[發明專利]溫控非飽和高壓固結儀

有效

• 申請號: 201010609461.0
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102156186A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 葉為民;陳寶;張亞為;朱悅銘;鄭賑濟;陳永貴
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N3/36
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明涉及巖土工程試驗研究領域的一種新型土工試驗設備，尤其是一種溫控高壓非飽和固結儀。

背景技術

非飽和固結儀主要是用于研究非飽和土的體變特征。現有非飽和固結儀僅能夠測定土樣在室溫條件下、低吸力土體材料的固結特性，且在試驗過程中所能施加的豎向壓力較小，而對于需要在較高溫度、較大吸力和較高壓力情況下的進行固結試驗的材料來說則無能為力。例如當前研究熱點問題，高放廢物深地質處置庫中采用的緩沖/回填材料——高壓實膨潤土需要在高溫、高壓和高吸力進行試驗以期對膨潤土所處的現實環境進行模擬。

發明內容

本發明的目的在于提供一種溫控非飽和高壓固結儀，解決了常規非飽和固結儀的上述不足，可用于高吸力、高溫和高壓下的土體固結特性的試驗研究。

本發明實現了溫度、吸力和壓力控制下的高壓實膨潤土體變特征試驗研究，即熱-水-力三相耦合試驗研究。具體包括溫度和吸力控制情況下的加卸載試驗、溫度和應力控制下的干濕循環試驗、吸力和應力控制下的溫度循環試驗。對不同應力路徑情況下土體的體變特征進行研究，以期獲得土體在三相耦合情況下的本構模型。

為達到以上目的，本發明的解決方案是：

一種溫控非飽和高壓固結儀，其包括壓力室、高壓力加載裝置、吸力控制裝置、溫度控制裝置、數字化量測裝置和數據采集裝置，壓力室置于高壓力加載裝置內，由高壓力加載裝置對壓力室施壓；溫度控制裝置罩在壓力室外部，對壓力室進行溫度控制；壓力室還與吸力控制裝置連接控制壓力室吸力；數字化量測裝置監測試樣的壓力、溫度和位移，并傳輸給與數字化量測裝置相連的數據采集裝置進行處理。

進一步，所述壓力室包括環形底座、基座、試樣環、上蓋、試樣帽和活塞，環形底座底部設有供溫度傳感器穿入的孔；基座固設于環形底座上方，底部設有與環形底座相對應的溫度傳感器的放置孔，基座的側壁設有孔；試樣環置于基座上，且其為環形中空結構供置入試樣，試樣環的側壁設有孔；上蓋置于試樣環上，且其為中空結構供活塞置入限制其水平位移；試樣帽置于試樣環的環形中空結構內，壓于試樣之上，且試樣帽的側壁設有孔；活塞嵌于上蓋內，且其下端與試樣帽接觸；基座、試樣環和試樣帽的側壁上所設的孔用于連接吸力控制裝置。

所述試樣兩端固定有透水石。

所述高壓力加載裝置包括工作臺、下壓板、上壓頭、活動橫梁和立柱，工作臺支撐高壓力加載裝置上部結構；下壓板置于工作臺上；立柱置于工作臺的兩側；活動橫梁兩端安裝于立柱上，沿立柱可滑動；上壓頭設于活動橫梁的下端。

所述立柱設有限位環，限制活動橫梁在立柱上的位移。

所述活動橫梁上安裝有力傳感器以調節上壓頭的加力位置。

所述吸力控制裝置包括氣體循環泵、飽和鹽溶液和過濾裝置，氣體循環泵一端連接飽和鹽溶液，飽和鹽溶液另一端與過濾裝置的一端相連，過濾裝置另一端與壓力室的一端相連，壓力室另一端與氣體循環泵的另一端連接形成氣體循環，對試樣進行吸力控制。

所述溫度控制裝置采用電熱絲和云母片制作，通過導電加熱。

所述數字化量測裝置包括溫度傳感器、壓力傳感器和位移傳感器，溫度傳感器安裝于壓力室的基座底部放置孔內，壓力傳感器安裝于壓力室的活塞頂部，位移傳感器安裝于壓力室的活塞側壁。

由于采用了以上技術方案，本發明具有以下有益效果：①實現了豎向最大壓力為30KN的高壓力控制；②實現了全吸力范圍的吸力控制；③實現了高溫控制；④實現了數字化量測和數據自動采集，數據精度較高；⑤試驗方法簡便；⑥設計開發和生產制造的周期短。

附圖說明

圖1是本發明一種實施例溫控非飽和高壓固結儀示意圖。

圖2是本發明一種實施例壓力室、數字化量測裝置和溫度控制裝置示意圖。

圖3是本發明一種實施例數據采集裝置示意圖。

圖4是本發明一種實施例吸力控制裝置示意圖。

圖5是本發明另一種實施例數據采集裝置示意圖。

圖6是本發明一種實施例高壓力加載裝置示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。

圖1為本發明一種實施例溫控非飽和高壓固結儀的結構。如圖所示，包括：壓力室1、高壓力加載裝置2、吸力控制裝置3、溫度控制裝置4、數字化量測裝置5和數據采集裝置6。壓力室1置于高壓力加載裝置2的工作臺上，高壓力加載裝置2對壓力室1施加高壓力；溫度控制裝置4罩在壓力室1外部，通過電熱絲8連接數據采集裝置6控制壓力室1溫度；壓力室1通過導管7與吸力控制裝置3連接控制壓力室1吸力；數字化量測裝置5通過數據線9連接數據采集裝置6，記錄壓力、溫度和位移數據。