[发明专利]一种可实现局部控温的三轴试验装置及其试验方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种实现局部定位控温的三轴试验装置。

背景技术

三轴试验被广泛用于测定土的强度和应力应变有关参数，也常用来测定土的静止侧压力系数K₀、消散系数C_V、渗透系统k等，在土工测试及岩土工程研究发展过程中扮演了极为重要的作用，是进行土变形和强度特征研究的关键手段，常规三轴试验由三轴试验系统来实现，该系统主要由压力室、轴向加压设备、围压施加系统、体积变化和孔隙压力量测系统以及计算机控制与分析系统所构成，在此基础上相继衍生出非饱和土三轴试验系统、动三轴试验测试系统、空心扭剪试验系统等一系列土工及岩石测试装置，为岩土工程相关研究发展提供有力的保障，可以说岩土学科每一步的发展都离不开土工测试设备的功能不断突破。

随着面对的岩土地质环境越来越为复杂，工程人员对测试手段、仪器设备也不断提出了新的功能要求以便更好地反映岩土体真实的状态，岩土体是自然的地质产物，应力应变、渗流、化学、温度等外部因素都现实存在并多场耦合关联，任何忽略周围环境因素影响而得到的土体基本性质是片面的，难以满足实际工程的需要，在诸多的外部因素中，温度的改变无疑是最为显著的诱因之一，温度改变必然带动物质的迁移从而引发化学场、应力场的改变，这使得考虑温度对岩土基本性质影响的研究日益受到国内外研究者的关注，更是当前现有非饱和测试装置不能回避的难点。

截止目前针对三轴试验系统国内外加热(制冷)温控方式可总结分为三种：①直接把整体仪器放在一个温度控制室或箱体内；②在三轴压力室外壁缠绕加热带或者线圈；③采用安装在压力室内的管片或棒发热并通过压力室内的液体传导加热试样，第一种方式无疑最为简单，无需在试验设备上增设装置，但温控实验室或者箱体的建设成本较高，尤其不利于具体人员在较高或较低温度环境下实验操作调节，同时所有电子元器件在高温高湿度环境下易产生故障和寿命损耗，而第二种方式最大问题在于热量的散逸，对于高温表现尚好，但对于低温下能耗较高从而对温度精度的控制存在较大难度；这一点同样存在于第三种方式，并且通过在内部安装加热制冷方式不仅很难控制温度的均匀性还存在容易发生泄漏进而导致围压不稳的情况发生。

为此能够实现高低温控制、温度控制精度高、分布均匀性好，且对电子元器件影响小并对三轴原生构造改动小的局部控温装置的设计构思一直存在着现实的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供局部控温三轴装置，通过该装置可以实现在各种三轴、扭剪及共振柱试验中试样的温度控制，该发明装置控温空间范围据试样大小体积而改变，针对性强、能耗小且温度精度高(可控制在±0.1℃)、空间均匀性好(可控制在±0.05℃)，控温范围可兼顾从高温150℃到低温-25℃较大的温度区间，同时整体构造小巧灵活，独立性强、拆卸方便，不对三轴等原有部件或构造有任何破坏，该装置控制和采集可以独立操作亦可以模块化镶嵌组合在已有采集控制软件中，植入性强。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下的技术方案：

一种实现局部控温的三轴试验装置，包括薄壁控温杯体和基座，薄壁控温杯体和基座构成封闭的杯型结构放置于三轴压力室内；

薄壁控温杯体的杯壁内设有一个相互连通的进液通道和出液通道，所述进液通道和出液通道相互间紧挨着并平行的形成一组螺旋盘绕上升的热交换循环通道；

进液通道的进液端和出液通道的出液端对称布置于薄壁控温杯体的上部两侧，所述进液通道的进液端和出液通道的出液端均与外部水浴装置连接；

试样的上部连接试样顶帽，试样的底部通过底座与金属杯型筒内壁底部相连，所述底座的内部和试样顶帽的内部分别埋设有温度监测探头；

所述温度监测探头和外部水浴装置均与控制器控制连接。

进液通道的进液端上连接有进液管路接头，出液通道的出液端上连接有出液管路接头。

所述薄壁控温杯体由金属杯型筒和有机玻璃筒嵌套复合而成，金属杯型筒外壁具有镂空凹槽，所述镂空凹槽与有机玻璃筒的内壁对接在一起形成所述热交换循环通道。

所述金属杯型筒外壁上位于上下两个相邻镂空凹槽之间设有用于保证热交换循环通道间不串流的密封胶条。

所述金属杯型筒的内壁下端具有渐缩型收缩口。

所述金属杯型筒的内壁设有用于增强散热面的纵横沟槽。