CN104634666A - 一种单联低温低围压三轴蠕变仪 - Google Patents

一种单联低温低围压三轴蠕变仪 Download PDF

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张锋
彩雷洲
马宏岩
王彩霞
林波
臧宏阳
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Abstract

一种单联低温低围压三轴蠕变仪，涉及土木工程材料试验仪器领域。该蠕变仪解决目前尚且不完善的在小应力和小围压下冻土蠕变试验问题。方案：本发明主要包括主机、压力室、气压伺服系统、数据自动采集系统和自动温度控制系统，主机的反力架下部固定有气缸，气缸传力杆下部固定有轴向荷载传感器，反力架和气缸之间固定有位移传感器，压力室内部设置有与自动温度控制系统相连的双螺旋铜管，压力室的顶盖上设置有温度传感器，压力室的轴压和围压由气压伺服系统的轴压调节器和围压调节器控制，压力室底端的围压管道处设置有围压传感器，压力室外部设置有保温箱。本发明可用于低温低围压下的冻土单轴或三轴蠕变试验和常温低围压下的单轴或三轴蠕变试验。

Description

一种单联低温低围压三轴蠕变仪
技术领域
本发明涉及一种单联低温低围压三轴蠕变仪，涉及土木工程材料试验仪器领域。
背景技术
我国的冻土面积位居世界第三，其中多年冻土面积约为215万平方公里。随着经济的迅速发展，在冻土地区展开的工程项目日益增多，在解决寒区路基工程和建筑地基稳定等一系列工程问题中，对冻土力学性质的迫切了解越发亟需。特别是在外部荷载和环境升温的联合作用下，普通冻土、高温冻土和高含冰量冻土的蠕变变形特性造成了工程构筑物的沉降变形，导致了寒冷地区工程灾害的不断发生。
近年来，学者们针对冻土的蠕变变形现象进行了有关的试验研究，既兴起了众多蠕变研究的仪器，又得到了大量的室内或室外蠕变研究数据。而学者们惯用的冻土蠕变试验仪器多是以液压伺服蠕变试验仪为主，采用液压源进行大应力和大围压(高压可达兆帕)下的冻土蠕变试验，此试验仪器的缺点是价格昂贵、占用空间及操作复杂等。随着我国寒冷地区公路和铁路的成功建设，有关路基中冻土的蠕变研究也引起了学者们的关注，在这种情况下冻土承受的轴向应力和周围压力都较小，所以室内研究中多模拟冻土在小应力和小围压(低压仅为千帕)下的冻土蠕变试验，然而目前专门针对这一问题的冻土蠕变试验仪器尚有不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种单联低温低围压三轴蠕变仪，以解决目前尚且不完善的在小应力和小围压下冻土蠕变试验问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:所述蠕变仪包括反力架、磁性表座、位移传感器、不锈钢钢板、气缸、气缸传力杆、轴压管道、轴压调节器、围压管道、围压调节器、气压稳定源、冷浴输入管、温度传感器、轴向荷载传感器、冷浴输出管、保温箱、压力室、试样帽、透水石、双螺旋铜管、围压传感器、底座、数据自动采集系统、自动温度控制系统和两个螺纹杆，螺纹杆固定在底座上用来调节反力架的高度，反力架下部固定有气缸，气缸传力杆下部固定有轴向荷载传感器，轴向荷载传感器上部固定有不锈钢钢板，反力架的下端面吸附磁性表座，磁性表座上固定有位移传感器，位移传感器的下端顶靠在不锈钢钢板上，压力室嵌扣在底座上并位于反力架正下方位置处，压力室内由上至下依次放置试样帽、试样和透水石，压力室的底端设置有排气孔，压力室内部设置有环绕在试样周围的双螺旋铜管，双螺旋铜管分别与自动温度控制系统的冷浴输入管和冷浴输出管相连，压力室的顶盖上设置温度传感器，压力室的轴压和围压由气压伺服系统的轴压调节器和围压调节器控制，压力室底端的围压管道处设置有围压传感器，压力室外部设置有长方体保温箱，长方体保温箱的外壁为薄钢板，保温箱的顶盖使用不锈钢扁嘴搭扣固定，所述的位移传感器、温度传感器、轴向荷载传感器和围压传感器信号输出端分别与数据自动采集系统的信号输入端连接。
本发明具有以下有益效果：本发明以气压稳定源提供轴压和围压，气压稳定较快，可以专门用来进行小应力、小围压的蠕变试验；压力室内部以双螺旋铜管中的制冷液循环流动实现局部制冷，与整个仪器的环境制冷相比，制冷时间短，且无需担心低温环境下传感器采集数据的有效性，只需要在压力室外部做好保温处理即可；同时由于双螺旋环绕的铜管增加了制冷面积，可以提高制冷效率，节省时间。本发明体积小、噪音低、价格便宜、移动方便、操作简单、性能稳定。本发明可广泛用于科研单位或高校进行低温低围压的蠕变试验研究。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
图中：1-螺纹杆 2-反力架 3-磁性表座 4-位移传感器 5-不锈钢钢板 6-气缸 7-气缸传力杆 8-轴压管道 9-轴压调节器 10-围压管道 11-围压调节器 12-气压稳定源 13-冷浴输入管 14-温度传感器 15-轴向荷载传感器 16-冷浴输出管 17-不锈钢扁嘴搭扣 18-保温箱 19-压力室 20-试样帽 21-试样 22-透水石 23-排气孔 24-双螺旋铜管 25-压力室固定杆 26-压力室不锈钢壁 27-冷却液 28-围压传感器 29-底座 30-数据自动采集系统 31-自动温度控制系统
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式蠕变仪包括反力架2、磁性表座3、位移传感器4、不锈钢钢板5、气缸6、气缸传力杆7、轴压管道8、轴压调节器9、围压管道10、围压调节器11、气压稳定源12、冷浴输入管13、温度传感器14、轴向荷载传感器15、冷浴输出管16、保温箱18、压力室19、试样帽20、透水石22、双螺旋铜管24、围压传感器28、底座29、数据自动采集系统30、自动温度控制系统31和两个螺纹杆1，螺纹杆1固定在底座29上用来调节反力架2的高度，反力架2下部固定有气缸6，气缸传力杆7下部固定有轴向荷载传感器15，轴向荷载传感器15上部固定有不锈钢钢板5，反力架2的下端面吸附磁性表座3，磁性表座3上固定有位移传感器4，位移传感器4的下端顶靠在不锈钢钢板5上，压力室19嵌扣在底座29上并位于反力架2正下方位置处，压力室19内由上至下依次放置试样帽20、试样21和透水石22，压力室19的底端设置有排气孔23，压力室19内部设置有环绕在试样21周围的双螺旋铜管24，双螺旋铜管24分别与自动温度控制系统31的冷浴输入管13和冷浴输出管16相连，压力室19的顶盖上设置温度传感器14，压力室19的轴压和围压由气压伺服系统的轴压调节器9和围压调节器11控制，压力室19底端的围压管道10处设置有围压传感器28，压力室19外部设置有长方体保温箱18，长方体保温箱18的外壁为薄钢板，保温箱18的顶盖使用不锈钢扁嘴搭扣17固定，所述的位移传感器4、温度传感器14、轴向荷载传感器15和围压传感器28信号输出端分别与数据自动采集系统30的信号输入端连接。
压力室19内部的双螺旋铜管24是将铜管环绕试样21螺旋而下，再将铜管环绕试样21螺旋而上，为了不干扰试样21在低温下的侧向变形，双螺旋铜管24应该靠近压力室不锈钢外壁26一侧。
通过压力室19内部的双螺旋铜管24循环制冷液实现压力室19局部制冷，缩短了降温时间，提高了制冷效率，同时要保证尽量多的设置双螺旋铜管24的圈数。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式所述蠕变仪还包括气压稳定源12用于提供轴压和围压，此结构的优点是气压伺服系统成本低且气压稳定较快，可以专门用来针对小应力和小围压情况下的蠕变试验。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式所述蠕变仪还包括压力室19外部保温箱18的内壁材质为硬质聚氨酯保温板，保温箱8的内壁厚度为80mm。此结构的优点是硬质聚氨酯材料导热系数低，在目前的保温材料中具有的优良的保温隔热系能，在达到同样保温要求下，可以减少硬质聚氨酯保温板厚度，增加有效使用面积。其它实施方式与具体实施方式一相同。
工作原理：
将压力室19和双螺旋铜管24放入与试验温度相同的环境箱中预冷2个小时，然后取出预冷后的压力室19和双螺旋铜管24；
在压力室19内部依次放置透水石22、冻土试样21和试样帽20，再套上耐低温乳胶膜，使用O型圈绑紧乳胶膜；
将双螺旋铜管24固定在压力室19的顶盖上，再固定上压力室，然后通过压力室19顶盖上预留的注水孔，向压力室19内部注入冷却液27，再密封上压力室19顶盖；
将压力室19嵌扣在主机底座29上，把保温箱18套在压力室19外部，使用不锈钢扁嘴搭扣17扣紧保温箱18的顶盖，再将主机底座29做保温处理；
将自动温度控制系统31的冷浴输入管13和冷浴输出管16分别与双螺旋铜管24相连，并在压力室19顶盖上安装温度传感器14；
使用气管连接气压伺服系统(包括气缸6、轴压调节器9、围压调节器11和气压稳定源12等)，调节轴压调节器9，由气缸6施加轴压，调节围压调节器11，以液压的形式施加围压，然后再安装位移传感器4、轴向荷载传感器15和围压传感器28；
位移传感器4、温度传感器14、轴向荷载传感器15和围压传感器28信号输出端分别与数据自动采集系统30的信号输入端连接。开启数据自动采集系统30；
启动自动温度控制系统31，设定温度为试验温度，通过自动温度控制系统31的制冷液外循环，开始在双螺旋铜管24中循环制冷液，直至压力室19内部的温度达到试验要求温度并保持稳定；
打开气压伺服系统，待围压稳定后，再施加轴压，开始冻土三轴蠕变试验。

Claims (3)

1.一种单联低温低围压三轴蠕变仪，其特征在于所述蠕变仪包括反力架(2)、磁性表座(3)、位移传感器(4)、不锈钢钢板(5)、气缸(6)、气缸传力杆(7)、轴压管道(8)、轴压调节器(9)、围压管道(10)、围压调节器(11)、气压稳定源(12)、冷浴输入管(13)、温度传感器(14)、轴向荷载传感器(15)、冷浴输出管(16)、保温箱(18)、压力室(19)、试样帽(20)、透水石(22)、双螺旋铜管(24)、围压传感器(28)、底座(29)、数据自动采集系统(30)、自动温度控制系统(31)和两个螺纹杆(1)，螺纹杆(1)固定在底座(29)上用来调节反力架(2)的高度，反力架(2)下部固定有气缸(6)，气缸传力杆(7)下部固定有轴向荷载传感器(15)，轴向荷载传感器(15)上部固定有不锈钢钢板(5)，反力架(2)的下端面吸附磁性表座(3)，磁性表座(3)上固定有位移传感器(4)，位移传感器(4)的下端顶靠在不锈钢钢板(5)上，压力室(19)嵌扣在底座(29)上并位于反力架(2)正下方位置处，压力室(19)内由上至下依次放置试样帽(20)、试样(21)和透水石(22)，压力室(19)的底端设置有排气孔(23)，压力室(19)内部设置有环绕在试样(21)周围的双螺旋铜管(24)，双螺旋铜管(24)分别与自动温度控制系统(31)的冷浴输入管(13)和冷浴输出管(16)相连，压力室(19)的顶盖上设置温度传感器(14)，压力室(19)的轴压和围压由气压伺服系统的轴压调节器(9)和围压调节器(11)控制，压力室(19)底端的围压管道(10)处设置有围压传感器(28)，压力室(19)外部设置有长方体保温箱(18)，长方体保温箱(18)的外壁为薄钢板，长方体保温箱(18)的顶盖使用不锈钢扁嘴搭扣(17)固定，所述的位移传感器(4)、温度传感器(14)、轴向荷载传感器(15)和围压传感器(28)信号输出端分别与数据自动采集系统(30)的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种单联低温低围压三轴蠕变仪，其特征在于所述气压稳定源(12)用于提供轴压和围压。
3.根据权利要求2所述的一种单联低温低围压三轴蠕变仪，其特征在于所述压力室(19)外部保温箱(18)的内壁材质为硬质聚氨酯保温板，保温箱(18)的内壁厚度为80mm。
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