[发明专利]一种温控式高吸力非饱和土三轴试验系统及方法

说明书

本发明涉及温控式高吸力非饱和土三轴试验系统，包括多功能三轴压力室、恒温水浴循环系统、温控式高吸力平衡装置和压力加载装置；所述多功能三轴压力室为双层压力室，包括外压力室、内压力室以及内压力室壁内的恒温水浴循环螺旋通道；所述恒温水浴循环系统包括加热水浴循环器、恒温水浴循环螺旋通道、多联密封水槽；所述温控式高吸力平衡装置包括多联密封水槽、高吸力平衡凹槽、凹槽密封盖、带孔托盘、盐溶液和数显温度计；所述压力加载装置包括气压控制器、一号体积/压力传感器和二号体积/压力传感器。本发明的有益效果是：本发明温控式高吸力非饱和土三轴试验系统，可进行多种类型试验，如非饱和土的土水特性试验、三轴剪切试验。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域的土工试验技术，尤其涉及一种温控式高吸力范围非饱和土三轴试验系统及方法。

背景技术

近年来，随着高放核废料处置和地下电缆埋设等工程建设的发展，使得温度对非饱和土工程特性的影响研究逐渐被关注。在高放核废料处置工程中，作为缓冲或回填材料的非饱和膨润土是一种有效的屏障，会受到核废料释放热量的影响；地下电缆埋设工程中，由于电缆长时间发热，导致周边的非饱和土长期受到高温的影响。此外，在地热能源开发、路基路面工程以及石油开发开采工程中，温度对非饱和土水力-力学特性的影响也是不可忽略的。因此，研究温度对非饱和土水力-力学特性的影响是很有意义的。

非饱和土的水力-力学特性主要包括土水和强度等特性，土水特性通常利用轴平移技术和饱和盐溶液蒸汽平衡技术量测，强度特性可通过三轴剪切试验量测。

现有的温控式非饱和土三轴仪通常通过在压力室外部加热电阻丝的方式进行温度控制，这种控温方式存在不稳定、不均匀、不安全等问题，会导致考虑温度影响的非饱和土试验结果不准确。此外，专利号为CN 109142082 A所公开的一种非饱和土高温高压高吸力三轴仪及制样模具，通过在试样顶部施加饱和盐溶液产生的气压进行高吸力控制，这种方式吸力平衡过程较慢、试验效率较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种温控式高吸力非饱和土三轴试验系统及方法。

这种温控式高吸力非饱和土三轴试验系统，包括多功能三轴压力室、恒温水浴循环系统、温控式高吸力平衡装置和压力加载装置；

所述多功能三轴压力室为双层压力室，包括外压力室、内压力室以及内压力室壁内的恒温水浴循环螺旋通道；外压力室位于内压力室的外侧，两者通过内压力室壁隔开；内压力室内设有轴向加载杆、内置温度传感器、内置力传感器、顶帽、透水石、试样、陶土板和孔隙气压管；

所述恒温水浴循环系统包括加热水浴循环器、恒温水浴循环螺旋通道、多联密封水槽以及用于水浴循环的管道；加热水浴循环器通过循环管道连接恒温水浴循环螺旋通道，加热水浴循环器通过循环管道连接多联密封水槽；

所述温控式高吸力平衡装置包括多联密封水槽、高吸力平衡凹槽、凹槽密封盖、带孔托盘、盐溶液和数显温度计；多联密封水槽中设置有若干个高吸力平衡凹槽，每个高吸力平衡凹槽上部设有凹槽密封盖，高吸力平衡凹槽底部放置饱和的盐溶液，高吸力平衡凹槽中部设有带孔托盘，试样放在带孔托盘的上方；

所述压力加载装置包括气压控制器、一号体积/压力传感器和二号体积/压力传感器；气压控制器分别通过孔隙气压管和外压力室气压管分别连接至试样顶部和外压力室内，一号体积/压力传感器通过内压力室注水加压管连接至内压力室，二号体积/压力传感器通过试样排水管连接至试样底部。

作为优选：外压力室下方右侧连接有外压力室注水管，外压力室上方左侧设有密封螺栓，外压力室上方右侧外接外压力室气压管。

作为优选：恒温水浴循环螺旋通道上方右侧的恒温水浴进水口连接进水管，恒温水浴循环螺旋通道下方左侧的恒温水浴出水口连接出水管。