，外箱顶部半导体制冷装置3包括封装盖31和与电源连接的第一半导体制冷片32，在封装盖31上开设有与第一导体制冷片尺寸相匹配的方形孔441；第一半导体制冷片32的冷端和热端分别与第一散热块33和第一水冷头34贴合后，并采用第一固定片35固定在第一散热块33上；第一散热块33与封装盖31固定在一起，并使第一水冷头34上端穿出封装盖31上的方形孔441；第一水冷头34上具有与循环管道84导通的进水口531和出水口532。具体地，封装盖31上开设有两条放置循环管道84的条形槽，与第一水冷头34上的进水口531和出水口532连接的循环管道84布置在该条形槽内。实施时，本方案优选封装盖31与第一散热块33的接触面之间设置有第一隔热片36；第一散热块33下端面安装有散热风扇37。如图9和图10所示，内箱底部半导体制冷装置4包括与电源电连接的第二半导体制冷片41，第二半导体制冷片41的冷端和热端分别与蓄冷块42和第二水冷头43贴后，嵌套于嵌套封装板45上的卡槽内；第二水冷头43上具有与循环管道84导通的进水口531和出水口532。贴合在一起的第二半导体制冷片41、蓄冷块42和第二水冷头43采用第二隔热片44嵌套于嵌套封装板45上，蓄冷块42上端穿出第二隔热片44上的方形孔441；试验内箱2的底面开设有与穿出方形孔441的蓄冷块42配合的凹槽；实施时，优选试验内箱2的底面为一块导热金属块21，导热金属块21与试验内箱2凸出的蓄冷块42相贴合实现传热、控温。试验内箱2的底面的凹槽与蓄冷块42的相互配合，不仅可以保证试验内箱2放置在内箱底部半导体制冷装置4上的温度性，还可以将内箱底部半导体制冷装置4的温度快速地传递至试验内箱2中的实验土内。实施时，本方案优选内箱底部半导体制冷装置4还包括基座封装板46，嵌套封装板45放置于基座封装板46上开设的凹槽内，基座封装板46上开设有两条与凹槽连通的条形槽，在条形槽内放置有对嵌套封装板45进行紧固的填充块47；嵌套封装板45的设置，使得内箱底部半导体制冷装置4模块化，便于后续内箱底部半导体制冷装置4的更换和维修。如图11和图12所示，内箱顶部半导体制冷装置5包括与电源电连接的第三半导体制冷片51，第三半导体制冷片51的冷端和热端分别与第二散热块52和第三水冷头53贴合后，并采用第二固定片54固定在第二散热块52上；第二散热块52与封装板55固定在一起，其中第三水冷头53上端位于封装板55上的方形槽551内；第三水冷头53上具有与循环管道84导通的进水口531和出水口532。实施时，本方案优选封装板55与第二散热块52接触面之间设置有第三隔热片56；第二散热块52未与封装板55接触的面上固定有密封垫57。如图2所示，试验外箱1侧壁上与内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5相对应位置开设有供循环管道84进入和穿出的安装孔11，及供第二半导体制冷片41和第三半导体制冷片51的电源线穿出的线缆过孔12。如图6所示，补水装置6包括放置于试验外箱1外用于记录补水量的补水量筒61，试验内箱2的外侧壁上设置有与蓄水管63和补水管64，补水量筒61通过连接管62与蓄水管63连通，蓄水管63通过毫米级微管65与补水管64连通，补水管64通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管65与试验内箱2导通。本方案中提到的毫米级微管65的直径为1～2mm。补水量筒61的设置，可以便于试验时记录补入试验土中的数量；采用毫米级微管65可以将补水管64内的水缓慢地导入试验土中，以形成水平成层补水、渗流，以解决现有底部补水不能实现双向试验的问题。实施时，本方案优选补水装置6还包括位于试验外箱内的渗流缓冲管66，渗流缓冲管66通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管65与试验内箱导通；设置的渗流缓冲管66后，可以使层层供水更加均匀。外箱顶部半导体制冷装置3、内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5通过循环水泵83、循环管道84与冷却水储水箱8导通；外箱顶部半导体制冷装置3、内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5均与控制系统9和电源电连接；温度采集系统与控制系统9电连接。如图13和图14所示，冷却水储水箱8包括水箱81，水箱81内安装有与冷却水制冷装置10连通冷却水制冷装置10的具体结构参见图15的冷却水控温盘管82，循环水泵83安装在水箱81内，且水箱81上开设的进水口531与出水口532的数量与循环水泵83的数量相等。当循环水泵83为一个时，外箱顶部半导体制冷装置3、内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5以任意顺序依次连通，之后通过循环水泵83、循环管道84与冷却水储水箱8进行循环供水；更进一步地说，以任意顺序依次连通存在三种情况，分别为外箱顶部半导体制冷装置3、内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5依次连接，外箱顶部半导体制冷装置3、内箱顶部半导体制冷装置5和内箱底部半导体制冷装置4依次连接，内箱顶部半导体制冷装置5、外箱顶部半导体制冷装置3和内箱底部半导体制冷装置4；这三个半导体制冷装置采用上述任一方式连接后，每种又存在两种供水方式，两端的半导体制冷装置可以通过循环管道84与循环水泵83连接，也可以与流回冷却水储水箱8的循环管道84连接。当循环水泵83为两个时，外箱顶部半导体制冷装置3、内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5三个中任意两个制冷装置导通后与一个循环水泵83、循环管道84进行循环供水，另一个制冷装置通过另一个循环水泵83、循环管道84与冷却水储水箱8进行循环供水；更进一步地说，三个半导体制冷装置可以存在外箱顶部半导体制冷装置3和内箱底部半导体制冷装置4，内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5，及外箱顶部半导体制冷装置3和内箱顶部半导体制冷装置5三种组合方式，这三个半导体制冷装置采用上述任一方式连接后，每种又存在两种供水方式，即两个半导体制冷装置可以通过循环管道84与循环水泵83连接，也可以与流回冷却水储水箱8的循环管道84连接。当循环水泵83为三个时，外箱顶部半导体制冷装置3、内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5分别通过一个循环水泵83、循环管道84与冷却水储水箱8进行循环供水。如图2和图5所示，试验内箱2和试验外箱1均具有一面采用透光材质制成的图像采集面14，试验外箱1的图像采集面14外贴合有透过试验内箱2和试验外箱1的图像采集面14、用于扫描试验内箱2中试验土的扫描成像装置13，扫描成像装置13与控制系统9连接。其中，图像采集面14可以采用高透光的玻璃制成，在进行冻土试验时，可以通过扫描成像装置13透过两个图像采集面14对试验内箱2中的试验土进行扫描获取高分辨率试样图像并通过控制系统9实现可视化试验，通过获取的试样图像可以清楚的观察分凝冰变化情况和土面的位移情况，由此获取分凝冰演化规律和土体冻胀量。控制系统9包括上位机91、下位机92、图像采集处理器93和温度数据采集模块94，扫描成像装置13与图像采集处理器93通过数据线连接；上位机91为发出控温操作的发出部件，下位机92为执行控温的部件，下位机92通过导线分别与外箱顶部半导体制冷装置3、内箱底部半导体制冷装置4、内箱顶部半导体制冷装置5和温度探头7连接，温度数据采集模块94与所有的测温探头连接，以实现试验内箱2中温度的采集。测温探头和温度探头7均为温度传感器，其中，温度探头7与下位机92的配合的作用是实现对试验外箱1内部的温度进行调整，以确保试验内箱2处于一个恒温状态。下位机92通过控温探头可实现对控温对象温度的实时监测，并根据上位机91的指令调整控温对象的温度，以达到试验所需温度。下面采用本方案的试验冻融系统进行冻土试验的方法进行说明：制备试样：取出试验内箱2，在试验内箱2中填充试验土，按照预定的密实度夯实。试样初始渗流平衡：将填充好试验土的试验内箱2放置于试验外箱1底部的内箱底部半导体制冷装置4上，使得试验内箱2底部的导热金属块21与内箱底部半导体制冷装置4凸出的蓄冷块42相贴合实现传热、控温；在补水量筒61内倒入补水，并使水位一直维持在一个恒定的高度，保持24h左右，使得试验土在无压补水状态下达到一个初始渗流平衡，用取样器取得土样，得到土体的初始含水率分布情况。连接半导体控温系统和温度采集系统：使用导线连接外箱顶部半导体制冷装置3、内箱底部半导体制冷装置4和内箱顶部半导体制冷装置5，温度探头7的数据线连接到温度数据采集模块94上；使用循环管道84连接第一水冷头34、第二水冷头43及第三水冷头53，使用数据线连接上、下位机92；控温设置：在上位机91中设置控温参数和控温程序；开始试验：启动上位机91，按照预定的温度进行控温，试验过程中每5min记录一次补水量筒61内的水位变化；每0.5h使用扫描成像装置13获取土体的分凝冰变化情况和土面的位移情况，由此获取分凝冰演化规律和土体冻胀量，直至控温结束。记录水分迁移情况：控温结束后再次用取样器取得土样，测得不同深度的土体含水率，并与初始含水率对比，得到水分迁移情况。

权利要求：1.冻融试验系统，其特征在于，包括试验外箱、试验内箱、半导体控温系统、用于采集试验外箱和试验内箱内温度的温度采集系统及用于给试验内箱补水的补水装置；所述半导体控温系统包括安装在试验外箱顶部的外箱顶部半导体制冷装置及分别安装在试验内箱外底面和顶部的内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置；所述外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置通过循环水泵、循环管道与冷却水储水箱导通；外箱顶部半导体制冷装置、内箱底部半导体制冷装置和内箱顶部半导体制冷装置均与控制系统和电源电连接；所述温度采集系统与控制系统电连接。2.根据权利要求1所述的冻融试验系统，其特征在于，所述外箱顶部半导体制冷装置包括封装盖和与电源连接的第一半导体制冷片，所述第一半导体制冷片的冷端和热端分别与第一散热块和第一水冷头贴合后，并采用第一固定片固定在第一散热块上；所述第一散热块与所述封装盖固定在一起，并使第一水冷头上端穿出所述封装盖；所述第一水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口；所述封装盖与所述第一散热块的接触面之间设置有第一隔热片；所述第一散热块下端面安装有散热风扇。3.根据权利要求1所述的冻融试验系统，其特征在于，所述内箱底部半导体制冷装置包括与电源电连接的第二半导体制冷片，所述第二半导体制冷片的冷端和热端分别与蓄冷块和第二水冷头贴后，嵌套于嵌套封装板上的卡槽内；所述第二水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口。4.根据权利要求3所述的冻融试验系统，其特征在于，贴合在一起的第二半导体制冷片、蓄冷块和第二水冷头采用第二隔热片嵌套于嵌套封装板上，所述蓄冷块上端穿出第二隔热片上的方形孔；所述试验内箱的底面开设有与穿出方形孔的蓄冷块配合的凹槽。5.根据权利要求3或4所述的冻融试验系统，其特征在于，所述内箱底部半导体制冷装置还包括基座封装板，所述嵌套封装板放置于基座封装板上开设的凹槽内。6.根据权利要求1所述的冻融试验系统，其特征在于，所述内箱顶部半导体制冷装置包括与电源电连接的第三半导体制冷片，所述第三半导体制冷片的冷端和热端分别与第二散热块和第三水冷头贴合后，并采用第二固定片固定在第二散热块上；所述第二散热块与封装板固定在一起，其中第三水冷头上端位于所述封装板上的方形槽内；所述第三水冷头上具有与循环管道导通的进水口和出水口；所述封装板与第二散热块接触面之间设置有第三隔热片；第二散热块未与所述封装板接触的面上固定有密封垫。7.根据权利要求1所述的冻融试验系统，其特征在于，所述试验内箱和试验外箱均具有一面采用透光材质制成的图像采集面，所述试验外箱的图像采集面外贴合有透过试验内箱和试验外箱的图像采集面、用于扫描试验内箱中试验土的扫描成像装置，所述扫描成像装置与控制系统连接。8.根据权利要求1所述的冻融试验系统，其特征在于，所述补水装置包括放置于试验外箱外用于记录补水量的补水量筒，所述试验内箱外侧壁上设置有蓄水管和补水管，所述补水量筒通过连接管与蓄水管连通，所述蓄水管通过毫米级微管与补水管连通，所述补水管通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管与试验内箱导通。9.根据权利要求8所述的冻融试验系统，其特征在于，所述补水装置还包括位于试验外箱内的渗流缓冲管，所述渗流缓冲管通过位于不同高度、且穿过试验内箱侧壁的毫米级微管与试验内箱导通。10.根据权利要求1所述的冻融试验系统，其特征在于，所述温度采集系统包括位于试验外箱顶部的温度探头、位于试验内箱内部上端的温度探头及多个布置于试验内箱内部不同高度处的测温探头。

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