[发明专利]一种能模拟深埋人工冻土形成条件的三轴力学试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种能模拟深埋人工冻土形成条件的三轴力学试验装置，包括主体加载系统、冻结系统及试样测试系统。主体加载系统中，法兰盘、承压筒与底盘构成承压壳体，承压壳体设有引出管与外部既有液压源连接。冻结系统由侧壁冻结液循环通道、底端冻结液循环通道分别与外接既有冷源连接组成。试样测试系统中，预埋于试样内的光纤传感器串与既有测试仪器连接，用于温度和应变监测。本发明与既有伺服控制液压源、低温冷源和测试仪器配合，或与既有三轴伺服力学试验机(系统)配合，能够模拟深埋人工冻土形成条件(先在模拟原始地应力状态下完成土样的长时高压三轴固结，然后在有压条件下冻结土样以形成冻土样)，进行冻土试样三轴力学试验。

主权项

1.一种能模拟深埋人工冻土形成条件的三轴力学试验装置，其特征在于：包含主体加载系统、冻结系统及试样测试系统；所述主体加载系统包括底盘（28）、承压筒（4）、法兰盘（15）、试样底座（21）、轴压活塞杆（1）、活塞端头（7）、轴压加载室进液管（14）、轴压加载室排气管（3）、轴压平衡室进液管（17）、轴压平衡室排气管（13）、围压室进液管（12）、围压室排气管（6）和外接既有伺服控制液压源；法兰盘（15）、承压筒（4）与底盘（28）构成承压壳体；所述承压壳体外覆盖有保温层（5）；所述承压筒（4）中段设有带中心圆孔的隔板，承压筒（4）内腔由中间隔板分隔为上、下两个腔室，上腔室用于对活塞杆（1）施加轴压，通过活塞杆（1）向试样（9）施加轴压，上腔室由活塞分隔为轴压加载室和轴压平衡室；所述下腔室用于安放试样（9）和向试样（9）施加围压；所述的底盘（28）和法兰盘（15）分别由大内六角螺栓（24）和小内六角螺栓（16）与承压筒（4）连接；所述的试样底座（21）安装在底盘（28）上端，二者通过密封圈密封；活塞端头（7）与轴压活塞杆（1）通过螺纹连接；所述轴压加载室进液管（14）、轴压加载室排气管（3）分别与法兰盘（15）上的贯穿孔相连；所述轴压平衡室进液管（17）与围压室排气管（6）均穿过保温层（5），通过承压筒（4）的上钻孔连通承压筒内部空间；所述轴压平衡室排气管（13）连接在轴压活塞杆（1）上部，通过轴压活塞杆（1）内部预设孔连通承压筒（4）内部空间，围压室进液管（12）穿过保温层（5）与底盘（28）上的钻孔相连，连通承压筒（4）内部围压加载室空间；所述冻结系统由侧壁冻结液循环通道、底端冻结液循环通道分别与外接既有冷源连接组成，用于形成冻土试样；所述的侧壁冻结液循环通道由侧壁冻结进液管（22）、侧壁螺旋形槽（19）和侧壁冻结出液管（8）组成；所述的底端冻结液循环通道由底端冻结进液管（25）、底座环形通道（11）和底端冻结出液管（23）组成；所述的侧壁螺旋形槽（19）设在承压筒（4）外侧筒壁内，侧壁螺旋形槽（19）上端出口处与侧壁冻结出液管（8）相连，下端入口处与侧壁冻结进液管（22）相连；所述的底座环形槽（11）设在试样底座（21）下端；所述底端冻结进液管（25）和底端冻结出液管（23）分别设在底盘（28）内，连通底座环形槽（11）；所述试样测试系统由压头（18）、试样（9）、透水石（20）、试样底座（21）、乳胶膜（10）、光纤传感器串(26)、排水管（27）和外接既有测试仪器组成；预埋于试样（9）内的光纤传感器串(26)用于测量试样内部温度和应变；所述透水石（20）置于试样底座（21）上端；所述压头（18）位于活塞端头（7）下端；所述试样（9）位于压头（18）与透水石（20）之间；所述乳胶膜（10）包裹在试样（9）外侧并且上下两端由密封圈密封于压头（18）外侧和试样底座（21）上台阶外侧；所述光纤传感器串（26）预埋于试样（9）中轴线位置并穿过透水石（20）、试样底座（21）和底盘（28）引出；所述排水管（27）穿过试样底座（21）和底盘（28）将透水石（20）渗出的水输出至外界管路系统。