CN102507904B - 一种空心圆柱试样热固结压力室 - Google Patents

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Abstract

一种空心圆柱试样热固结压力室，涉及饱和土试样的热固结压力室，用于测定试样内外部温度变化条件下试样的热固结变形量。解决了现有热固结压力室不能进行试样内外部温度耦合变化条件下热固结试验的缺陷。该压力室中的圆柱试样(15)为一空心圆柱试样，其空心中放置热棒(16)，热棒上装有温度传感器(14)，热棒的导线和温度传感器导线与试样中心温度控制器(25)相连；轴向压力杆(3)的一端与试样帽内的螺口相连，另一端与螺母相连；中间段圆柱部分与压力室的顶盖(4)上的孔之间设第二O型橡胶垫密封圈(9)。从压力室内引出的试样排水管与体变管连接，孔隙水压力量测管与孔隙水压力量测系统连接，周围压力连接管与围压量测系统连接。

Description

一种空心圆柱试样热固结压力室
技术领域
本发明涉及一种用于岩土工程中饱和土试样的热固结压力室，适用于测定试样内部温度和外部温度变化条件下试样的热固结变形量。
背景技术
在2011年06期《岩土工程学报》上，“一种用于饱和土的热固结试验装置及其应用”，该试验装置包括：压力室电热偶、轴向压力杆、压力室顶盖、上透水石、试样帽、下透水石、压力室壁、压力室底座、温度调控器、试样排水管、孔隙水压力量测管、周围压力连接管。
将绝热陶瓷板、下透水石、圆柱试样依次置于压力室底座中部的凸台上，圆柱试样的周边包裹不透水的筒状橡皮膜。在圆柱试样上端依次放置上透水石、试样帽。轴向压力杆与试样帽接触连接。压力室壁由不锈钢制作的空腔式结构，压力室筒状电热板嵌入压力室侧壁内，其电阻丝的两端与温度调控器连接。压力室壁与压力室底座中部的凸台配合，用螺栓与压力室底座上的螺纹连接将压力室壁下端面固定在压力室底座上，其间由第三O型橡胶圈密封；压力室顶盖与压力室的上端面固定连接。压力室电热偶安装在压力室顶盖上，其一端置于充满水的压力室内，输出端的引线与温度调控器连接，压力室电热偶与压力室顶盖由第四O型橡胶圈密封。试样排水管的一端穿过试样帽与上透水石连接，试样排水管的另一端穿过压力室底座与体变管相连；孔隙水压力量测管的一端与下透水石连接，另一端与孔隙水压力量测系统相连接。周围压力连接管与周围压力量测系统相连接。
但是该试验装置无法同时控制试样内部温度和外部温度变化条件下(即双控温度边界条件)的热固结过程。近年来，由于地热资源开发利用、热能储存、核废料处置、节能建筑以及二氧化碳地下封存等工程问题的需要，关于复杂温度梯度作用下(如内含热源、温度梯度变化、有热流存在等)饱和土试样热固结特性的研究成为一个关键问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有热固结压力室不能进行试样内部温度和外部温度耦合变化条件下热固结试验的缺陷，提供一种空心圆柱试样热固结压力室。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种空心圆柱试样热固结压力室，该固结压力室包括：压力室电热偶、轴向压力杆、压力室顶盖、上透水石、试样帽、下透水石、压力室壁、压力室底座、温度调控器、试样排水管、孔隙水压力量测管、周围压力连接管。
所述的圆柱试样为一空心圆柱试样；将下透水石、第一绝热陶瓷板、空心圆柱试样依次置于压力室底座中部的凸台上，圆柱试样的周边包裹不透水的筒状橡皮膜。
在空心圆柱试样的上端依次放置上透水石、试样帽、第二绝热陶瓷板。
空心圆柱试样的中心处放置热棒，热棒上装有温度传感器，热棒的导线引出端置于压力室底座中央的盲孔中，其间由第五O型橡胶圈密封；热棒的导线和温度传感器导线与试样中心温度控制器相连。
轴向压力杆的两端均为螺纹，中间段为圆柱，另一端与螺母相连；另一端通过螺母与压力室顶盖相连。中间段圆柱部分与压力室的顶盖上的孔间设第二O型橡胶垫密封圈。
压力室壁由不锈钢制作的空腔式结构，包括压力室外侧壁，压力室内侧壁；筒状电热板嵌入空腔内贴着压力室内侧壁，其电阻丝的两端与温度调控器连接；在空腔内，筒状电热板与压力室外侧壁之间填充石棉。
压力室外侧壁与压力室底座中部的凸台配合，用螺栓与压力室底座上的螺纹连接将压力室外侧壁下端面固定在压力室底座上，其间由第三O型橡胶圈密封；压力室顶盖与压力室的上端面固定连接。压力室顶盖与压力室的上端面通过螺钉固定连接，其间安装第一和第六O型橡胶垫密封圈。
压力室电热偶安装在压力室顶盖上，其一端置于充满水的压力室内，输出端的引线与温度调控器连接，压力室电热偶与压力室顶盖由第四O型橡胶圈密封。
试样排水管的一端穿过试样帽与上透水石连接，试样排水管的另一端穿过压力室底座与体变管相连；孔隙水压力量测管的一端与下透水石连接，另一端与孔隙水压力量测系统相连接。
周围压力连接管与周围压力量测系统相连接。
压力室内温度为0℃～100℃。
空心圆柱试样内部的温度为0℃～100℃
本发明的有益效果是：
本发明能够承受较高的温度，固结压力室内的温度及空心圆柱样内的温度可控制在0～100℃和较高的固结压力(压力可达1MPa)。满足试样内部温度和外部温度同时变化条件下饱和土试样热固结试验的需要。能够精确测定试样外部温度和内部温度同时变化过程中饱和土试样的热固结变形量和孔隙水压力变化。
附图说明
图1是空心圆柱样热固结压力室示意图。
图中：压力室电热偶1、压力室内侧壁2、轴向压力杆3、压力室顶盖4、上透水石6、试样帽7、第二绝热陶瓷板8、第二O型橡胶垫密封圈9、筒状橡皮膜10、下透水石11、第一绝热陶瓷板12、温度传感器14、圆柱试样15、石棉18、压力室外侧壁19、第一O型橡胶垫密封圈21、压力室底座22、第三O型橡胶圈23、温度调控器24、试样排水管26、孔隙水压力量测管27、周围压力连接管28、第六O型橡胶垫密封圈29、第五O型橡胶圈30、第四O型橡胶密封圈31、止水橡胶垫32。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
一种空心圆柱试样热固结压力室，如图1，该固结压力室包括：压力室电热偶1、轴向压力杆3、压力室顶盖4、上透水石6、试样帽7、下透水石11、压力室壁19、压力室底座22、温度调控器24、试样排水管26、孔隙水压力量测管27、周围压力连接管28。
所述的圆柱试样15为一空心圆柱试样；将下透水石11、第一绝热陶瓷板12、空心圆柱试样依次置于压力室底座22中部的凸台上，圆柱试样的周边包裹不透水的筒状橡皮膜10。
在空心圆柱试样的上端依次放置上透水石6、试样帽7、第二绝热陶瓷板8、止水橡胶垫32。
空心圆柱试样的中心处放置热棒16，热棒16上装有温度传感器14，热棒16的导线引出端置于压力室底座22中央的盲孔中，其间由第五O型橡胶圈30密封；热棒16的导线和温度传感器14导线与试样中心温度控制器25相连。
轴向压力杆3的两端均为螺纹，中间段为圆柱，另一端与螺母相连；另一端通过螺母与压力室顶盖相连。中间段圆柱部分与压力室的顶盖4上的孔间设第二O型橡胶垫密封圈9。
压力室壁由不锈钢制作的空腔式结构，包括压力室外侧壁19，压力室内侧壁2；筒状电热板17嵌入空腔内贴着压力室内侧壁2，其电阻丝的两端与温度调控器24连接；在空腔内，筒状电热板17与压力室外侧壁19之间填充石棉18。
压力室外侧壁19与压力室底座22中部的凸台配合，用螺栓与压力室底座22上的螺纹连接将压力室外侧壁19下端面固定在压力室底座22上，其间由第三O型橡胶圈23密封；压力室顶盖4与压力室的上端面固定连接。压力室顶盖4与压力室的上端面通过螺钉固定连接，其间安装第一和第六O型橡胶垫密封圈21、29。
压力室电热偶1安装在压力室顶盖4上，其一端置于充满水的压力室内，输出端的引线与温度调控器24连接，压力室电热偶1与压力室顶盖4由第四O型橡胶圈31密封。
试样排水管26的一端穿过试样帽7与上透水石6连接，试样排水管26的另一端穿过压力室底座22与体变管相连；孔隙水压力量测管27的一端与下透水石12连接，另一端与孔隙水压力量测系统相连接。
周围压力连接管28与周围压力量测系统相连接。
试验过程中，压力室内温度根据试验要需求，设为0℃或100℃或为0℃～100℃之间的任意度数。
试验过程中，空心圆柱试样内部的温度根据试验要需求，设为0℃或100℃或为0℃～100℃之间的任意度数。

Claims (3)

1.一种空心圆柱试样热固结压力室，该固结压力室包括：压力室电热偶(1)、轴向压力杆(3)、压力室顶盖(4)、上透水石(6)、试样帽(7)、下透水石(11)、压力室壁(19)、压力室底座(22)、温度调控器(24)、试样排水管(26)、孔隙水压力量测管(27)、周围压力连接管(28)；
将下透水石(11)、圆柱试样依次置于压力室底座(22)中部的凸台上，圆柱试样的周边包裹不透水的筒状橡皮膜(10)；
在圆柱试样(15)上端依次放置上透水石(6)、试样帽(7)；
轴向压力杆(3)与试样帽(7)接触连接；
压力室壁由不锈钢制作的空腔式结构，包括压力室外侧壁(19)，压力室内侧壁(2)；筒状电热板(17)嵌入空腔内贴着压力室内侧壁(2)，其电阻丝的两端与温度调控器(24)连接；在空腔内，筒状电热板(17)与压力室外侧壁(19)之间填充石棉(18)；
压力室外侧壁(19)与压力室底座(22)中部的凸台配合，用螺栓与压力室底座(22)上的螺纹连接将压力室外侧壁(19)下端面固定在压力室底座(22)上，其间由第三O型橡胶圈(23)密封；压力室顶盖(4)与压力室的上端面固定连接；
压力室电热偶(1)安装在压力室顶盖(4)上，其一端置于充满水的压力室内，输出端的引线与温度调控器(24)连接，压力室电热偶(1)与压力室顶盖(4)由第四O型橡胶圈(31)密封；
试样排水管(26)的一端穿过试样帽(7)与上透水石(6)连接，试样排水管(26)的另一端穿过压力室底座(22)与体变管相连；孔隙水压力量测管(27)的一端与下透水石(12)连接，另一端与孔隙水压力量测系统相连接；
周围压力连接管(28)与周围压力量测系统相连接；
其特征是：
所述的圆柱试样(15)为一空心圆柱试样，其空心中放置热棒(16)，热棒(16)上装有温度传感器(14)，热棒(16)的导线引出端置于压力室底座(22)中央的盲孔中，其间由第五O型橡胶圈(30)密封；热棒(16)的导线和温度传感器(14)导线与试样中心温度控制器(25)相连；
下透水石(11)与压力室底座(22)之间放置第一绝热陶瓷板(12)；在试样帽(7)上放置第二绝热陶瓷板(8)；第二绝热陶瓷板(8)与压力室顶盖(4)之间放置止水橡胶垫(32)；
压力室顶盖(4)与压力室的上端面通过螺钉固定连接，其间安装第一和第六O型橡胶垫密封圈(21、29)；
轴向压力杆(3)的两端均为螺纹，中间段为圆柱，一端与试样帽内的螺口相连，另一端与螺母相连；中间段圆柱部分与压力室的顶盖(4)上的孔之间设第二O型橡胶垫密封圈(9)。
2.根据权利要求1所述的空心圆柱试样热固结压力室，其特征是：压力室内温度为0～100℃。
3.根据权利要求1所述的空心圆柱试样热固结压力室，其特征是：空心圆柱试样内部的温度为0～100℃。
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