[發(fā)明專利]大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用試驗(yàn)系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310044787.7
• 申請(qǐng)日: 2013-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN103116014A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海鵬;胡琛琛;宋雷;汪汝鋒;張濤;任彥龍;楊志江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標(biāo)事務(wù)所 32110
• 代理人: 韓曉斌

1.一種大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是：包括試驗(yàn)臺(tái)，以及與試驗(yàn)臺(tái)連接的加載系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，補(bǔ)水系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述試驗(yàn)臺(tái)包括一個(gè)能夠容納大尺度試樣的高強(qiáng)鑄鋼試樣筒（13）和底座（20），試樣筒（13）的兩端設(shè)有法蘭，并兩端外圍分別設(shè)有減小端部應(yīng)力的加強(qiáng)肋板（30），試樣筒（13）內(nèi)部有效空間尺寸為Φ500mm×1000mm，最大可承受15MPa內(nèi)壓；所述試樣筒（13）底端由法蘭連接有一個(gè)中心設(shè)有傳感器引線孔（21）的底座（20）；所述加載系統(tǒng)設(shè)于試驗(yàn)臺(tái)上部，補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)于試驗(yàn)臺(tái)下部；?所述溫度控制系統(tǒng)，包括設(shè)于試樣筒（13）頂部的頂部控溫腔（29），敷設(shè)于試樣筒（13）內(nèi)壁的內(nèi)反射隔熱層（28），包覆于試樣筒（13）外部的保溫層（12），均勻環(huán)繞在試樣筒（13）外壁的筒體控溫管（27），設(shè)于試樣筒（13）下部的底部控溫管（17）以及高低溫恒溫槽；所述頂部控溫腔（29）及底部控溫管（17）分別由頂部冷媒循環(huán)管（8）及底部冷媒循環(huán)管（18）與高低溫恒溫槽連接，高低溫恒溫槽還與筒體控溫管（27）連接；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由荷重傳感器（5）、傳感器組（14）、數(shù)據(jù)采集儀和計(jì)算機(jī)組成，傳感器組（14）包括埋設(shè)于土體（26）內(nèi)部的溫度傳感器、水分傳感器和土壓計(jì)，傳感器引線（23）與數(shù)據(jù)采集儀連接，數(shù)據(jù)采集儀連接計(jì)算機(jī)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是：所述加載系統(tǒng)，包括伺服控制臺(tái)、反力架及順序設(shè)置的千斤頂（3），限位板（4）和頂板裝置，所述反力架由反力板（1）和高強(qiáng)螺桿（2）組成，高強(qiáng)螺桿（2）沿試樣筒（13）周向均布，并與上法蘭（7）連接，為豎向加載提供反力；所述限位板（4）與高強(qiáng)螺桿（2）活動(dòng)連接，并可由鎖緊螺母（32）固定；所述頂板裝置包括順序固定連接的下承壓板（11）、承壓環(huán)（10）、上承壓板（9）、傳力鋼板（31）和傳力柱（6），所述傳力柱（6）設(shè)于頂板裝置的中心，所述上承壓板（9）和下承壓板（11）之間形成密封的頂部控溫腔（29）；所述千斤頂（3）對(duì)應(yīng)傳力柱（6）的中軸設(shè)置，并與限位板（4）固定連接；所述伺服控制臺(tái)與千斤頂（3）連接，對(duì)土體（26）加、卸載以及維持恒壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是：所述補(bǔ)水系統(tǒng)，包括補(bǔ)水腔（16）、反濾層（15）、補(bǔ)水管路和馬氏瓶（33），所述補(bǔ)水管路包括補(bǔ)水管（19）和排氣調(diào)壓管（25），所述補(bǔ)水腔（16）位于試樣筒（13）內(nèi)的下部，補(bǔ)水腔（16）的頂面均布補(bǔ)水孔并設(shè)有反濾層（15），補(bǔ)水腔（16）內(nèi)設(shè)有支撐骨架，補(bǔ)水腔（16）由補(bǔ)水管（19）與馬氏瓶（33）連接，管體上設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥（24）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是：所述頂板裝置設(shè)有通至頂部控溫腔（29）的頂部冷媒循環(huán)管孔，能夠吻合插入頂部冷媒循環(huán)管（8）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述一種大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征是：所述底座（20）為圓形鋼板，底座（20）上設(shè)有分別能夠吻合穿入補(bǔ)水管（19）、底部冷媒循環(huán)管（18）及排氣調(diào)壓管（25）的補(bǔ)水管孔、底部冷媒循環(huán)管孔和排氣調(diào)壓管孔。

6.一種基于大尺度高壓土體凍融過程水-熱-力耦合作用試驗(yàn)系統(tǒng)的土體凍融過程水-熱-力試驗(yàn)，其特征是：

試驗(yàn)步驟為：

1）啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開始采集土體（26）內(nèi)的溫度、水分和應(yīng)力等信息；

2）保持補(bǔ)水管（19）和排氣調(diào)壓管（25）暢通，以利于固結(jié)時(shí)孔隙水排出，按照設(shè)定的壓力，通過液壓伺服控制臺(tái)控制千斤頂（3）對(duì)土體（26）進(jìn)行恒載固結(jié)，直至土體（26）固結(jié)達(dá)到穩(wěn)定；

3）固結(jié)完成后，緊固限位板（4）的上、下鎖緊螺母（32），通過限位板（4）對(duì)土體凍脹變形實(shí)現(xiàn)剛性約束；

4）開啟流量調(diào)節(jié)閥（24），使水進(jìn)入補(bǔ)水腔（16），氣體由排氣調(diào)壓管（25）排出，當(dāng)無氣泡排出時(shí)，調(diào)節(jié)排氣調(diào)壓管（25）內(nèi)水頭達(dá)到土體（26）底部，固定調(diào)節(jié)排氣調(diào)壓管（25）；

5）啟動(dòng)高低溫恒溫槽，待達(dá)到設(shè)定的溫度后，開啟水泵，使不同溫度的冷媒分別在底部冷媒循環(huán)管（18）、筒體控溫管（27）和頂部控溫腔（29）進(jìn)行循環(huán)，對(duì)土體進(jìn)行凍結(jié)，待土體（26）內(nèi)溫度、水分和應(yīng)力變化穩(wěn)定后結(jié)束凍結(jié)，調(diào)節(jié)溫度進(jìn)行土體融解試驗(yàn)；

6）待土體達(dá)到凍結(jié)前的初始溫度，且水分和應(yīng)力變化穩(wěn)定后結(jié)束試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取和存儲(chǔ)土體（26）內(nèi)的溫度、水分和應(yīng)力等信息，可直接了解凍融過程中水-熱-力動(dòng)態(tài)耦合作用。