CN106885893A - 温度‑吸力‑渗透‑应力耦合多功能固结系统及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度‑吸力‑渗透‑应力耦合多功能固结系统及其操作方法，它包括依次连接的固结装置(1)、数据采集装置(2)、压力控制装置(3)、温度控制及监测装置(4)、剪切波发送及接收装置(5)和计算机(6)，通过计算机(6)或者各个装置的控制面板可对本发明进行操作控制并实时记录试验数据。本发明所述的结构设计合理，操作简单，应用范围广，自动化程度高，可实现温度、吸力、渗透和应力任意耦合的土工试验研究，测量结果精度更高，工作效率更高，应用范围更加广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统及其操作方法，尤其涉及一种能够兼顾进行饱和土固结试验和非饱和土固结试验的多功能固结系统。
背景技术
在岩土工程中，岩土介质材料的固结、沉降特性对工程性状有着重要影响，其固结、沉降特性除受到介质自身的物理力学特性的影响外，还受到所处的多场环境条件(温度、渗透、应力状态、剪切波和化学条件等)的影响。在多场(温度、渗透、应力状态、剪切波和化学条件等)耦合作用下，岩土介质的孔隙分布、孔隙溶液组成、孔隙压力及其颗粒间的相互作用均发生变化，进而影响了岩土工程中介质材料的结构、强度、变形和渗透特性，这对于研究岩土介质材料的固结沉降特性有着决定性的作用。故研究具备进行多场耦合作用的标准固结系统，对于工程建设以及科学研究具有重要的作用。
室内土工试验中，对土体固结沉降特性的研究多采用固结仪、压力板仪和液压固结仪，轴向加载系统主要采用轴向电机加载、轴向气缸加载和轴向液压加载。通常，轴向电机加载易受到土体非线性的影响，难以施加恒定的固结压力，轴向气缸加载则受到所提供气压的影响，不能施加高压，且轴向电机加载和轴向气压加载都涉及到加载活塞密封性、密封圈与侧壁摩擦力难以克服等问题，当进行回弹试验时，摩擦力较大，影响试验控制的准确性，而液压加载主要是通过柔性滚动隔膜进行加载，由于液体对柔性滚动隔膜的压力作用，柔性滚动隔膜易发生膨胀变形，变形后的柔性滚动隔膜与压力室侧壁易产生较大的摩擦力，特别是在高温条件下，柔性滚动隔膜受热膨胀，摩擦力将继续增大，无法精确地进行各类固结试验，导致得到的试验结果精确度较低。并且，固结仪、压力板仪和液压固结仪不能有效地进行多场耦合条件下的标准固结试验，无法测得多场条件下土体的物理力学特性，工作效率低，测量的成本高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是：克服现有试验仪器存在的弊端，提供一种温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，该多功能固结系统能够实现多场条件下耦合问题的研究，大大提高工作效率，降低测量成本。并能够有效地降低高温条件下无摩擦隔膜膨胀变形后与不锈钢筒间的摩擦力，测量结果更加精确。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，它包括依次连接的固结装置、数据采集装置、压力控制装置、温度控制及监测装置、剪切波发送及接收装置和计算机。其中固结装置、数据采集装置、压力控制装置、温度控制及监测装置、剪切波发送及接收装置和计算机相互之间可以通过通讯协议(如RS232、TCP/IP、CAN等)进行通信连接。
作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，所述的固结装置包括上盖、有机玻璃筒壁、底座、支撑轴、上导向座、中心杆、连接帽、竖向孔压传感器、下导向座、无摩擦隔膜、内环、外环、不锈钢筒、侧向孔压传感器、环形透水石和陶土板；
所述的有机玻璃筒壁固定连接在上盖和底座之间，不锈钢筒位于有机玻璃筒壁的内部，不锈钢筒固定连接在上盖和底座之间；所述的不锈钢筒与有机玻璃筒壁、上盖和底座形成外部腔体；
无摩擦隔膜上端固定在上盖与不锈钢筒的连接处，无摩擦隔膜位于不锈钢筒的内部，无摩擦隔膜与上盖形成密封腔体；
中心杆通过上导向座和下导向座固定在上盖的中心位置，且中心杆的顶部固定有连接帽，中心杆下部与无摩擦隔膜的底部中心相连接；
所述的中心杆为贯通的中空结构，内部设有第一通道；
所述的无摩擦隔膜为变直径伸缩膜片，侧壁采用波浪形结构；
侧向孔压传感器安装在不锈钢筒内，并穿过内环和外环，与试样相接触。
作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其所述的不锈钢筒的下部侧壁内嵌有内环和外环，内环位于外环的内部，试样位于内环中，试样和无摩擦隔膜之间放置有透水石。
作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，所述的底座从中心到试样边界位置依次安装陶土板和圆环形透水石，且陶土板和圆环形透水石与底座之间分别设置第一储水空腔和第二环形储水空腔，第一储水空腔分别与第二通道和第三通道相连通，第二通道末端安装有第一高压球阀；第三通道末端安装有第二高压球阀；
第二环形储水空腔与第四通道相连通，且在第四通道的拐角处设置有竖向孔压，第四通道的末端安装有第三高压球阀。
作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，压力控制装置包括竖向压力体积控制器、反压体积控制器、渗透压力体积控制器和气压控制器；
所述的竖向压力体积控制器、反压体积控制器和气压控制器分别与固结装置上的第五通道、第六通道和第七通道相连接；第七通道上安装有第五高压球阀，第六通道上安装有第四高压球阀。
作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，所述的温度控制装置包括水浴箱、第一温度传感器、第二温度传感器、水浴循环铜管和隔热保温材料，所述的隔热保温材料包裹在有机玻璃筒壁的外部，使外部腔体构成一个恒温腔；
所述的水浴循环铜管位于外部腔体内，并紧贴不锈钢筒；第二温度传感器位于外部腔体内；第一温度传感器固定在底座上，并位于试样内。
作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，剪切波发送及接收装置包括剪切波发送及放大装置、剪切波发射弯曲元和剪切波接收弯曲元。
作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，数据采集装置可对位移、孔压、温度、剪切波进行采集。
作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统的操作方法，所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统兼顾进行饱和固结试验和非饱和固结试验，其操作为：
当进行饱和固结试验时，关闭第五高压球阀、第二高压球阀、第一高压球阀，即可进行饱和固结试验；
当进行非饱和固结试验时，关闭第二高压球阀、第三高压球阀和第四高压球阀，即可进行非饱和固结试验。
本发明所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统的应用，包括以下方面的应用：
a、温度-吸力-渗透-应力耦合条件下饱和土标准固结试验；
b、温度-吸力-应力耦合条件下非饱和土标准固结试验；
c、在剪切波作用下，饱和土温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结试验；
d、在剪切波作用下，非饱和土温度-吸力-应力耦合多功能固结试验。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统采用变直径伸缩膜片作为无摩擦隔膜，可有效地降低在高温、高压条件下无摩擦隔膜与不锈钢筒间的摩擦作用，能够有效地进行固结试验，提高测量精确度。
2、本发明所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统在试样容器的侧壁安装有弯曲元，能够测试固结试验过程中试样的剪切波速以及试样的小应变剪切模量等物理参数，测量精度更高；
3、本发明所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统安装有侧向孔压传感器和竖向孔压传感器，能够有效地测量试样水平向和竖直向的孔隙水压力；
4、本发明所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统采用水浴、温度传感器和恒温腔相结合的温度控制方式，能够有效地控制试验过程中的温度变化。
5、本发明所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统能够兼顾实现饱和/非饱和土固结试验功能，实现多场耦合作用，用途广泛！
附图说明
图1是本发明所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统的结构示意图。
图2是本发明所述的固结装置的结构示意图。
图3是本发明所述的固结装置的俯视图。
图4是本发明图3固结装置的A-A剖面图。
图5是本发明图3的固结装置的B-B剖面图。
图6是本发明所述的固结装置中无摩擦隔膜的受力分析图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
如图1-6所示，一种温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，包括依次连接的固结装置1、数据采集装置2、压力控制装置3、温度控制及监测装置4、剪切波发送及接收装置5和计算机6。
所述的固结装置1包括上盖1-1、有机玻璃筒壁1-2、底座1-3、支撑轴1-4、上导向座1-5、中心杆1-6、连接帽1-7、竖向孔压传感器1-11、下导向座1-12、无摩擦隔膜1-13、内环1-16、外环1-18、不锈钢筒1-19、侧向孔压传感器1-20、环形透水石1-21和陶土板1-22；
所述的有机玻璃筒壁1-2固定连接在上盖1-1和底座1-3之间，不锈钢筒1-19位于有机玻璃筒壁1-2的内部，不锈钢筒1-19固定连接在上盖1-1和底座1-3之间；所述的不锈钢筒1-19与有机玻璃筒壁1-2、上盖1-1和底座1-3形成外部腔体1-17；
无摩擦隔膜1-13上端固定在上盖1-1与不锈钢筒1-19的连接处，无摩擦隔膜1-13位于不锈钢筒1-19的内部，无摩擦隔膜1-13与上盖1-1形成密封腔体；
中心杆1-6通过上导向座1-5和下导向座1-12固定在上盖1-1的中心位置，且中心杆1-6的顶部固定有连接帽1-7，中心杆1-6下部与无摩擦隔膜1-13的底部中心相连接；
所述的中心杆1-6为贯通的中空结构，内部设有第一通道1-31；
所述的无摩擦隔膜1-13为变直径伸缩膜片，侧壁采用波浪形结构；
侧向孔压传感器1-20安装在不锈钢筒1-19内，并穿过内环1-16和外环1-18，与试样1-15相接触。
以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，所述的不锈钢筒1-19的下部侧壁内嵌有内环1-16和外环1-18，内环1-16位于外环1-18的内部，试样1-15的四周位于内环1-16内，试样1-15和无摩擦隔膜1-13之间放置有透水石1-14。
以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，所述的底座1-3从中心到试样1-15边界位置依次安装陶土板1-22和圆环形透水石1-21，且陶土板1-22和圆环形透水石1-21与底座1-3之间分别设置第一储水空腔1-24和第二环形储水空腔1-23，第一储水空腔1-24分别与第二通道1-27和第三通道1-28相连通，第二通道1-27末端安装有第一高压球阀1-30；第三通道1-28末端安装有第二高压球阀1-29；
第二环形储水空腔1-23与第四通道1-25相连通，且在第四通道1-25的拐角处设置有竖向孔压1-11，第四通道1-25的末端安装有第三高压球阀1-26。
以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，压力控制装置3包括竖向压力体积控制器3-1、反压体积控制器3-2、渗透压力体积控制器3-3和气压控制器3-4；
所述的竖向压力体积控制器3-1、反压体积控制器3-2和气压控制器3-4分别与固结装置1上的第五通道1-36、第六通道1-32和第七通道1-33相连接；第七通道1-33上安装有第五高压球阀1-34，第六通道1-32上安装有第四高压球阀1-35。
以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，所述的温度控制装置4包括水浴箱、第一温度传感器4-2、第二温度传感器4-4、水浴循环铜管4-3和隔热保温材料4-5，所述的隔热保温材料4-5包裹在有机玻璃筒壁1-2的外部，使外部腔体1-17构成一个恒温腔；
所述的水浴循环铜管4-3位于外部腔体1-17内，并紧贴不锈钢筒1-19；第二温度传感器4-4位于外部腔体1-17内；第一温度传感器4-2固定在底座1-3上，并位于试样1-15内。
剪切波发送及接收装置5包括剪切波发送及放大装置、剪切波发射弯曲元5-2和剪切波接收弯曲元5-3。
以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，数据采集装置2可对位移、孔压、温度、剪切波进行采集。可采用南京泰克奥科技有限公司生产的、型号为TKA-DAI-10的数据采集仪。
本发明所述的竖向压力体积控制器3-1、反压体积控制器3-2、渗透压力体积控制器3-3分别采用南京泰克奥科技有限公司生产的型号为TKA-PVC-3的标准压力体积控制器，通过计算步进马达或者伺服电机的步数测量体积变化，并对试验中的压力进行控制，是一种提供水压力及体积测量的控制装置；可根据试验需要选用不同量程的标准压力体积控制器。
所述的气压控制器3-4采用南京泰克奥科技有限公司生产的型号为TKA-AVC-1的气压控制器，该控制器能够提供的最大压力为1MPa。
实施例2
如图6所示，无摩擦隔膜1-13侧壁采用波浪形结构，在竖向加压过程中，无摩擦隔膜1-13内的无气水分别对波浪结构的上截面ab、下截面bc施加作用力N上和N下，且在试验过程中同一竖向力作用下，波浪结构上截面ab、下截面bc的竖向作用力N上1和N下1的大小相等、方向相反，有效地降低了波浪结构上截面ab、下截面bc的水平作用力N上2和N下2对无摩擦隔膜1-13侧壁膨胀变形的影响，使无摩擦隔膜1-13与不锈钢筒1-19间的接触由面接触变为点接触(如a点)，因此在加压过程中，有效地降低无摩擦隔膜1-13与不锈钢筒1-19间的摩擦力，大大提高了试验测量的精确度，取得了很好技术进步。
实施例3
本发明所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统的操作方法为：
当进行饱和固结试验时，关闭第五高压球阀1-34、第二高压球阀1-29、第一高压球阀1-30，即可进行饱和固结试验；
当进行非饱和固结试验时，关闭第二高压球阀1-29、第三高压球阀1-26和第四高压球阀1-35，即可进行非饱和固结试验。
实施例4
a、温度-吸力-渗透-应力耦合条件下饱和土标准固结试验，本发明的操作步骤为：
步骤一：试验前准备工作，关闭第五高压球阀1-34、第二高压球阀1-29、第一高压球阀1-30，渗透压力体积控制器3-3通过管线与第四通道1-25相连通，通过加压、注排水操作排除压力控制装置3及管线内的气泡；
步骤二：安装试样，如图4所示将试样1-15放入内环1-16内部，并在试样1-15上方放上透水石1-14，固结装置1的无摩擦隔膜1-13位于透水石1-14的上方；
步骤三：开始试验，采用计算机6对本发明的固结系统发送命令，温度控制：外部腔体1-17内注满无气水，作为试验用的恒温腔，同时通过水浴箱的水浴循环铜管4-3对试样1-15和外部腔体1-17内的无气水进行温度控制，并通过第一温度传感器4-2、第二温度传感器4-4分别对试样1-15内部和外部腔体1-17的温度进行监控；渗透控制：设置反压体积控制器3-2作为渗透过程中的下水头压力，渗透压力体积控制器3-3作为渗透过程中的上水头压力；应力控制：通过竖向压力体积控制器3-1对无摩擦隔膜1-13内注排无气水、施加不同的压力，无摩擦隔膜1-13内无气水产生的压力通过透水石1-14作用在试样1-15上，进而对试样1-15进行标准固结试验；
步骤四：完成试验，去除试样1-15，将仪器进行清理。
c、在剪切波作用下进行饱和土温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结试验，本发明的操作步骤是在试验a的基础上增加剪切波发射弯曲元5-2和剪切波接收弯曲元5-3产生剪切波环境。
实施例5
b、温度-吸力-应力耦合条件下非饱和土标准固结试验，本发明的操作步骤为：
步骤一：试验前准备工作，关闭第二高压球阀1-29、第三高压球阀1-26和第四高压球阀1-35，渗透压力体积控制器3-3通过管线与第二通道1-27相连通，通过加压、注排水操作排除压力控制装置3及管线内的气泡；
步骤二：安装试样，如图4所示将试样1-15放入内环1-16内部，并在试样1-15上方放上透水石1-14，固结装置1的无摩擦隔膜1-13位于透水石1-14的上方；
步骤三：开始试验，采用计算机6对本发明的固结系统发送命令，温度控制：外部腔体1-17内注满无气水，作为试验用的恒温腔，同时通过水浴箱的水浴循环铜管4-3对试样1-15和外部腔体1-17内的无气水进行温度控制，并通过第一温度传感器4-2、第二温度传感器4-4分别对试样1-15内部和外部腔体1-17的温度进行监控；吸力控制：利用轴平移技术，气压控制器3-4对试样施加孔隙气压力，渗透压力体积控制器3-3对陶土板1-22的下方施加孔隙水压力；应力控制：通过竖向压力体积控制器3-1对无摩擦隔膜1-13内注排无气水、施加不同的压力，无摩擦隔膜1-13内无气水产生的压力通过透水石1-14作用在试样1-15上，进而对试样1-15进行标准固结试验；
步骤四：完成试验，去除试样1-15，将仪器进行清理。
d、在剪切波作用下进行非饱和土温度-吸力-应力耦合多功能固结试验，本发明的操作步骤是在试验b的基础上增加剪切波发射弯曲元5-2和剪切波接收弯曲元5-3产生剪切波环境。
Claims (10)
1.一种温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其特征在于，包括依次连接的固结装置(1)、数据采集装置(2)、压力控制装置(3)、温度控制及监测装置(4)、剪切波发送及接收装置(5)和计算机(6)。
2.根据权利要求1所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其特征在于，所述的固结装置(1)包括上盖(1-1)、有机玻璃筒壁(1-2)、底座(1-3)、支撑轴(1-4)、上导向座(1-5)、中心杆(1-6)、连接帽(1-7)、竖向孔压传感器(1-11)、下导向座(1-12)、无摩擦隔膜(1-13)、内环(1-16)、外环(1-18)、不锈钢筒(1-19)、侧向孔压传感器(1-20)、环形透水石(1-21)和陶土板(1-22)；
所述的有机玻璃筒壁(1-2)固定连接在上盖(1-1)和底座(1-3)之间，不锈钢筒(1-19)位于有机玻璃筒壁(1-2)的内部，不锈钢筒(1-19)固定连接在上盖(1-1)和底座(1-3)之间；所述的不锈钢筒(1-19)与有机玻璃筒壁(1-2)、上盖(1-1)和底座(1-3)形成外部腔体(1-17)；
无摩擦隔膜(1-13)上端固定在上盖(1-1)与不锈钢筒(1-19)的连接处，无摩擦隔膜(1-13)位于不锈钢筒(1-19)的内部，无摩擦隔膜(1-13)与上盖(1-1)形成密封腔体；
中心杆(1-6)通过上导向座(1-5)和下导向座(1-12)固定在上盖(1-1)的中心位置，且中心杆(1-6)的顶部固定有连接帽(1-7)，中心杆(1-6)下部与无摩擦隔膜(1-13)的底部中心相连接；
所述的中心杆(1-6)为贯通的中空结构，内部设有第一通道(1-31)；
所述的无摩擦隔膜(1-13)为变直径伸缩膜片，侧壁采用波浪形结构；
侧向孔压传感器(1-20)安装在不锈钢筒(1-19)内，并穿过内环(1-16)和外环(1-18)，与试样(1-15)相接触。
3.根据权利要求2所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其特征在于，所述的不锈钢筒(1-19)的下部侧壁内嵌有内环(1-16)和外环(1-18)，内环(1-16)位于外环(1-18)的内部，试样(1-15)位于内环(1-16)中，试样(1-15)和无摩擦隔膜(1-13)之间放置有透水石(1-14)。
4.根据权利要求2所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其特征在于，所述的底座(1-3)从中心到试样(1-15)边界位置依次安装陶土板(1-22)和圆环形透水石(1-21)，且陶土板(1-22)和圆环形透水石(1-21)与底座(1-3)之间分别设置第一储水空腔(1-24)和第二环形储水空腔(1-23)，第一储水空腔(1-24)分别与第二通道(1-27)和第三通道(1-28)相连通，第二通道(1-27)末端安装有第一高压球阀(1-30)；第三通道(1-28)末端安装有第二高压球阀(1-29)；
第二环形储水空腔(1-23)与第四通道(1-25)相连通，且在第四通道(1-25)的拐角处设置有竖向孔压(1-11)，第四通道(1-25)的末端安装有第三高压球阀(1-26)。
5.根据权利要求1所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其特征在于，压力控制装置(3)包括竖向压力体积控制器(3-1)、反压体积控制器(3-2)、渗透压力体积控制器(3-3)和气压控制器(3-4)；
所述的竖向压力体积控制器(3-1)、反压体积控制器(3-2)和气压控制器(3-4)分别与固结装置(1)上的第五通道(1-36)、第六通道(1-32)和第七通道(1-33)相连接；第七通道(1-33)上安装有第五高压球阀(1-34)，第六通道(1-32)上安装有第四高压球阀(1-35)。
6.根据权利要求1所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其特征在于，所述的温度控制装置(4)包括水浴箱、第一温度传感器(4-2)、第二温度传感器(4-4)、水浴循环铜管(4-3)和隔热保温材料(4-5)，所述的隔热保温材料(4-5)包裹在有机玻璃筒壁(1-2)的外部，使外部腔体(1-17)构成一个恒温腔；
所述的水浴循环铜管(4-3)位于外部腔体(1-17)内，并紧贴不锈钢筒(1-19)；第二温度传感器(4-4)位于外部腔体(1-17)内；第一温度传感器(4-2)固定在底座(1-3)上，并位于试样(1-15)内。
7.根据权利要求1所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其特征在于，剪切波发送及接收装置(5)包括剪切波发送及放大装置、剪切波发射弯曲元(5-2)和剪切波接收弯曲元(5-3)。
8.根据权利要求1所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，其特征在于，数据采集装置(2)可对位移、孔压、温度、剪切波进行采集。
9.权利要求1所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统的操作方法，其特征在于，所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统兼顾进行饱和固结试验和非饱和固结试验，其操作为：
当进行饱和固结试验时，关闭第五高压球阀(1-34)、第二高压球阀(1-29)、第一高压球阀(1-30)，即可进行饱和固结相关试验；当进行温度-吸力-渗透-应力耦合条件下饱和土标准固结试验时，具体的操作步骤为：
步骤一：试验前准备工作，关闭第五高压球阀(1-34)、第二高压球阀(1-29)、第一高压球阀(1-30)，渗透压力体积控制器(3-3)通过管线与第四通道(1-25)相连通，通过加压、注排水操作排除压力控制装置(3)及管线内的气泡；
步骤二：安装试样，将试样(1-15)放入内环(1-16)内部，并在试样(1-15)上方放上透水石(1-14)，固结装置(1)的无摩擦隔膜(1-13)位于透水石(1-14)的上方；
步骤三：开始试验，采用计算机(6)对本发明的固结系统发送命令，温度控制：外部腔体(1-17)内注满无气水，作为试验用的恒温腔，同时通过水浴箱的水浴循环铜管(4-3)对试样(1-15)和外部腔体(1-17)内的无气水进行温度控制，并通过第一温度传感器(4-2)、第二温度传感器(4-4)分别对试样(1-15)内部和外部腔体(1-17)的温度进行监控；渗透控制：设置反压体积控制器(3-2)作为渗透过程中的下水头压力，渗透压力体积控制器(3-3)作为渗透过程中的上水头压力；应力控制：通过竖向压力体积控制器(3-1)向无摩擦隔膜(1-13)内注排无气水、施加不同的压力，无摩擦隔膜(1-13)内无气水产生的压力通过透水石(1-14)作用在试样(1-15)上，进而对试样(1-15)进行标准固结试验；
步骤四：完成试验，去除试样(1-15)，将仪器进行清理；
在剪切波作用下进行饱和土温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结试验，本发明的操作步骤是在以上试验步骤的基础上增加剪切波发射弯曲元(5-2)和剪切波接收弯曲元(5-3)产生剪切波环境；
当进行非饱和固结试验时，关闭第二高压球阀(1-29)、第三高压球阀(1-26)和第四高压球阀(1-35)，即可进行非饱和固结试验；当进行温度-吸力-应力耦合条件下非饱和土标准固结试验，具体操作为：
步骤一：试验前准备工作，关闭第二高压球阀(1-29)、第三高压球阀(1-26)和第四高压球阀(1-35)，渗透压力体积控制器(3-3)通过管线与第二通道(1-27)相连通，通过加压、注排水操作排除压力控制装置(3)及管线内的气泡；
步骤二：安装试样，将试样(1-15)放入内环(1-16)内部，并在试样(1-15)上方放上透水石(1-14)，固结装置(1)的无摩擦隔膜(1-13)位于透水石(1-14)的上方；
步骤三：开始试验，采用计算机(6)对本发明的固结系统发送命令，温度控制：外部腔体(1-17)内注满无气水，作为试验用的恒温腔，同时通过水浴箱的水浴循环铜管(4-3)对试样(1-15)和外部腔体(1-17)内的无气水进行温度控制，并通过第一温度传感器(4-2)、第二温度传感器(4-4)分别对试样(1-15)内部和外部腔体(1-17)的温度进行监控；吸力控制：利用轴平移技术，气压控制器(3-4)对试样施加孔隙气压力，渗透压力体积控制器(3-3)对陶土板(1-22)的下方施加孔隙水压力；应力控制：通过竖向压力体积控制器(3-1)对无摩擦隔膜(1-13)内注排无气水、施加不同的压力，无摩擦隔膜(1-13)内无气水产生的压力通过透水石(1-14)作用在试样(1-15)上，进而对试样(1-15)进行标准固结试验；
步骤四：完成试验，去除试样(1-15)，将仪器进行清理；
在剪切波作用下进行非饱和土温度-吸力-应力耦合多功能固结试验，本发明的操作步骤是在上述试验操作的基础上增加剪切波发射弯曲元(5-2)和剪切波接收弯曲元(5-3)产生剪切波环境。
10.权利要求1至8任一项所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统的应用，其特征在于包括以下方面的应用：
a、温度-吸力-渗透-应力耦合条件下饱和土标准固结试验；
b、温度-吸力-应力耦合条件下非饱和土标准固结试验；
c、在剪切波作用下，饱和土温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结试验；
d、在剪切波作用下，非饱和土温度-吸力-应力耦合多功能固结试验。
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