[發明專利]一種巖土體溫控動力特性試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 201410685121.4
• 申請日: 2014-11-25
• 公開（公告）號: CN104596852A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 劉干斌;范思婷;范高飛;郭楨;尹鐵鋒
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01N3/02
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 何仲

技術領域

本發明屬于土工試驗技術領域，尤其是涉及一種巖土體溫控動力特性試驗系統及試驗方法。

背景技術

在鐵路、公路、港口和城市軌道交通等工程建設過程中的地震力、波浪力、爆炸力、打樁振動、動力基礎作用力及交通荷載等都屬于動荷載范疇，其對地基土的強度和變形特性影響較大，開展土的動力特性試驗以獲得各項動力特性參數十分必要。土的動力特性試驗目的包括兩方面：一是確定土的動強度，用以分析在大變形條件下地基和結構物的穩定性，特別是砂土的振動液化；二是確定土的剪切模量和阻尼比，用以計算在小變形條件下土體在一定范圍內所引起的位移、速度、加速度或應力隨時間的變化。土體動力特性技術，直接影響著土動力特性研究和土體動力分析計算的發展，起著正確揭示土的動力特性規律和完善分析計算理論的重要作用，是土動力學發展的基礎。在土的動力特性試驗中，動三軸試驗儀是有效確定土的動強度和變形最常用的設備。50年代末，國內黃文熙教授最早提出用振動三軸儀測試砂土液化的方法，60年代國外用周期加荷三軸儀研究砂土液化及其他動力特性，得到了很大的發展。除了動三軸試驗外，還有振動單剪試驗、共振柱試驗、振動扭剪試驗等也可以在室內測定土的動力特性指標。

近年來，在核廢料處理、地熱開采、熱管線埋設和公共交通系統等諸多工程建設領域以及城市熱島效應和廣大范圍的季節性冰凍區域中，溫度對土體力學性質的影響受到越來越多的關注，開展不同溫度荷載下土的動/靜力特性試驗研究顯得尤為重要。目前，國內外已有溫控土工試驗裝置的研制主要基于固結儀或靜三軸儀，并通過開展應用試驗，取得了大量熱固結、變形及強度等方面的成果。由于常規動三軸試驗儀、振動單剪試驗儀、共振柱試驗儀、振動扭剪試驗儀等動力特性試驗裝置只能在室溫下進行土體的?動力特性試驗，且國內外已有的溫控試驗裝置主要針對固結及靜力三軸試驗，其對室內試樣進行加熱的方式主要有3種：

(1)將壓力室置于溫控設施內模式，通過溫控設備使儀器置于一個高溫環境，實現試驗要求的溫度。盡管該類裝置省去了儀器的研制過程，但建立溫控實驗室費用較高，試驗環境較差，對儀器各元件耐高溫要求高。

(2)壓力室內加熱模式，采用加熱線圈、加熱管、加熱棒、加熱板對流體加熱，該加熱方式直接對流體加熱，可以較好達到試驗溫度要求，但在高圍壓下不易對壓力室的液體均勻加熱，進而使試樣溫度不均勻。

(3)壓力室外加熱模式，在壓力室外纏繞線圈，通過加熱線圈對壓力室內的流體加熱，由于需要通過外罩傳熱使壓力室內液體的溫度升高，會使得試樣要達到試驗溫度要求的時間較長。

由于在不同溫度作用下巖土體的工程性質會發生變化，加熱可致試樣內孔隙水粘滯性減小，滲透系數增大，并可誘致孔隙水和土顆粒的熱膨脹而使土樣有體積增大的趨勢，在同一振動次數下，巖土體的累積塑性應變、動阻尼比、動彈性模量等均要發生變化，在試驗過程中需要考慮溫度的影響，而常規的動三軸儀無法實現這一功能，為此，提出一種基于內、外聯合加熱模式的巖土體溫控動力特性試驗系統和方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種試樣加熱溫度均勻、加熱時間短且費用低，可實現分段、分級、線性升溫及降溫，并能夠對壓力室內的溫度進行精確控制，并可以實現試驗過程溫度變化控制的巖土體溫控動力特性試驗系統及試驗方法。