[實用新型]溫度場-應力場-滲流場耦合固結試驗設備

有效

• 申請號: 201920087524.7
• 申請日: 2019-01-19
• 公開（公告）號: CN209858357U
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 雷華陽;張雅杰;馮雙喜;郝琪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/14
• 分類號: G01N3/14;G01N3/02;G01N15/08
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 程毓英

本實用新型涉及一種溫度場?應力場?滲流場耦合固結試驗設備，包括試驗主體系統、加載系統兩個系統，所述的試驗主體系統為溫度?應力?滲流試驗主體系統，其中：所述的試驗主體系統包括：基座、溫度螺旋管、下透水石、上透水石、保溫腔、蓋板和環刀；在基座上固定連接內置溫度螺旋管的保溫腔，環刀置于保溫腔內部，并在環刀內側從下至上依次放置有下透水石、土樣、上透水石和蓋板；蓋板與軸向壓力傳感器相連，蓋板開設有與放水管相連通的通孔；加載系統中包括溫度控制裝置、軸向加載裝置、滲流控制裝置和位移監測裝置。本實用新型可以方便準確地測量多種參數。

技術領域

本實用新型涉及一種溫度場-應力場-滲流場耦合固結試驗方法,用于獲取溫度變化情況下土體的固結滲流試驗參數，指導工程實踐。

背景技術

核電站采用鈾和钚作為燃料，核裂變或者核聚變之后會產生大量能量，核廢料處理已經成為了世界難題。據不完全統計，全世界產生的核廢料高達20萬噸，各國大多采用粘性土進行永久填埋，核廢料的放射性同位素在衰變過程中會產生巨大熱量，在200-300年后溫度高達200℃，因此有必要研究高溫條件下粘性土的長期固結變形特性。

能源樁作為一種對地下樁基礎中埋設換熱管來代替傳統地源熱泵換熱器的技術，不僅僅節省了高額的鉆孔費用，并且不占據額外的室外面積，大大節省了地下空間，同時可以有效地控制施工質量。能源樁在換熱過程中，樁周圍土體溫度會循環變化，該過程溫度將減小樁土界面摩擦效應，如果在工程實踐中缺乏考慮溫度對土與結構物的相互作用，將會高估樁基承載力，導致工程事故頻發。因此研究溫度對土復雜環境下的工程特性，對確保安全施工具有重要意義。

油氣管道一般需要高溫高壓輸送，在運輸過程中，油氣管道將面臨著熱量耗散，在長期使用過程管道產生大量熱量都會被周圍土體吸收。研究表明，隨著時間的增加，溫度將加速土體的蠕變效應，導致管線在使用過程中因地基不均勻沉降發生開裂現象。

通過調研分析不難發現，掌握溫度作用下軟土固結變形特性是有效避免工程事故的前提之一。但工程事故發生絕不僅僅是在單一溫度作用下的結果，而是一種復雜的系統工程。為了研究復雜條件下土體固結的特性，急需設計一種考慮溫度場、應力場、滲流場耦合作用條件下的固結儀實驗裝置。傳統固結儀僅能測得常溫狀態下土體的固結系數，即只能實現單一溫度場下土體的固結特性，無法考慮應力場、滲流場和溫度場作用對土體固結系數的影響。

基于上述情況，有必要研發一種考慮溫度場、應力場和滲流場耦合的固結試驗設備用于土體固結試驗，為科學研究和工程設計提供數據支持。

實用新型內容

針對上述問題，本實用新型的目的是結合試驗具體要求，提供一種考慮溫度場、應力場和滲流場耦合的固結試驗設備。本實用新型具有試驗操作簡單，試驗具有考慮因素全面、可控性強等優點，解決目前固結儀使用的局限性。本實用新型的技術方案如下：

一種溫度場-應力場-滲流場耦合固結試驗設備，包括試驗主體系統、加載系統兩個系統，其特征在于，所述的試驗主體系統為溫度-應力-滲流試驗主體系統，其中：

所述的試驗主體系統包括：基座、溫度螺旋管、下透水石、上透水石、保溫腔、蓋板和環刀；在基座上固定連接內置溫度螺旋管的保溫腔，環刀置于保溫腔內部，并在環刀內側從下至上依次放置有下透水石、土樣、上透水石和蓋板；蓋板與軸向壓力傳感器相連，蓋板開設有與放水管相連通的通孔；

加載系統中包括溫度控制裝置、軸向加載裝置、滲流控制裝置和位移監測裝置，其中，

溫度控制裝置包括：加熱/制冷裝置、循環泵、循環冷暖管和溫度傳感器，循環冷暖管將加熱/制冷裝置與循環泵相連，用以控制溫度螺旋管的循環進出水及溫度；溫度傳感器用以監測土樣的溫度；

軸向加載裝置用以通過軸向壓力傳感器向蓋板和位于其下的下透水石和土樣施加軸向力；