CN104897475B - 堆石料风化三轴试验中温度循环快速实现方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法及其装置：⑴向围压室内充曝气水；⑵关闭进、出水口；⑶-a、⑶-b：饱和堆石料充曝气水；干燥堆石料不通曝气水；⑷流量计置零，采集数据；饱和堆石料风化试验为步骤⑸-a至⑻-a；干燥堆石料风化试验为步骤⑸-b至⑻-b：⑸-a.增温时进水；⑸-b.不通曝气水；⑹-a.关闭气路阀门，充热水；⑹-b.关闭水路阀门，充冷热气体；⑺-a、⑺-b.试样出水口与进水口温度差值相同，即达到试验要求；⑻-a.试样降温时将热水换成冷水；⑻-b.试样降温时将热气换成冷气；⑼进出水量即为试样体积变化量。本发明操作十分简便，且可实现试样温度的快速升降，工作效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法。用于解决堆石料风化试验中试样温度变化速度慢、试验耗时长等等问题，以期推动堆石料长期强度变形特性试验技术发展。本发明还涉及这种方法所使用的装置。
背景技术
中国已建或在建9.8万多座水库大坝中90%以上为土石坝，随着水资源开发进程的推进，一批主要由堆石料构筑而成的高土石坝正在我国西南、西北、东北等地区建设或即将开工建设，这些高土石坝受当地筑坝材料的限制，坝体部分材料不得不使用软岩或弱风化岩筑坝，同时，工程所在区域环境条件恶劣，如年度内或昼夜温差大，极寒或高温地区坝体冻融现象频现，环境污染导致酸雨淋降、库水位变化波动大等，容易导致其强度变形性质发生劣化，从而对土石坝的长期安全性产生不利影响。因此亟需开展堆石料风化过程对其长期强度变形性质影响规律试验研究，为提高这些高坝大库的长期安全性提供科学依据。
如何实现堆石料试样短时间内温度均匀上升和降低，满足试验要求，国内外很多研究机构做了大量探索工作，也设计了多种试样温度变化过程的试验方法，如在三轴压力室外设置环境箱、在压力室外面通过导热管加热、围压室的围压水用循环热水等，这些方法加热效率低，热损失大，试验过程中试样的体积变形量、温度变化过程均无法准确测定，且试验耗时长，不利于推广。
发明内容
本发明的目的是为了实现堆石料风化试验中温度快速升降，提供一种堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法，这是一种易于操作的试验方法，该方法使用方便，工作效率高。本发明还将提供这种方法所使用的装置。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法，其特征在于，步骤如下，
⑴.在常规三轴试验机上，放置连接好各管路的压力室，通过压力室下方试样进水口向围压室内充曝气水；
⑵.待围压室顶部围压出水口流量稳定后，关闭围压进水口和围压出水口；
⑶-a.对饱和堆石料风化试验，通过试样下方的试样进水口向试样内充曝气水；
⑶-b.干燥堆石料风化试验时，则不必向试样内部通曝气水；
⑷.将安装在围压管上的高精度流量计置零，并开始采集数据，控制侧向位移向围压室内充水，增加围压至试验设计值并保持稳定；
对饱和堆石料风化试验，采用以下⑸-a至⑻-a的步骤：
⑸-a.试样增温时，连接压力调节泵出口与试样下部的试样进水口，调整进水压力为30kPa；
⑹-a.打开冷热水产生装置和水路阀门，关闭气路阀门，缓慢向试样内充试验要求温度的热水；
⑺-a.观测试样出水口温度计与进水口温度计差值，10分钟内两温度计显示温度均相同，表明试样温度达到试验要求；
⑻-a.试样降温时，将热水直接换成冷水即可实现；
对干燥堆石料风化试验，采用以下⑸-b至⑻-b的步骤：
⑸-b.试样增温时，不必向试样内部通曝气水；
⑹-b.打开冷热气体产生装置和气路阀门，关闭水路阀门，缓慢向试样内充试验要求温度的冷热气体,调整进气压力为30kPa；
⑺-b.观测试样出水口温度计与进水口温度计差值，10分钟内两温度计显示温度均相同，表明试样温度达到试验要求；
⑻.-b.试样降温时，将热气直接换成冷气即可实现；
⑼.试验过程中安装在围压管上的高精度流量计显示出的进出水量，即为试样体积变化量。
标注有-a、-b字样的步骤，是两种并列的操作选择。
完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法所使用的装置，待测的试样放置在三轴试验机的三轴压力室底座上；该三轴压力室外壁与试样之间为围压室，在该围压室上设有高精度流量计、围压水进口、围压水出口与围压压力表，其特征在于，本装置分别设有冷热气体产生装置和冷热水体产生装置，该冷热气体产生装置和冷热水体产生装置分别通过气路阀门、水路阀门及压力调节泵，通入所述压力室底部的试样进水口，该试样进水口处设有试样进水口温度计；试样出水口设在所述压力室的上部，该试样出水口设有试样出水口温度计。
换言之，本发明的装置包括两个温度计、两个阀门、一个高精度流量计、三轴压力室、耐腐蚀通水管路、冷热气体产生装置、冷热水体产生装置、压力调节泵等。所述冷热水体产生装置将产生预定温度的水通过耐腐蚀通水管路和水路阀门连通到压力调节泵进口，冷热气体产生装置将产生预定温度的气通过耐腐蚀通水管路和气路阀门连通到压力调节泵进口，经过压力调节后的固定压力水或气通过试样进水口输送到试样内部，水或气从试样底部向上移动并从试样出水口溢出，其中，所述两个温度计分别设置在试样进水口和试样出水口位置，可以量测并传输进出试样水或气的温度，待达到试验要求温度后，调节冷热气体产生装置或冷热水体产生装置中产生水或气的温度，并通过开启或关闭连接在上述装置上的气路阀门或水路阀门，即可实现饱和或干燥试样的温度循环过程，高精度流量计设置在围压进水口位置，可以量测并传输进出围压室的水量，计算获得试样体积变化量。
所述的冷热气体产生装置和冷热水体产生装置可以分别工作，并通过压力调节泵将固定压力的水或气分别输送到试样内部。
所述的温度计安装位置为两处，一处安装在试样底部进水口位置，一处安装在试样出水口位置，可分别测量进入和排出试样的水体或气体温度。
所述的高精度流量计安装在围压水进入围压室的围压水进口位置，待围压达到预定值后可以调零，通过试验过程中高精度流量计上显示进入或排出围压室的水量，计算试样体积变化量。
所述的压力调节泵，其特征是对产生的气体或水体压力均可按照设定的压力要求自由调节，产生固定压力的水体或气体并将其输送到试样中。
本发明的工作原理
在常规三轴试验机上，放置连接好各管路的压力室，通过压力室下方试样进水口向围压室内充曝气水，待围压室顶部围压出水口流量稳定后，关闭围压进水口和围压出水口；对饱和堆石料风化试验，通过试样下方的试样进水口向试样内充曝气水，待试样出水口流量稳定后，关闭试样进水口和试样出水口。干燥堆石料风化试验时，则不再向试样内部通曝气水。将安装在围压管上的高精度流量计置零，并开始采集数据，控制侧向位移向围压室内充水，增加围压至试验设计值并保持稳定。对饱和堆石料风化试验，试样增温时，连接压力调节泵出口与试样下部的试样进水口，调整进水压力为30kPa，打开冷热水产生装置和水路阀门，关闭气路阀门，缓慢向试样内充试验要求温度的热水，观测试样出水口温度计与进水口温度计差值，10分钟内两温度计显示温度均相同，表明试样温度达到试验要求；试样降温时，将热水直接换成冷水即可实现。对干燥堆石料风化试验，将压力调节泵出气口与试样下部的进水口连接，调整进气压力为30kPa，打开冷热气产生装置和气路阀门，关闭水路阀门，缓慢向试样内充试验要求温度的热气，观测试样出气口温度计与进气口温度计差值，10分钟内两温度计显示温度均相同，表明试样温度达到试验要求；试样降温时，将热气直接换成冷气即可实现。试验过程中安装在围压管上的高精度流量计显示出的进出水量，即为试样体积变化量。
本发明的有益效果是通过冷热水产生装置和冷热气产生装置将水或气由压力调节泵稳定输送至试样内部，用水或气与堆石料直接接触的方法实现快速增温或降温，对比试样进水口和试样出水口的水或气温度，可以确定试样是否达到试验预定值；试验过程中围压管上高精度流量计显示出的进出水量，即是堆石料试样体积变化量。针对饱和试样和干燥试样试验，只需将冷热水产生装置或冷热气产生装置的其中一个阀门关闭即可实现，操作十分简便，且可以实现试样温度的快速升降，工作效率高。
附图说明
图1是本发明专利结构示意图。
图2是本发明专利温度循环原理示意图。
堆石料风化三轴试验中温度循环快速实现方法，包括冷热水产生装置18，冷热气产生装置19，水路阀门17，气路阀门16，压力调节泵14，试样出水口温度计10，试样进水口温度计11，三轴压力室1，围压室2，试样3，轴压杆5，压力室底座4，围压水进口6，高精度流量计12，围压压力表7，围压水出口20，橡皮膜21，下透水板22，上透水板23，试样进水口8，试样出水口9，压力调节泵出口13，压力调节泵进口15，保温棉24，通水管路25。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
实施例1，堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法及其装置，参照图1、图2：压力调节泵14可以调节水或气的压力始终维持在一个确定值，这样可以保证通入试样内水或气的压力保持恒定。
冷热水产生装置18可以调节产生的水体温度在5-60度之间的任意值。
冷热气产生装置9可以调节产生的气体温度在5-60度之间的任意值。
试验开始前，将安装好的堆石料试样及三轴压力室就位，打开围压水进口6向围压室内充曝气水，待围压水出口20流量稳定后关闭，将高精度流量计12调零；打开冷热水产生装置18、冷热气产生装置19、压力调节泵14。
饱和堆石料风化三轴试验中的温度循环，打开试样进水口8向试样内充曝气水，试样饱和后连接压力调节泵出口13和试样进水口8，打开水路阀门17和冷热水产生装置18，向试样内通设定温度的水来加热或冷却试样，待试样出水口温度计10和试样进水口温度计11在10分钟内显示温度均为设定温度时，一个加热或冷却过程完成。如需进行多个加热或冷却循环过程，改变冷热水产生装置18的设定温度即可实现。
干燥堆石料风化三轴试验中的温度循环，连接压力调节泵出口13和试样进水口8，打开气路阀门16和冷热气产生装置19，向试样内通设定温度的气来加热或冷却试样，待试样出水口温度计10和试样进水口温度计11在10分钟内显示温度均为设定温度时，一个加热或冷却过程完成。如需进行多个加热或冷却循环过程，改变冷热气产生装置19的设定温度即可实现。
堆石料风化三轴试验中的干冷-湿热循环，打开气路阀门16和冷热气产生装置19，向试样内通设定温度的冷气，待试样出水口温度计10和试样进水口温度计11在10分钟内显示温度均为设定温度后，关闭气路阀门16，打开水路阀门17和冷热水产生装置18，向试样内通设定温度的热水，试样出水口温度计10和试样进水口温度计11在10分钟内显示温度均为设定温度，完成一个干冷-湿热循环过程。
堆石料风化三轴试验中的湿冷-干热循环，打开试样进水口9向试样内充曝气水，试样饱和后打开水路阀门17和冷热水产生装置18，向试样内通设定温度的冷水，待试样出水口温度计10和试样进水口温度计11在10分钟内显示温度均为设定温度后，关闭水路阀门17，打开气路阀门16和冷热气产生装置19，向试样内通设定温度的热气，试样出水口温度计10和试样进水口温度计11在10分钟内显示温度均为设定温度，完成一个湿冷-干热循环过程。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法，其特征在于，步骤如下，
⑴.在三轴试验机上，放置连接好各管路的压力室，通过压力室下方围压进水口向围压室内充曝气水；
⑵.待围压室顶部围压出水口流量稳定后，关闭围压进水口和围压出水口；
⑶-a.对饱和堆石料风化试验，通过试样下方的试样进水口向试样内充曝气水；
⑶-b.干燥堆石料风化试验时，则不必向试样内部通曝气水；
⑷.将安装在围压管上的高精度流量计置零，并开始采集数据，控制侧向位移向围压室内充水，增加围压至试验设计值并保持稳定；
对饱和堆石料风化试验，采用以下⑸-a至⑻-a的步骤：
⑸-a.试样增温时，连接压力调节泵出口与试样下部的试样进水口，调整进水压力为30kPa；
⑹-a.打开冷热水产生装置和水路阀门，关闭气路阀门，缓慢向试样内充试验要求温度的热水；
⑺-a.观测试样出水口温度计与进水口温度计差值，10分钟内两温度计显示温度均相同，表明试样温度达到试验要求；
⑻-a.试样降温时，将热水直接换成冷水即可实现；
对干燥堆石料风化试验，采用以下⑸-b至⑻-b的步骤：
⑸-b.试样增温时，不必向试样内部通曝气水；
⑹-b.打开冷热气体产生装置和气路阀门，关闭水路阀门，缓慢向试样内充试验要求温度的冷热气体,调整进气压力为30kPa；
⑺-b.观测试样出水口温度计与进水口温度计差值，10分钟内两温度计显示温度均相同，表明试样温度达到试验要求；
⑻-b.试样降温时，将热气直接换成冷气即可实现；
⑼.试验过程中安装在围压管上的高精度流量计显示出的进出水量，即为试样体积变化量。
2.根据权利要求1所述的堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法，其特征在于，步骤⑵所述关闭围压进水口和围压出水口的同时，将高精度流量计调零；打开冷热水产生装置、冷热气产生装置、压力调节泵。
3.根据权利要求1所述的堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法，其特征在于，步骤⑶-a的具体操作方法是：饱和堆石料风化三轴试验中的温度循环，打开试样进水口向试样内充曝气水，试样饱和后连接压力调节泵出口和试样进水口，打开水路阀门和冷热水产生装置，向试样内通设定温度的水来加热或冷却试样，待试样出水口温度计和试样进水口温度计在10分钟内显示温度均为设定温度时，一个加热或冷却过程完成；如需进行多个加热或冷却循环过程，改变冷热水产生装置的设定温度即可实现。
4.根据权利要求1所述的堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法，其特征在于，步骤⑶-b的具体操作方法是：干燥堆石料风化三轴试验中的温度循环，连接压力调节泵出口和试样进水口，打开气路阀门和冷热气产生装置，向试样内通设定温度的气来加热或冷却试样，待试样出水口温度计和试样进水口温度计在10分钟内显示温度均为设定温度时，一个加热或冷却过程完成；如需进行多个加热或冷却循环过程，改变冷热气产生装置的设定温度即可实现。
5.根据权利要求1-4之一所述的堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法，其特征在于，还增加有以下步骤：堆石料风化三轴试验中的干冷-湿热循环，打开气路阀门和冷热气产生装置，向试样内通设定温度的冷气，待试样出水口温度计和试样进水口温度计在10分钟内显示温度均为设定温度后，关闭气路阀门，打开水路阀门和冷热水产生装置，向试样内通设定温度的热水，试样出水口温度计和试样进水口温度计在10分钟内显示温度均为设定温度，完成一个干冷-湿热循环过程。
6.根据权利要求1-4之一所述的堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法，其特征在于，还增加有以下步骤：堆石料风化三轴试验中的湿冷-干热循环，打开试样进水口向试样内充曝气水，试样饱和后打开水路阀门和冷热水产生装置，向试样内通设定温度的冷水，待试样出水口温度计和试样进水口温度计在10分钟内显示温度均为设定温度后，关闭水路阀门，打开气路阀门和冷热气产生装置，向试样内通设定温度的热气，试样出水口温度计和试样进水口温度计在10分钟内显示温度均为设定温度，完成一个湿冷-干热循环过程。
7.权利要求1所述的堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法所使用的装置，待测的试样放置在三轴试验机的三轴压力室基座上；该三轴压力室外壁与试样之间为围压室，在该围压室上设有高精度流量计、围压水进口、围压水出口与围压压力表，其特征在于，本装置分别设有冷热气体产生装置和冷热水体产生装置，该冷热气体产生装置和冷热水体产生装置分别通过气路阀门、水路阀门及压力调节泵，通入所述压力室底部的试样进水口，该试样进水口处设有试样进水口温度计；试样出水口设在所述压力室的上部，该试样出水口设有试样出水口温度计。
8.根据权利要求7所述的堆石料风化三轴试验中温度循环的快速实现方法所使用的装置，其特征在于，所述的冷热气体产生装置和冷热水体产生装置可以分别工作，并通过压力调节泵将固定压力的水或气分别输送到试样内部。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |