[发明专利]温控非饱和土三轴仪压力室系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种可对实验温度进行有效控制的非饱和土三轴仪压力室系统，属于土木工程土工实验仪器技术领域。

背景技术

现有的关于非饱和土基本性质的研究，大多是在常温下进行的，忽略温度的影响。然而，自然界的土体总是处于特定的自然环境之中，其基本性质将随着所处的水分、温度条件不同而产生很大差异，忽略周围环境因素的影响而得到的土体基本性质将是不准确的，也不能满足实际工程的需要。虽然由于冻土工程的发展，使得考虑低温对土体性质影响的研究已取得一定的成果，但高温对土体影响的研究则相对发展缓慢。近期，随着一大批现代岩土工程的建设发展，考虑高温对非饱和土基本性质影响的研究逐渐受到国内外研究者的关注。例如，在高放核废料地质处置库中，作为缓冲/回填材料的非饱和膨润土是一道重要的人工屏障，由于受核废料放出的热量影响，其温度逐渐升高，含水量逐渐减小。最终，随着地下水位的上升，土样产生湿化从而再次达到饱和，这一过程中，温度变化使得非饱和土持水性能、渗透特性以及变形性质均有别于常温土体。此外，在地热资源的开发利用、CO₂地下封存、高压电缆埋设以及石油开采等诸多工程建设领域，开展温度,主要针对的是20℃-100℃之间的高温，对非饱和土基本性质影响的研究，都有着重要的理论意义和应用价值。

为了研究非饱和土基本性质的温度效应，常温下的土工试验设备已不能满足要求，研制温控非饱和土试验设备显得尤为迫切与重要。

常规的GDS非饱和土三轴仪是进行非饱和土静力三轴试验的有效工具，其最大特点是通过数字加压控制系统，准确控制试样加/反压及试验过程中的各压力值，并可快速反映相应阶段的体积变化量，实现对试验过程较高精度的控制和自动化数据采集，取得较高精度的试验结果。然而，常规GDS非饱和土三轴仪不能对实验过程中的温度进行有效控制，无法满足考虑温度影响的非饱和土实验要求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种利用既有常规GDS非饱和土三轴仪的基础上增加温度控制的功能的温控非饱和土三轴仪压力室系统，该压力室系统在常规非饱和土三轴仪基础上实现了对实验温度的精确控制和量测，可以开展不同温度下的多种非饱和土试验，提高了普通非饱和土三轴仪的通用性；对温度的控制实现了自动化，且所测数据准确。

根据上述发明构思，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种温控非饱和土三轴仪压力室系统，包括加载台架、压力罩，该压力罩固定设置于所述加载台架，该压力室系统还设有与所述压力罩连接有温度控制系统，所述压力罩包括顶盖和外壁；所述温度控制系统包括电热板、导线、温度控制器和温度传感器；所述压力罩外壁为夹层结构，其内设置电热板；所述电热板通过导线与温度控制器相连接；所述温度传感器通过一固定螺帽固定于压力罩顶盖，其一端置于压力罩内，另一端通过导线与温度控制器相连接。

所述电热板均布于压力罩外壁夹层的内壁上。

所述压力罩外壁夹层外壁还设置隔热层。

所述隔热层为隔热石棉。

所述压力罩外壁采用不锈钢材质。

所述加载台架由承台、升降台、底座、2根支杆、横梁和轴向荷载传感器、支架、轴向位移传感器构成；所述2根支杆下端与承台固定连接，上端穿过横梁两端，由固定螺栓固定连接；所述轴向荷载传感器上端与横梁中点处相连接，下端与活塞杆相接触；所述轴向位移传感器下端与顶盖相接触，上端通过支架与活塞杆相连接。

所述压力罩包括顶盖、外壁、活塞杆，所述顶盖与外壁焊接，外壁与底座之间通过由上至下贯穿整个外壁的固定螺杆固定连接，压力罩整体置于由升降台支撑的底座上；压力罩外壁为不锈钢制成的夹层结构，从外到内依次布置隔热石棉、固定螺杆、筒状电热板；压力罩顶盖上设置一排气阀，中央设置一可上下滑动的活塞杆，其下端通过防水轴套穿过顶盖中心与压力罩内部的有机玻璃试样帽相接触，上端与轴向荷载传感器相接触。

在所述轴向活塞杆和有机玻璃试样帽之间设置增高垫块，该增高垫块由上下两个直径不同的圆柱体组成，其顶部与轴向活塞杆相接触，顶部的半圆形凹槽与轴向活塞杆顶部的半圆形凸起半径相匹配；底部与有机玻璃试样帽相接触，两者直径相等。

所述外壁的底面与底座顶面通过固定螺杆连接，其中，压力罩顶盖四周的圆孔与底座四周的圆孔一一对应，所述固定螺杆通过压力罩外壁内部贯通连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.    本发明在常规GDS非饱和土三轴仪基础上改进增加了温度控制系统，实现了对温度的有效控制，可开展不同温度下的多种非饱和土土工试验。