CN102495199A - 控温控吸高压固结仪 - Google Patents
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Abstract
控温控吸高压固结仪,包括压力腔室、控温水槽、温度控制装置和吸力控制装置;压力腔室置于控温水槽中,并与吸力控制装置相连;底座两侧开设有孔,与吸力控制装置相连,底座上表面开设有圆形斜壁凹槽,便于压力腔室自动嵌入、对中和稳定;试样室为环形中空结构,置于底座之上,试样室下端嵌入底座上表面开设的圆形斜壁凹槽中;活塞嵌于试样室中,下端与试样顶面的透水石接触;橡皮膜套于试样室和活塞外部;吸力控制装置包括空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器,空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器通过导管依此串联,空气循环泵和过渡容器的一端分别与压力腔室底座两侧孔口相连,形成密闭空气循环回路。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程领域的一种新型土工试验装置,具体为一种控温控吸高压固结仪。
背景技术
固结仪是一种常用的土工试验装置,主要用于研究土体的膨胀性、压缩性等体变特征。目前常规的固结仪只能在室温条件下简单模拟饱和土的工况条件,不能控制吸力,所能施加轴向应力较小。事实表明,工程的许多土体均处于非饱和状态,其工程性质主要受吸力的制约,尤其在高放射性核废料地质处置库或垃圾填埋场中,作为缓冲材料的压实膨润土材料长期处于变化的温度、吸力和应力环境中,采用常规的固结仪无法对这种复杂边界条件进行模拟。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是,克服常规固结仪的上述不足,提供一种结构简单、操作方便的控温控吸高压固结仪,可用于研究不同温度和吸力条件下非饱和土的压缩性及胀缩性。
本发明的实现技术方案是:一种控温控吸高压固结仪,包括压力腔室、控温水槽、温度控制装置和吸力控制装置;压力腔室置于控温水槽中,并与吸力控制装置相连;压力腔室包括底座、试样室、环形盖板、活塞及橡皮膜,环形盖板置于试样室之上,通过紧固件将底座和试样室固定;底座两侧开设有孔,与吸力控制装置相连,底座上表面开设有圆形斜壁凹槽,便于压力腔室自动嵌入、对中和稳定,在圆形斜壁凹槽底面上以中心点为圆心开设有两道环形槽,用于安装两重O型密封圈,底座的中间固定有透水石,透水石上表面与圆形斜壁凹槽底面平齐;试样室为环形中空结构,置于底座之上,试样室下端嵌入底座上表面开设的圆形斜壁凹槽中;活塞嵌于试样室中,下端与试样顶面的透水石接触;橡皮膜套于试样室和活塞外部;吸力控制装置包括空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器,空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器通过导管依此串联,空气循环泵和过渡容器的一端分别与压力腔室底座两侧孔口相连,形成密闭空气循环回路。
温度控制装置连接控温水槽,包括热电偶温度传感器、加热器、温度控制器和水循环泵,热电偶温度传感器、加热器和水循环泵均置于控温水槽中,热电偶温度传感器和加热器通过导线与温度控制器相连。
本发明有益效果是:与常规固结仪相比,采用水浴控温方式,实现了压力腔室内部的温度控制,模拟试样在不同工况条件下的温度边界条件;采用蒸汽平衡技术,并实现了试样吸力控制,模拟试样在不同工况条件下干湿边界条件;采用刚度大的不锈钢制作压力腔室,实现了最高40MP的高压力控制;本发明可模拟复杂温度、吸力和应力边界条件下的非饱和土力学试验,研究土体的热-水-力耦合特性;本发明涉及的装置结构简单,操作简便,安装测试十分便捷,成本低,实用性强。
附图说明
图1 是本发明控温控吸高压固结仪示意图。
图2 是本发明压力腔室示意图。
图3 是本发明温度控制装置示意图。
图4 是本发明吸力控制装置示意图。
具体实施方案
参考图1-4,本发明控温控吸高压固结仪,包括压力腔室1、温度控制装置2和吸力控制装置3。压力腔室1与吸力控制装置3相连,压力腔室1置于温度控制装置2的控温水槽16中。压力腔室1组合实施:参考图1和图2,压力腔室1包括底座4、试样室8、环形盖板6、活塞11及橡皮膜10。在底座4中间凹槽中固定透水石12,透水石高度为5-10mm,直径为39.1或50mm;在底座4上表面的环形凹槽中放入O型密封圈;将试样室8嵌入底座4上表面开设的圆形斜壁凹槽中;将环形盖板6套在试样室8外边,通过螺栓7将试样室8和底座4固定在一起;在试样室8的内腔中导入定量的土样,通过活塞11压实到设计干密度和高度,形成试样13;在试样13和活塞11之间置入透水石12;在试样室8和活塞11的上部套入橡皮膜10,通过O型圈9固定,对压力室8内腔进行密封;将整个压力腔室1置入控温装置2的控温水槽16中进行温度控制。
温度控制实施:参考图1和图3,温度控制装置2包括控温水槽16、热电偶温度传感器19、加热器17、温度控制器18和水循环泵15。在控温水槽中加入适量的自来水,控温水槽采用隔热性能良好的泡沫材料制作;将热电偶温度传感器19、加热器17和水循环泵15没于水中,热电偶温度传感器19用于测量水浴温度,加热器17用于加热水浴,水循环泵15用于循环水浴内水体,使水浴内温度分布均匀;热电偶温度传感器19和加热器17通过导线与温度控制器18相连,控制水浴温度和试样13的温度,控温范围为室温-90℃,精度为±0.5℃。
吸力控制实施:参考图1和图4,吸力控制装置3包括空气循环泵20、饱和盐溶液容器21和过渡容器22。采用导管23将空气循环泵20的出气口、饱和盐溶液容器21和过渡容器22通过依此串联;将过渡容器22的出气口通过导管与压力腔室1底座4侧边的孔口5相连;将空气循环泵20的进气口通过导管与压力腔室1底座4另一端孔口相连,形成密闭的空气循环回路;空气循环泵20用于加速系统内具备一定相对湿度气体的循环,缩短试样13与目标控制吸力的平衡时间;根据目标吸力控制值,在饱和盐溶液容器21中装入相应的过饱和的盐溶液,通过控制系统内的空气相对湿度控制试样13的吸力,吸力控制范围为1-300MPa;过渡容器22为空瓶,防止循环过程中饱和盐溶液容器21中溶液进入试样13中;开启空气循环泵20的电源,由饱和盐溶液控制的一定相对湿度的气体在系统内开始循环,通过压力腔室1的透水石12与试样13进行蒸汽交换最终达到平衡。
Claims (4)
1.一种控温控吸高压固结仪,其特征是包括压力腔室、控温水槽、温度控制装置和吸力控制装置;压力腔室置于控温水槽中,并与吸力控制装置相连;压力腔室包括底座、试样室、环形盖板、活塞及橡皮膜,环形盖板置于试样室之上,通过紧固件将底座和试样室固定;底座两侧开设有孔,与吸力控制装置相连,底座上表面开设有圆形斜壁凹槽,便于压力腔室自动嵌入、对中和稳定,在圆形斜壁凹槽底面上以中心点为圆心开设有两道环形槽,用于安装两重O型密封圈,底座的中间固定有透水石,透水石上表面与圆形斜壁凹槽底面平齐;试样室为环形中空结构,置于底座之上,试样室下端嵌入底座上表面开设的圆形斜壁凹槽中;活塞嵌于试样室中,下端与试样顶面的透水石接触;橡皮膜套于试样室和活塞外部;吸力控制装置包括空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器,空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器通过导管依此串联,空气循环泵和过渡容器的一端分别与压力腔室底座两侧孔口相连,形成密闭空气循环回路。
2.根据权利要求1所述的控温控吸高压固结仪,其特征是:设有控制保温水槽温度控制装置,控制装置包括热电偶温度传感器、加热器、温度控制器和水循环泵,热电偶温度传感器、加热器和水循环泵均置于控温水槽中,热电偶温度传感器和加热器通过导线与温度控制器相连。
3.根据权利要求1所述的控温控吸高压固结仪,其特征是:所述热电偶温度传感器、加热器和水循环泵均置于保温水槽中,热电偶温度传感器和加热器通过导线与温度控制器相连。
4.根据权利要求2所述的控温控吸高压固结仪,其特征是:保温水槽是泡沫隔热材质。
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