CN110062488A - 一种微波加热三轴试验装置及加热方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波加热三轴试验装置及试样加热方法,包括新型三轴压力室、微波加热装置、温度控制器、微波调制解调器,压力室筒体内壁贴放柱状加热筒,压力室筒体和柱状加热筒中间填充玻璃纤维,压力室筒体、玻璃纤维和柱状加热筒为升降式一体结构,无需拆卸,操作简单;压力室上部试样帽中嵌入微波加热装置,微波装置通过导线与微波信号处理器相接,微波信号处理器通过导线与微波调制解调器相接,微波调制解调器通过导线与温度传感器相接,温度传感器通过导线连接于压力室内部和试样上部,形成闭合回路。本发明能实现试样本身直接整体加热,使试样内外温度一致,避免加热不均对试验结果的影响,确保三轴试验结果的准确性。

Description

一种微波加热三轴试验装置及加热方法
技术领域
本发明属于土工试验技术领域,涉及一种加热装置及加热方法,尤其涉及一种可保证三轴试样快速升温以及整体均匀受热的微波加热三轴试验装置及加热方法。
背景技术
温度对于岩土各向介质的力学性质研究是一直以来岩土工程领域的热门课题。温度对于土体力学性能的影响也备受广大学者的关注。在热交换桩工程中,热交换过程中由于桩与土之间的摩擦使得桩周围土体温度上升,由于桩周围土体温度的上升,其力学性能可能发生变化,并进一步影响桩土界面刚度及荷载传递,若该问题得不到及时处理,将会给工程带来较大的危害。因此开展对于土体在不同温度下的三轴试验研究显得尤为重要。国内外已有很多学者研制出了有关温控三轴的试验装置,并开展了相应的三轴试验研究,也取得了一些重要成果。目前,国内外温控土工试验仪的加热方式主要有两种:第一种,仅使用加热线圈,加热棒,加热管或加热板对试样周围液体直接加热,可以达到试验温度要求。缺点是在高围压的环境下,周围液体受压和受热均不均匀,导致试样受热不均;第二种,将压力室放置于充满气体的恒温箱,加热装置对恒温箱中的气体进行加热,使压力室内部温度上升。缺点是对压力室筒体等装置的耐高温要求高,实现该试验方法所需成本较大,加热环境较差。
微波加热是一种依靠物体吸收微波能将其转换成热能,使被加热体本身整体同时升温的加热方式。通过被加热体内部偶极分子高频往复运动,产生“内摩擦热”而使被加热体的温度升高,微波能穿透物体的内部,其加热过程在整个物体内同时进行,升温迅速,温度均匀,温度梯度小,是一种“体热源”,大大缩短了常规加热中热传导的时间,被加热体自身的结构不会被破坏,能够有效保护被加热体的原始性质,不会对周围环境带来污染。
目前,国内三轴试验中的加热方法均无法实现试样内外同时受热的要求;国内尚未出现能够使得试样内外部受热均匀的三轴实验仪器。对于研究深层土体中,由于桩摩擦产生的热量对土体的影响,其温度对于周围环境的作用也是局部的,同时也会因为桩的截面面积和拔桩速度使得温度呈现不同的变化,无法使土体内外的温度达到预期的结果。
发明内容
本发明所解决的问题是,采用微波和加热板对试样内外同时加热的方式使其均匀受热,在本发明中,在不破坏试样结构和性质的情况下,使得试样内外部达到同时加热、同时升温的效果,实现试样在试验过程中保持指定温度的加热方法。
为解决上述问题,本发明采取的试验装置方案为:
一种微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述微波加热三轴试验装置包括底座、支撑座、压力室筒体、压力室顶盖、压力杆、位移传感器、进水装置、排水装置、抽气装置、外部加热装置、内部加热装置、试样帽、温度传感器以及温度控制器;所述内部加热装置置于试样帽底部;所述内部加热装置以及支撑座沿试样的轴向自上而下分别设置在试样的顶部以及底部;所述内部加热装置与试样之间以及试样与支撑座之间均设置有透水石;试样外部罩有耐高温橡胶膜;所述支撑座置于底座上并可在底座上进行自如升降;所述压力室顶盖置于试样帽顶部;所述压力室筒体沿试样的轴向罩在耐高温橡胶膜外部;所述外部加热装置置于压力室筒体的内表面上;所述压力室筒体置于底座上并可在底座上进行自如升降;所述压力室筒体、底座、耐高温橡胶膜外部以及压力室顶盖围成压力室;所述进水装置置于压力室顶盖上并与压力室相贯通;所述排水装置置于底座上并与压力室相贯通;所述抽气装置置于底座上并与试样内部相贯通;所述温度传感器置于压力室顶盖上并分别与压力室相贯通以及与试样顶部相连通;所述温度控制器置于压力室筒体外部并与温度传感器相连;所述压力室顶盖上设置有压力杆;所述压力杆上设置有位移传感器。
作为优选,本发明所采用的外部加热装置包括设置在压力室筒体的内表面的柱状加热筒;所述压力室筒体与柱状加热筒之间填充有玻璃纤维,玻璃纤维具有良好的隔热作用。
作为优选,本发明所采用的内部加热装置包括微波加热装置壳体、微波信号处理器以及微波调制解调器;所述微波信号处理器采用型号为T108-R的微波信号接收器;所述微波调制解调器采用MIQC-895-2型号;所述微波加热装置壳体置于试样帽底部;所述微波加热装置壳体设置有微波发射器;所述微波发射器采用型号为M24FB-610A磁控管四孔微波头发射管;所述微波信号处理器置于压力室顶盖上;所述微波调制解调器置于压力室筒体外部;所述微波信号处理器通过微波调制解调器与温度控制器相连;所述微波发射器与微波信号处理器相连。
作为优选,本发明所采用的底座上设置有纵向移动凹槽,所述压力室筒体上设置有高度调节旋钮;所述压力室筒体置于纵向移动槽中;所述高度调节旋钮带动压力室筒体在底座的纵向移动槽中自如升降。
作为优选,本发明所采用的支撑座纵切面呈T型;所述底座的上表面设置有通孔;所述支撑座伸入底座上表面的通孔中;所述支撑座底部设置有升降齿轮;所述升降齿轮带动支撑座在底座上沿底座纵向自如升降。
作为优选,本发明所采用的进水装置包括进水管、进水阀以及水箱;所述水箱通过进水管与压力室相贯通;所述进水管设置有进水阀。
作为优选,本发明所采用的排水装置包括排水管、排水阀以及孔隙水压力测量传感器;所述压力室通过排水管上的排水口与孔隙水压力测量传感器相连通;所述排水管上设置有排水阀。
作为优选,本发明所采用的抽气装置包括通气管、抽真空阀以及抽真空装置;所述抽真空装置通过通气管与试样内部相贯通并从式样内部进行抽气作业,所述通气管上设置有抽真空阀。
作为优选,本发明所采用的压力室筒体与压力室顶盖相接触的位置设置有橡胶缓冲塞;所述压力室顶盖设置有金属外壳;所述压力杆以及位移传感器均置于金属外壳中。
一种基于如前所述的微波加热三轴试验装置的加热方法,其特征在于:所述加热方法包括以下步骤:
1)将温度传感器固定在压力室顶盖上表面,将温度控制器与温度传感器相连,将温度控制器和微波调制解调器相接,将微波调制解调器与微波信号处理器相接;
2)制作试样,并在试样的顶部以及底部分别放置一块透水石,在试样外部套一层耐高温橡胶膜,将制好的试样放置在支撑座上,使得支撑座上表面的透水石与支撑座的边缘对齐并紧贴支撑座上表面,通过操控升降齿轮调整支撑座的高度,使得试样顶部的透水石与试样帽边缘对齐并紧贴试样帽的下表面,用橡皮筋将试样的上下两端捆扎,形成密闭试样腔,打开抽真空阀和抽真空装置,抽取试样内部残余的空气,直至试样外壁和耐高温橡胶膜中间不存在气泡或者存在极少气泡;通过高度调节旋钮调节压力室筒体的高度,使压力室筒体上升至压力室顶盖下方并与橡胶缓冲塞咬合,形成密闭压力室;打开进水阀将水箱中的水注入密闭压力室内,待密闭压力室水注满后关闭进水阀;
3)开启温度控制器和微波调制解调器,依据试验所需温度要求,设定柱状加热筒和微波发射器的目标温度;当试样整体温度达到目标温度时,通过温度传感器将温度数值传送至温度控制器中,再通过温度控制器将温度数值传送至微波调制解调器,微波调制解调器将调节微波发射器的频率使得试样整体温度维持在目标温度,此时即可开始固结或剪切试验,而柱状加热筒对密闭压力室内试样周围水继续加热,直至密闭压力室内试样周围水的温度达到目标温度时,温度控制器将调节柱状加热筒的加热强度,使得密闭压力室内试样周围水温度维持在目标温度,起到维持试样外表面温度的作用,使得试样受热均匀;
4)待试验结束时,关闭微波调制解调器和温度控制器,打开排水阀,通过操控高度调节旋钮将压力室筒体的高度下降,使得压力室内部和压力室外部的大气压相通,压力室周围水通过排水管排出,待周围水排出完毕,继续调节高度调节旋钮将压力室筒体的高度下降至底端,通过升降齿轮将支撑座的高度下降至底端,取出试样完成试验。
与现有的三轴试验加热技术相比,本发明具有以下优点:
第一,本发明提供了一种微波加热三轴试验装置,微波加热三轴试验装置包括底座、支撑座、压力室筒体、压力室顶盖、压力杆、位移传感器、进水装置、排水装置、抽气装置、外部加热装置、内部加热装置、试样帽、温度传感器以及温度控制器;内部加热装置置于试样帽底部;内部加热装置以及支撑座沿试样的轴向自上而下分别设置在试样的顶部以及底部;内部加热装置与试样之间以及试样与支撑座之间均设置有透水石;试样外部罩有耐高温橡胶膜;支撑座置于底座上并可在底座上进行自如升降;压力室顶盖置于试样帽顶部;压力室筒体沿试样的轴向罩在耐高温橡胶膜外部;外部加热装置置于压力室筒体的内表面上;压力室筒体置于底座上并可在底座上进行自如升降;压力室筒体、底座、耐高温橡胶膜外部以及压力室顶盖围成压力室;进水装置置于压力室顶盖上并与压力室相贯通;排水装置置于底座上并与压力室相贯通;抽气装置置于底座上并与试样内部相贯通;温度传感器置于压力室顶盖上并分别与压力室相贯通以及与试样顶部相连通;温度控制器置于压力室筒体外部并与温度传感器相连;压力室顶盖上设置有压力杆;压力杆上设置有位移传感器。本发明所提供的微波加热三轴试验装置对压力室周围水的加热方式采用“升降式柱状加热筒”加热法,无需拆卸,试验准备阶段将加热板升至顶端封闭,试验结束时将加热板下降至指定高度,易于操作,简单方便。第二,由于本发明使用内外同时加热法,即柱状加热筒对试样周围水的加热和微波加热装置对试样整体的加热,使试样内外部同时受热,解决试样“外热内冷”的问题。第三,本发明在试验过程中利用微波加热试样,该方法能够维持土样的含水率基本不变,极大地降低了除温度以外的其他干扰因素的存在,不会破坏试样的结构,保证了试样的原始性,将加热装置对试样本身性质的影响降到最低,极大地提高试验的准确性。第四,本发明中的微波加热效率高,微波加热装置对试样整体的加热柱状加热筒对试样周围水的加热,这两种加热方式同时进行,加快试样受热时间以及保证试样受热的整体性,利于缩短试验时间和提高试验效率。第五,本发明在试样剪切或固结过程中,通过温度传感器的反馈和微波强度的调节,可精确地将试样的温度控制在试验设置值直至试验结束,避免出现试样受热不均匀或断续受热的情况。
附图说明
图1是本发明所提供的微波加热三轴试验装置的结构示意图;
图中:
1-压力室筒体;2-玻璃纤维;3-柱状加热筒;4-橡胶缓冲塞;5-压力室顶盖;6-压力杆;7-位移传感器;8-金属外壳;9-进水管;10-进水阀;11-水箱;12-试样帽;13-微波加热装置壳体;14-微波发射器;15-试样腔;16-透水石;17-耐高温橡胶膜;18-支撑座;19-底座;20-升降齿轮;21-排水管;22-排水阀;23-排水口;24-孔隙水压力测量传感器;25-通气管;26-抽真空阀;27-抽真空装置;28-微波信号处理器;29-微波调制解调器;30-温度传感器;31-温度控制器;32-导线。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供了一种微波加热三轴试验装置,该微波加热三轴试验装置包括底座19、支撑座18、压力室筒体1、压力室顶盖5、压力杆6、位移传感器7、进水装置、排水装置、抽气装置、外部加热装置、内部加热装置、试样帽12、温度传感器30以及温度控制器31;内部加热装置置于试样帽12底部;内部加热装置以及支撑座18沿试样的轴向自上而下分别设置在试样的顶部以及底部;内部加热装置与试样之间以及试样与支撑座18之间均设置有透水石16;试样外部罩有耐高温橡胶膜17;支撑座18置于底座19上并可在底座19上进行自如升降;压力室顶盖5置于试样帽12顶部;压力室筒体1沿试样的轴向罩在耐高温橡胶膜17外部;外部加热装置置于压力室筒体1的内表面上;压力室筒体1置于底座19上并可在底座19上进行自如升降;压力室筒体1、底座19、耐高温橡胶膜17外部以及压力室顶盖5围成压力室;进水装置置于压力室顶盖5上并与压力室相贯通;排水装置置于底座19上并与压力室相贯通;抽气装置置于底座19上并与试样内部相贯通;温度传感器30置于压力室顶盖5上并分别与压力室相贯通以及与试样顶部相连通;温度控制器31置于压力室筒体1外部并与温度传感器30相连;压力室顶盖5上设置有压力杆6;压力杆上设置有位移传感器7。
其中,外部加热装置包括设置在压力室筒体1的内表面的柱状加热筒3;压力室筒体1与柱状加热筒3之间填充有玻璃纤维2。内部加热装置包括微波加热装置壳体13、微波信号处理器28以及微波调制解调器29;微波加热装置壳体13置于试样帽12底部;微波加热装置壳体13设置有微波发射器14;微波信号处理器28置于压力室顶盖5上;微波调制解调器29置于压力室筒体1外部;微波信号处理器28通过微波调制解调器29与温度控制器31相连;微波发射器14与微波信号处理器28相连。微波信号处理器28采用型号为T108-R的微波信号接收器;微波调制解调器29采用MIQC-895-2型号;微波发射器14采用型号为M24FB-610A磁控管四孔微波头发射管。
底座19上设置有纵向移动凹槽,压力室筒体1上设置有高度调节旋钮;压力室筒体1置于纵向移动槽中;高度调节旋钮带动压力室筒体1在底座19的纵向移动槽中自如升降。支撑座18纵切面呈T型;底座19的上表面设置有通孔;支撑座18伸入底座19上表面的通孔中;支撑座18底部设置有升降齿轮20;升降齿轮20带动支撑座18在底座19上沿底座19纵向自如升降。
进水装置包括进水管9、进水阀10以及水箱11;水箱11通过进水管9与压力室相贯通;进水管9设置有进水阀10。排水装置包括排水管21、排水阀22以及孔隙水压力测量传感器24;压力室通过排水管21上的排水口23与孔隙水压力测量传感器24相连通;排水管21上设置有排水阀22。抽气装置包括通气管25、抽真空阀26以及抽真空装置27;抽真空装置27通过通气管25与试样内部相贯通并从式样内部进行抽气作业,通气管25上设置有抽真空阀26。
压力室筒体1与压力室顶盖5相接触的位置设置有橡胶缓冲塞4;压力室顶盖5设置有金属外壳8;压力杆6以及位移传感器7均置于金属外壳8中。
一种基于如前的微波加热三轴试验装置的加热方法,加热方法包括以下步骤:
1)将温度传感器30固定在压力室顶盖5上表面,将温度控制器31与温度传感器30相连,将温度控制器31和微波调制解调器29相接,将微波调制解调器29与微波信号处理器28相接;
2)制作试样,并在试样的顶部以及底部分别放置一块透水石16,在试样外部套一层耐高温橡胶膜17,将制好的试样放置在支撑座18上,使得支撑座18上表面的透水石16与支撑座18的边缘对齐并紧贴支撑座18上表面,通过操控升降齿轮20调整支撑座18的高度,使得试样顶部的透水石16与试样帽12边缘对齐并紧贴试样帽12的下表面,用橡皮筋将试样的上下两端捆扎,形成密闭试样腔,打开抽真空阀26和抽真空装置27,抽取试样内部残余的空气,直至试样外壁和耐高温橡胶膜17中间不存在气泡或者存在极少气泡;通过高度调节旋钮调节压力室筒体1的高度,使压力室筒体1上升至压力室顶盖5下方并与橡胶缓冲塞4咬合,形成密闭压力室;打开进水阀10将水箱11中的水注入密闭压力室内,待密闭压力室水注满后关闭进水阀10;
3)开启温度控制器31和微波调制解调器29,依据试验所需温度要求,设定柱状加热筒3和微波发射器14的目标温度;当试样整体温度达到目标温度时,通过温度传感器30将温度数值传送至温度控制器31中,再通过温度控制器31将温度数值传送至微波调制解调器29,微波调制解调器29将调节微波发射器14的频率使得试样整体温度维持在目标温度,此时即可开始固结或剪切试验,而柱状加热筒3对密闭压力室内试样周围水继续加热,直至密闭压力室内试样周围水的温度达到目标温度时,温度控制器31将调节柱状加热筒3的加热强度,使得密闭压力室内试样周围水温度维持在目标温度,起到维持试样外表面温度的作用,使得试样受热均匀;
4)待试验结束时,关闭微波调制解调器29和温度控制器31,打开排水阀22,通过操控高度调节旋钮将压力室筒体1的高度下降,使得压力室内部和压力室外部的大气压相通,压力室周围水通过排水管21排出,待周围水排出完毕,继续调节高度调节旋钮将压力室筒体1的高度下降至底端,通过升降齿轮20将支撑座18的高度下降至底端,取出试样完成试验。
详见图1,本发明所提供的微波加热三轴试验装置,压力室筒体1上部为焊接的压力室顶盖5,压力室顶盖5中间设置有压力杆6,压力杆6设置有位移传感器7,压力室顶盖5中设置有进水管9,进水管9与水箱11相接。微波加热装置壳体13通过螺栓固定于压力室上部的试样帽12中下部位,微波装置通过导线32与微波信号处理器28相接,微波信号处理器28通过导线与微波调制解调器29相接,微波调制解调器29通过导线与温度传感器30相接,温度传感器30通过导线32连接于压力室内部和试样腔15上部,形成闭合回路。试样腔15上下均设置有一块透水石16,透水石16下部设置有通气管25,通气管25穿过支撑座18和底座19与外部抽真空装置27相接,压力室筒体1内壁设置有柱状加热筒3。压力室底部为焊接的底座19,底座19中设置有排水口23,排水口23与排水管21相接,排水管21穿过底座19与孔隙水压力测量传感器24相接,底座19上部设置有支撑座18,支撑座18下部设置有升降齿轮20。压力室顶盖5上部设置有温度传感器30,温度传感器30上端通过导线与温度控制器31相接,温度控制器31通过导线与微波调制解调器29相接,微波调制解调器29通过导线与微波信号处理器28相接,微波信号处理器28通过导线32相接于试样帽12内部,试样帽12内部设置有微波加热装置壳体13,微波加热装置壳体13中设置有微波发射器14,温度传感器30底端通过导线与试样腔15顶部相接,试样腔15上下均设置有一块透水石16,透水石16下部设置有通气管,通气管25穿过支撑座18和压力室底座19与外部抽真空装置27相接,压力室筒体内壁1设置有柱状加热筒3。本发明是通过压力室筒体1的柱状加热筒3对试样的周围水进行加热,通过微波加热装置壳体13内的微波发射器14对压力室筒体1中的试样整体进行加热,从而实现对试样的内外加热。
微波发射器14安装于微波加热装置壳体13底部内侧,利用微波加热原理:通过试样内部偶极分子高频往复运动,产生“内摩擦热”而使被加热体的温度升高,能够快速使得试样的温度快速达到目标温度,且在试样的结构不会破坏的情况下使其内外部受热均匀。
柱状加热筒3贴放于压力室筒体1的内壁,柱状加热筒3和压力室筒体1之间填充玻璃纤维2,柱状加热筒3、玻璃纤维2、压力室筒体1通过焊接形成一体结构,无需拆卸,操作简单,可节约试验装样和拆样的时间。
试样腔15外部套有一层高温橡胶膜17,上下两块透水石16均采用的是氮化硅陶瓷材料,其原因是:相比于金属材料,氮化硅陶瓷不会干扰微波的强度,更利于微波加热的性能发挥;试样帽12和微波热装装置壳体13均采用的是高强度钢材料,其原因是:当试样被剪切时,由于试样帽12和微波加热装置壳体13的边缘采用高强度钢材料制成,可有效防止试样帽12中的微波加热装置不会被破坏。
微波调制解调器29可接受温度控制器31所输出的温度信息,如果温度低于试验所设置温度,则会提高微波强度;如果温度高于试验所设置温度,则会降低微波强度,使得温度维持在设置值。温度控制器31可通过焊接在压力室顶盖5的温度传感器30输出试样的温度,将试样内部温度和周围水温度分别转换为显示器上的数值,并将接受到温度信息输出给微波调制解调器29。
继续参见图1,利用本发明所提供的微波加热三轴试验装置对试样进行加热时,其加热方法包括如下步骤:
将温度传感器30固定在压力室顶盖5上表面,再将已接于温度控制器31的导线与温度传感器30相连接,通过导线将温度控制器31和微波调制解调器29相接,最后将已接于微波调制解调器29的导线与微波信号处理器28相接,即完成了信号处理31和微波调制解调器29的安装。
制作试样时,上下各放置一块透水石16,试样外套一层耐高温橡胶膜17,将制好的试样放置在支撑座18上,使得下透水石16与支撑座边缘对齐并紧贴支撑座18上表面,通过操控升降齿轮调整支撑座的高度来进行预接触,使得上透水石16与试样帽12边缘对齐并紧贴试样帽下表面,再将导线32与试样帽12下端相接,用橡皮筋将试样腔上下两端进行捆扎,形成密闭试样腔,打开抽真空阀26和抽真空装置27,抽取试样腔中残余的空气,直至土样外壁和耐高温橡胶膜中间不存在气泡或者存在极少气泡时,即可关闭抽真空阀26和抽真空装置27。调节压力室筒体1的高度,使其上升至压力室顶盖下方与橡胶缓冲塞4咬合,形成密闭压力室。打开进水阀10将水箱11中的水注入压力室内,待压力室水注满后关闭进水阀10。
开启温度控制器31和微波调制解调器29的电源开关,依据试验所需温度要求,设定柱状加热筒3和微波发射器14的目标温度。例如,试验所需的温度为60℃,将柱状加热筒3和微波发射器14的目标温度设置为60℃,由于微波加热效率比周围水加热的高,故土体整体温度先达到目标温度,当土体整体温度达到60℃时,通过传感器30将温度数值传送至温度控制器31中,再通过温度控制器31中的信号输出系统将温度数值传送至微波调制解调器29,微波调制解调器29将调节微波的频率使得试样整体温度维持在60℃,此时即可开始固结或剪切试验,而柱状加热筒3对周围水继续加热,直至周围水的温度达到60℃时,温度控制器31将调节柱状加热筒3的加热强度,使得周围水温度维持在60℃,从而起到维持土体外表面温度的作用,使得试样受热均匀。
当试验结束时,关闭微波调制解调器29和温度控制器31的电源开关,打开排水阀22,通过操控按钮将压力室筒体1的高度下降1-2mm,使得压力室内和外部大气压相通,压力室周围水即可通过排水管21排出,待周围水排出完毕,将压力室筒体高度下降至底端,通过操控升降齿轮20将支撑座高度下降至底端,取出试样腔15即完成本试验。

Claims (10)

1.一种微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述微波加热三轴试验装置包括底座(19)、支撑座(18)、压力室筒体(1)、压力室顶盖(5)、压力杆(6)、位移传感器(7)、进水装置、排水装置、抽气装置、外部加热装置、内部加热装置、试样帽(12)、温度传感器(30)以及温度控制器(31);所述内部加热装置置于试样帽(12)底部;所述内部加热装置以及支撑座(18)沿试样的轴向自上而下分别设置在试样的顶部以及底部;所述内部加热装置与试样之间以及试样与支撑座(18)之间均设置有透水石(16);试样外部罩有耐高温橡胶膜(17);所述支撑座(18)置于底座(19)上并可在底座(19)上进行自如升降;所述压力室顶盖(5)置于试样帽(12)顶部;所述压力室筒体(1)沿试样的轴向罩在耐高温橡胶膜(17)外部;所述外部加热装置置于压力室筒体(1)的内表面上;所述压力室筒体(1)置于底座(19)上并可在底座(19)上进行自如升降;所述压力室筒体(1)、底座(19)、耐高温橡胶膜(17)外部以及压力室顶盖(5)围成压力室;所述进水装置置于压力室顶盖(5)上并与压力室相贯通;所述排水装置置于底座(19)上并与压力室相贯通;所述抽气装置置于底座(19)上并与试样内部相贯通;所述温度传感器(30)置于压力室顶盖(5)上并分别与压力室相贯通以及与试样顶部相连通;所述温度控制器(31)置于压力室筒体(1)外部并与温度传感器(30)相连;所述压力室顶盖(5)上设置有压力杆(6);所述压力杆上设置有位移传感器(7)。
2.根据权利要求1所述的微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述外部加热装置包括设置在压力室筒体(1)的内表面的柱状加热筒(3);所述压力室筒体(1)与柱状加热筒(3)之间填充有玻璃纤维(2)。
3.根据权利要求2所述的微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述内部加热装置包括微波加热装置壳体(13)、微波信号处理器(28)以及微波调制解调器(29);所述微波加热装置壳体(13)置于试样帽(12)底部;所述微波加热装置壳体(13)设置有微波发射器(14);所述微波信号处理器(28)置于压力室顶盖(5)上;所述微波调制解调器(29)置于压力室筒体(1)外部;所述微波信号处理器(28)通过微波调制解调器(29)与温度控制器(31)相连;所述微波发射器(14)与微波信号处理器(28)相连。
4.根据权利要求1或2或3所述的微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述底座(19)上设置有纵向移动凹槽,所述压力室筒体(1)上设置有高度调节旋钮;所述压力室筒体(1)置于纵向移动槽中;所述高度调节旋钮带动压力室筒体(1)在底座(19)的纵向移动槽中自如升降。
5.根据权利要求4所述的微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述支撑座(18)纵切面呈T型;所述底座(19)的上表面设置有通孔;所述支撑座(18)伸入底座(19)上表面的通孔中;所述支撑座(18)底部设置有升降齿轮(20);所述升降齿轮(20)带动支撑座(18)在底座(19)上沿底座(19)纵向自如升降。
6.根据权利要求5所述的微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述进水装置包括进水管(9)、进水阀(10)以及水箱(11);所述水箱(11)通过进水管(9)与压力室相贯通;所述进水管(9)设置有进水阀(10)。
7.根据权利要求6所述的微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述排水装置包括排水管(21)、排水阀(22)以及孔隙水压力测量传感器(24);所述压力室通过排水管(21)上的排水口(23)与孔隙水压力测量传感器(24)相连通;所述排水管(21)上设置有排水阀(22)。
8.根据权利要求7所述的微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述抽气装置包括通气管(25)、抽真空阀(26)以及抽真空装置(27);所述抽真空装置(27)通过通气管(25)与试样内部相贯通并从式样内部进行抽气作业,所述通气管(25)上设置有抽真空阀(26)。
9.根据权利要求8所述的微波加热三轴试验装置,其特征在于:所述压力室筒体(1)与压力室顶盖(5)相接触的位置设置有橡胶缓冲塞(4);所述压力室顶盖(5)设置有金属外壳(8);所述压力杆(6)以及位移传感器(7)均置于金属外壳(8)中。
10.一种基于如权利要求9所述的微波加热三轴试验装置的加热方法,其特征在于:所述加热方法包括以下步骤:
1)将温度传感器(30)固定在压力室顶盖(5)上表面,将温度控制器(31)与温度传感器(30)相连,将温度控制器(31)和微波调制解调器(29)相接,将微波调制解调器(29)与微波信号处理器(28)相接;
2)制作试样,并在试样的顶部以及底部分别放置一块透水石(16),在试样外部套一层耐高温橡胶膜(17),将制好的试样放置在支撑座(18)上,使得支撑座(18)上表面的透水石(16)与支撑座(18)的边缘对齐并紧贴支撑座(18)上表面,通过操控升降齿轮(20)调整支撑座(18)的高度,使得试样顶部的透水石(16)与试样帽(12)边缘对齐并紧贴试样帽(12)的下表面,用橡皮筋将试样的上下两端捆扎,形成密闭试样腔,打开抽真空阀(26)和抽真空装置(27),抽取试样内部残余的空气,直至试样外壁和耐高温橡胶膜(17)中间不存在气泡或者存在极少气泡;通过高度调节旋钮调节压力室筒体(1)的高度,使压力室筒体(1)上升至压力室顶盖(5)下方并与橡胶缓冲塞(4)咬合,形成密闭压力室;打开进水阀(10)将水箱(11)中的水注入密闭压力室内,待密闭压力室水注满后关闭进水阀(10);
3)开启温度控制器(31)和微波调制解调器(29),依据试验所需温度的要求,设定柱状加热筒(3)和微波发射器(14)的目标温度;当试样整体温度达到目标温度时,通过温度传感器(30)将温度数值传送至温度控制器(31)中,再通过温度控制器(31)将温度数值传送至微波调制解调器(29),微波调制解调器(29)将调节微波发射器(14)的频率使得试样整体温度维持在目标温度,此时即可开始固结或剪切试验,而柱状加热筒(3)对密闭压力室内试样周围水继续加热,直至密闭压力室内试样周围水的温度达到目标温度时,温度控制器(31)将调节柱状加热筒(3)的加热强度,使得密闭压力室内试样周围水温度维持在目标温度,起到维持试样外表面温度的作用,使得试样受热均匀;
4)待试验结束时,关闭微波调制解调器(29)和温度控制器(31),打开排水阀(22),通过操控高度调节旋钮将压力室筒体(1)的高度下降,使得压力室内部和压力室外部的大气压相通,压力室周围水通过排水管(21)排出,待周围水排出完毕,继续调节高度调节旋钮将压力室筒体(1)的高度下降至底端,通过升降齿轮(20)将支撑座(18)的高度下降至底端,取出试样完成试验。
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