[发明专利]非饱和土多场耦合的三轴试验系统及其方法

摘要

本发明公开了一种非饱和土多场耦合的三轴试验系统及其方法，涉及环境荷载下的土工试验领域。本试验系统是在三轴压力室内设置有土样；围压施加和体变监测单元、轴力施加单元、基质吸力施加单元、温度控制单元、化学溶液循环渗透单元和轴向位移测量单元分别与三轴压力室连接，实现对土样施加设定的各项荷载；数据采集单元分别与围压施加和体变监测单元、轴力施加单元、基质吸力施加单元、温度控制单元、化学溶液循环渗透单元和轴向位移测量单元连接，实现各项数据的采集。本发明适用于非饱和土在不同化学作用、不同温度下的脱吸湿、固结、不排水剪切和排水剪切试验，实现非饱和土的温度、水力、力学和化学耦合行为的联合测定。

主权项

一种非饱和土多场耦合的三轴试验系统，其特征在于：包括三轴压力室(1)、围压施加和体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)、轴向位移测量单元(7)和数据采集单元(8)；其连接关系是：在三轴压力室(1)内设置有土样(0)；围压施加和体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)和轴向位移测量单元(7)分别与三轴压力室(1)连接，实现对土样(0)施加设定的各项荷载；数据采集单元(8)分别与围压施加和体变监测单元(2)、轴力施加单元(3)、基质吸力施加单元(4)、温度控制单元(5)、化学溶液循环渗透单元(6)和轴向位移测量单元(7)连接，实现各项数据的采集；所述的三轴压力室(1)包括压力室外罩(1.1)、排气通道(1.2)、围压孔道(1.3)、化学溶液孔道(1.4)、陶土板(1.5)、底座(1.6)、孔隙气孔道(1.7)、孔隙水孔道(1.8)和多孔板(1.9)；其连接关系是：压力室外罩(1.1)安装在底座(1.6)上，陶土板(1.5)放置在底座(1.6)中部，在陶土板(1.5)的上部放置有土样(0)，排气通道(1.2)设置在压力室外罩(1.1)上部，用来排除压力室内的空气；围压孔道(1.3)设置在底座(1.6)的边缘上，用来施加围压；化学溶液孔道(1.4)设置在底座(1.6)的边缘上，和土样(0)上部的多孔板(1.9)连接，用于化学溶液的循环渗透；孔隙气孔道(1.7)设置在底座(1.6)的边缘上，和土样(0)上部的多孔板(1.9)连接，用来对土样(0)施加气压；孔隙水孔道(1.8)设置在底座(1.6)的中心上，在陶土板(1.5)的下方，一个功能是对土样(0)施加孔隙水压力，另一个功能是用来对土样(0)进行化 学溶液的循环渗透；所述的围压施加和体变监测单元(2)包括围压和体积控制器(2.1)和围压阀(2.2)；其连接关系是：围压和体积控制器(2.1)和围压阀(2.2)连接，围压阀(2.2)和三轴压力室(1)的围压孔道(1.3)连接；围压和体积控制器(2.1)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接，对土样(0)在试验过程中的围压和体变进行采集；所述的轴力施加单元(3)包括升降台(3.1)、手轮(3.2)、轴向测力计(3.3)和试验机(3.4)；其连接关系是：从下到上，试验机(3.4)、升降台(3.1)、三轴压力室(1)和轴向测力计(3.3)依次连接，给土样(0)施加轴力；在试验机(3.4)上设置有手轮(3.2)，起卸载作用；轴向测力计(3.3)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接，对土样(0)在试验过程中的轴力进行采集；所述的基质吸力施加单元(4)包括气压控制器(4.1)、空压机(4.2)、孔隙气阀门(4.3)、孔压和体积控制器(4.4)和孔隙水阀门(4.5)；其连接关系是：空压机(4.2)、气压控制器(4.1)和孔隙气阀门(4.3)依次连接，孔隙气阀门(4.3)和三轴压力室(1)的孔隙气孔道(1.7)连接，对土样(0)施加孔隙气压力；孔压和体积控制器(4.4)和孔隙水阀门(4.5)连接，孔隙水阀门(4.5)和三轴压力室(1)的孔隙水孔道(1.8)连接，对土样(0)施加孔隙水压力，并且同时监测土样(0)中吸入或排出孔隙溶液的流量，进而得出土样(0)含水量的变化情况；气压控制器(4.1)和孔压和体积控制器通过信号传输线和数据采集单元(8)连接，对土样(0)试验过程中的孔隙气压力、孔隙水压力以及含水量变化的采集；所述的温度控制单元(5)包括电阻丝(5.1)、低温恒温冷浴(5.2)、冷浴 液循环铜管(5.3)和温度控制器(5.4)；其连接关系是：电阻丝(5.1)和冷浴液循环铜管(5.3)分别置于三轴压力室外罩(1.1)的内壁上，低温恒温冷浴(5.2)和冷浴液循环铜管(5.3)连接，电阻丝(5.1)和低温恒温冷浴(5.2)分别和温度控制器(5.4)连接，控制温度；温度控制器(5.4)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接，对土样(0)在试验过程中的温度进行采集；所述的化学溶液循环渗透单元(6)包括渗透压力和体积控制器(6.1)和化学溶液阀门(6.2)；其连接关系是：渗透压力和体积控制器(6.1)和化学溶液阀门(6.2)连接，化学溶液阀门(6.2)和三轴压力室(1)中的化学溶液孔道(1.4)连接；渗透压力和体积控制器(6.1)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接，对土样(0)试验过程中的渗透压力和流量进行采集；所述的轴向位移测量单元(7)包括轴向位移百分表(7.1)和位移探测计(7.2)；其连接关系是：轴向位移百分表(7.1)和位移探测计(7.2)的上部连接，位移探测计(7.2)和三轴压力室(1)上部接触，轴向位移百分表(7.1)通过信号传输线和数据采集单元(8)连接，对土样(0)试验过程中的轴向位移进行采集；所述的数据采集单元(8)包括围压传感器(8.1)、流量传感器(8.2)、化学溶液压力传感器(8.3)、化学溶液流量传感器(8.4)、轴力传感器(8.5)、孔隙气压力传感器(8.6)、孔隙水压力传感器(8.7)、孔隙水流量传感器(8.8)、温度传感器(8.9)、轴向位移传感器(8.10)、数据采集仪(8.11)和计算机(8.12)；其连接关系是：数据采集仪(8.11)上有10个通道分别和围压传感器(8.1)、流量传感器(8.2)、化学溶液压力传感器(8.3)、化学溶液流量传感器(8.4)、轴力传感器(8.5)、孔隙气压力传感器(8.6)、孔隙水压力传感器(8.7)、孔隙水流量传感器(8.8)、温度传感器(8.9)和轴向位移传感器(8.10)连接，数据采集仪(8.11)和计算机(8.12)连接；围压传感器(8.1)和流量传感器(8.2)设置于围压施加和体变监测单元(2)的围压和体积控制器(2.1)上；化学溶液压力传感器(8.3)和化学溶液流量传感器(8.4)设置于化学溶液循环渗透单元(6)的渗透压力和体积控制器(6.1)上；轴力传感器(8.5)设置于轴向测力计(3.3)上；孔隙气压力传感器(8.6)设置于气压控制器(4.1)上；孔隙水压力传感器(8.7)和孔隙水流量传感器(8.8)设置于基质吸力施加单元(4)的孔压和体积控制器(4.3)上；温度传感器(8.9)设置于温度控制器(5.4)上；轴向位移传感器(8.10)设置于轴向位移百分表(7.1)上。