[发明专利]温控非饱和高压固结仪

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程试验研究领域的一种新型土工试验设备，尤其是一种温控高压非饱和固结仪。

背景技术

非饱和固结仪主要是用于研究非饱和土的体变特征。现有非饱和固结仪仅能够测定土样在室温条件下、低吸力土体材料的固结特性，且在试验过程中所能施加的竖向压力较小，而对于需要在较高温度、较大吸力和较高压力情况下的进行固结试验的材料来说则无能为力。例如当前研究热点问题，高放废物深地质处置库中采用的缓冲/回填材料——高压实膨润土需要在高温、高压和高吸力进行试验以期对膨润土所处的现实环境进行模拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温控非饱和高压固结仪，解决了常规非饱和固结仪的上述不足，可用于高吸力、高温和高压下的土体固结特性的试验研究。

本发明实现了温度、吸力和压力控制下的高压实膨润土体变特征试验研究，即热-水-力三相耦合试验研究。具体包括温度和吸力控制情况下的加卸载试验、温度和应力控制下的干湿循环试验、吸力和应力控制下的温度循环试验。对不同应力路径情况下土体的体变特征进行研究，以期获得土体在三相耦合情况下的本构模型。

为达到以上目的，本发明的解决方案是：

一种温控非饱和高压固结仪，其包括压力室、高压力加载装置、吸力控制装置、温度控制装置、数字化量测装置和数据采集装置，压力室置于高压力加载装置内，由高压力加载装置对压力室施压；温度控制装置罩在压力室外部，对压力室进行温度控制；压力室还与吸力控制装置连接控制压力室吸力；数字化量测装置监测试样的压力、温度和位移，并传输给与数字化量测装置相连的数据采集装置进行处理。

进一步，所述压力室包括环形底座、基座、试样环、上盖、试样帽和活塞，环形底座底部设有供温度传感器穿入的孔；基座固设于环形底座上方，底部设有与环形底座相对应的温度传感器的放置孔，基座的侧壁设有孔；试样环置于基座上，且其为环形中空结构供置入试样，试样环的侧壁设有孔；上盖置于试样环上，且其为中空结构供活塞置入限制其水平位移；试样帽置于试样环的环形中空结构内，压于试样之上，且试样帽的侧壁设有孔；活塞嵌于上盖内，且其下端与试样帽接触；基座、试样环和试样帽的侧壁上所设的孔用于连接吸力控制装置。

所述试样两端固定有透水石。

所述高压力加载装置包括工作台、下压板、上压头、活动横梁和立柱，工作台支撑高压力加载装置上部结构；下压板置于工作台上；立柱置于工作台的两侧；活动横梁两端安装于立柱上，沿立柱可滑动；上压头设于活动横梁的下端。

所述立柱设有限位环，限制活动横梁在立柱上的位移。

所述活动横梁上安装有力传感器以调节上压头的加力位置。

所述吸力控制装置包括气体循环泵、饱和盐溶液和过滤装置，气体循环泵一端连接饱和盐溶液，饱和盐溶液另一端与过滤装置的一端相连，过滤装置另一端与压力室的一端相连，压力室另一端与气体循环泵的另一端连接形成气体循环，对试样进行吸力控制。

所述温度控制装置采用电热丝和云母片制作，通过导电加热。

所述数字化量测装置包括温度传感器、压力传感器和位移传感器，温度传感器安装于压力室的基座底部放置孔内，压力传感器安装于压力室的活塞顶部，位移传感器安装于压力室的活塞侧壁。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：①实现了竖向最大压力为30KN的高压力控制；②实现了全吸力范围的吸力控制；③实现了高温控制；④实现了数字化量测和数据自动采集，数据精度较高；⑤试验方法简便；⑥设计开发和生产制造的周期短。

附图说明

图1是本发明一种实施例温控非饱和高压固结仪示意图。

图2是本发明一种实施例压力室、数字化量测装置和温度控制装置示意图。

图3是本发明一种实施例数据采集装置示意图。

图4是本发明一种实施例吸力控制装置示意图。

图5是本发明另一种实施例数据采集装置示意图。

图6是本发明一种实施例高压力加载装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种实施例温控非饱和高压固结仪的结构。如图所示，包括：压力室1、高压力加载装置2、吸力控制装置3、温度控制装置4、数字化量测装置5和数据采集装置6。压力室1置于高压力加载装置2的工作台上，高压力加载装置2对压力室1施加高压力；温度控制装置4罩在压力室1外部，通过电热丝8连接数据采集装置6控制压力室1温度；压力室1通过导管7与吸力控制装置3连接控制压力室1吸力；数字化量测装置5通过数据线9连接数据采集装置6，记录压力、温度和位移数据。