[发明专利]可测定导热系数和渗透系数的三轴试验装置及其方法

权利要求书

1.一种可测定导热系数和渗透系数的三轴试验装置，压力室(1)、加载杆(2)、特殊功能加载帽(3)、试样底座(4)、上透水石(51)、下透水石(52)、橡皮膜包裹土样(6)、围压控制设备(7)、温度采集设备(10)，其特征在于：所述特殊功能加载帽(3)，将微型测温探头(31)、微型土样测温探头(32)、压力室测温探头(38)测得的数据通过测温数据线(33)传输至温度采集设备(10)；微型土样测温探头(32)穿过从上至下依次设置的稳压水仓(35)、水压帽(34)、精细透水盖板(37)、上透水石(51)后，置于橡皮膜包裹土样(6)中，供水管(36)与稳压水仓(35)相连接；压力室测温探头(38)置于特殊功能加载帽(3)上部；微型测温探头(31)置于稳压水仓(35)上部；调节围压温度的围压控制设备(7)，在橡皮膜包裹土样(6)的上下端放置透水石，将放置有透水石的橡皮膜包裹土样(6)置于压力室(1)内的试样底座(4)上，将特殊功能加载帽(3)置于橡皮膜包裹土样(6)上透水石(51)的上部，将加载杆(2)与特殊功能加载帽(3)的上端相连接，通过围压控制设备(7)将压力室(1)中注满水；

其特征在于按照如下步骤：

1)与压力室(1)连通的围压管(42)和循环围压管(43)调节压力室(1)中的液体温度，使压力室(1)中液体的温度与橡皮膜包裹土样(6)的温度存在2℃～5℃的温度差；

2)温度采集设备(10)记录压力室测温探头(38)的温度值；

3)利用温度采集设备(10)记录特殊功能加载帽(3)中左侧微型测温探头(31)和右侧的微型测温探头(31)温度值，并分别记为T_L、T_R；利用温度采集设备(10)记录橡皮膜包裹土样(6)中左侧的微型土样测温探头(32)和右侧的微型土样测温探头(32)的温度值，并分别记为T_sL、T_sR；

4)当压力室(1)中液体的温度大于等于0℃且小于100℃时，其导热系数可依据公式(1)计算，当压力室(1)中液体温度小于0℃且大于-20℃时，其导热系数可依据公式(2)计算，公式(1)和公式(2)分别为：

式中，λ₀为特殊功能加载帽(3)的导热系数值；T_f为压力室测温探头(38)的温度值；T_L为特殊功能加载帽(3)中左侧的微型测温探头(31)的温度值；T_R为特殊功能加载帽(3)中右侧的微型测温探头(31)的温度值；T_sL为橡皮膜包裹土样(6)中左侧的微型土样测温探头(32)的温度值；T_sR为橡皮膜包裹土样(6)中右侧的微型土样测温探头(32)的温度值；T_H为压力室(1)与橡皮膜包裹土样(6)换热所产生的潜热等效的温度值，当压力室(1)的初始温度高于橡皮膜包裹土样(6)的温度时T_H为正值，当压力室(1)的初始温度低于橡皮膜包裹土样(6)的温度时T_H为负值。

2.如权利要求1所述的可测定导热系数和渗透系数的三轴试验装置，其特征在于：所述试样底座(4)内置有排水管(41)、围压管(42)、循环围压管(43)、围压传感器(44)、流体压强传感器(45)；将围压控制设备(7)分别与围压管(42)、围压传感器(44)相连接。

3.如权利要求2所述的可测定导热系数和渗透系数的三轴试验装置，其特征在于：还包括水量计量设备(8)、反压控制设备(9)，将水量计量设备(8)与特殊功能加载帽(3)的供水管(36)相连接，将反压控制设备(9)分别与流体压强传感器(45)、排水管(41)相连接，将循环围压管(43)与围压控制设备(7)相连接。

4.如权利要求1所述的可测定导热系数和渗透系数的三轴试验装置，其特征在于：特殊功能加载帽(3)中微型测温探头(31)为2个，对称置入特殊功能加载帽(3)内部；微型土样测温探头(32)为2个，对称穿过上透水石(51)。

5.根据权利要求1-4任一所述的可测定导热系数和渗透系数的三轴试验装置，其特征在于包括如下步骤：

1)利用水量计量设备(8)通过供水管(36)对橡皮膜包裹土样(6)进行饱和；

2)利用水量计量设备(8)通过供水管(36)向橡皮膜包裹土样(6)输入稳定的水头量H，采用围压管(42)外接的围压控制设备(7)调节围压传感器(44)和流体压强传感器(45)读数大小一致；

3)通过反压控制设备(9)记录t s内橡皮膜包裹土样(6)的排水量，通过公式(3)计算三轴土样饱和状态下的渗透系数，公式(3)为：

式(3)中，ks为三轴土样饱和状态下的渗透系数；Q为排水管(41)在t s内的排水量；L为橡皮膜包裹土样(6)的高度；A为橡皮膜包裹土样(6)的径向切面面积；H为水量计量设备(8)通过供水管(36)向橡皮膜包裹土样(6)输入稳定的水头量。