CN113848117B - 一种竖井地基热排水固结试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种竖井地基热排水固结试验装置，可以在额定压力载荷的条件下，测量温度对固结的影响，从而统计各组测量数据，综合分析各因素对土样固结的影响，且可以实现自动加载测量，其技术方案要点是包括：试验箱，试验箱的顶部设有箱盖，试验箱内填筑土样；加压机构，用于对土样进行加载压紧；排水机构，包括设置于试验箱内的竖井；加热机构，用于对土样进行加热；其中，土样内预埋孔隙水压力传感器；加热机构包括设置于试验箱外壁上的第一加热组件和设置于竖井外壁上的第二加热组件，本发明适用于土工试验技术领域。

Description

一种竖井地基热排水固结试验装置

技术领域

本发明属于土工试验技术领域，特指一种竖井地基热排水固结试验装置。

背景技术

现有的竖井排水固结试验装置，如申请号CN201410686099.5所公开的内容，其采用杠杆原理及砝码等重物直接进行加压，其结构较为简单，但存在需要人工控制，且加压精度较差，可加压压力小等问题；且其只是单一通过内置U型导热管进行加热，存在加热不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种竖井地基热排水固结试验装置，可以在额定压力载荷的条件下，测量温度对固结的影响，从而统计各组测量数据，综合分析各因素对土样固结的影响，且可以实现自动加载测量。

本发明的目的是这样实现的：一种竖井地基热排水固结试验装置，其特征在于：包括：

试验箱，试验箱的顶部设有箱盖，试验箱内填筑土样；

加压机构，用于对土样进行加载压紧；

排水机构，包括设置于试验箱内的竖井；

加热机构，用于对土样进行加热；

其中，土样内预埋孔隙水压力传感器；加热机构包括设置于试验箱外壁上的第一加热组件和设置于竖井外壁上的第二加热组件。

本发明进一步设置为：第一加热组件包括设置于试验箱外壁上的夹套，夹套外设有保温层；

第二加热组件包括加热盘管；

加热机构还包括用于对夹套及加热盘管进行供热的供热单元；

竖井为内外双层的筒体，加热盘管设置于两层筒体之间，且加热盘管的进水端径向贯穿内层筒体并由内层筒体的顶端引出，加热盘管的回水端也径向贯穿内层筒体并由内层筒体的顶端引出，内层筒体的外壁上涂覆有隔热涂层，外侧筒体采用导热材料，且内层筒体与外层筒体上均设置有排水孔，且内层筒体与外层筒体之间及内层筒体内均填充有细砂。

本发明进一步设置为：所述加压机构包括：

压力板，压力板位于试验箱内，压力板与箱盖之间形成主压力腔；

辅助气缸，辅助气缸为多个且均匀安装与箱盖的顶部，且辅助气缸的气缸杆贯穿箱盖设置并与压力板连接；

气控单元，用于控制主压力腔和辅助气缸的进气和排气；

其中，箱盖上设有与主压力腔连通的气孔，压力板为上下双层结构，且两层压力板之间的中心上设有压力传感器，辅助气缸上还设有用于检测其气缸杆伸缩距离的位移传感器；竖井的顶端贯穿压力板和箱盖设置。

本发明进一步设置为：所述气控单元包括：

辅助阀，用于控制辅助气缸的进气和排气；

主控制阀，用于控制主压力腔的进气和排气；

增压稳压缸，用于对辅助气缸的增压；

其中，增压稳压缸包括储气腔、出气调节阀、进气调节阀和缓冲组件，储气腔内还设有活塞，活塞将储气腔分隔成前气腔和后气腔，出气调节阀设置于前气腔的；出气调节阀设置于前气腔的端口上，进气调节阀设置于后气腔的端口上；缓冲组件与后气腔连通。

本发明进一步设置为：所述气控单元还包括：

切换阀，切换阀包括主通道、可单独与主通道连通的第一副通道和第二副通道；

通断阀，用于控制通断；

其中，辅助阀包括进气口P、回气口T、工作气口A和工作气口B，工作气口A与主通道之间通过设有第一气路连通，第一副通道与进气调节阀之间通过设有第二气路连通，第二副通道与辅助阀的无杆腔通过设有第三气路连通，出气调节阀与第三气路之间设有第四气路，工作气口B与辅助气缸的有杆腔之间通过设有第五气路连通；通断阀包括设置于第三气路上的第一通断阀和设置于第四气路上的第二通断阀。

本发明进一步设置为：所述活塞包括依次连接的大活塞环、活塞杆和小活塞环，前气腔的前端设有与小活塞环适配的缩口腔，小活塞环上还设有轴向贯穿小活塞环的导气通道；

增压稳压缸还包括用于安装缓冲组件的安装通道；缓冲组件包括缓冲缸、缸盖、浮动套、浮动杆、缓冲弹簧和缓冲杆，缓冲杆位于安装通道的前端，且缓冲杆的端部位于后气腔内，缓冲缸与缸盖相连接，且缓冲缸设置于安装通道的尾端，浮动套可轴向自由滑动的设置于缸盖中心，浮动杆可轴向自由滑动的设置于浮动套的中心，且浮动杆的一端位于缓冲缸内，浮动杆的另一端与缓冲杆抵触，缓冲弹簧套设于浮动杆上，且缓冲弹簧的一端与浮动套轴向抵触，安装通道内还设有与缓冲弹簧另一端抵触的台阶面；

增压稳压缸上还设有与安装通道径向连通进出气通道，缓冲杆上还设有气流通道，增压稳压缸在未增压状态下，气流通道一端与进出气通道连通，气流通道另一端呈径向设置且与后气腔连通；且增压稳压缸内还设有用于连通进出气通道与后气腔的辅助进气流道，辅助进气流道内设有用于限制后气腔内气体流向进出气通道的第一单向阀。

本发明进一步设置为：所述出气调节阀包括：

固定架，固定于前气腔的端口上；

出气阀芯，呈圆台形结构且安装于固定架上；

其中，固定架包括连杆，出气阀芯套设于连杆上，连杆上还设有与出气阀芯轴向抵触的复位弹簧，前气腔的端口内壁设有锥形壁，锥形壁与出气阀芯的外壁之间形成过气通道。

本发明进一步设置为：所述进气调节阀包括：

阀体，阀体内设有气流导向腔和缓冲腔；

堵头，设置于气流导向腔内；

第一回位弹簧，设置于气流导向腔内并与堵头轴向抵触；

缓冲阀芯，设置于缓冲腔内；

第二回位弹簧，设置于缓冲腔内并与缓冲阀芯轴向抵触；

其中，阀体上设有与气流导向腔轴向连通的第一阀口、与缓冲腔轴向连通的第二阀口，阀体内设有用于导通气流导向腔和缓冲腔的中心阀口；阀体上还设有与气流导向腔径向连通的第三阀口、与缓冲腔连通的第四阀口；气流导向腔的内壁上还设有与第一阀口连通的导气槽；

当第一回位弹簧被压缩时，堵头侧壁与第二阀口抵触封闭，中心阀口与第一阀口之间通过导气槽导通；当第一回位弹簧回位时，堵头端头与中心阀口抵触封闭，第一阀口与第三阀口导通；

当第二回位弹簧被压缩时，第四阀口与中心阀口导通；当第二回位弹簧回位时，缓冲阀芯与中心阀口抵触密封。

本发明进一步设置为：所述缓冲阀芯上与中心阀孔相抵触的一端为锥型端，锥型端的外周壁与缓冲腔的内周壁之间形成过渡腔，第四阀口与过渡腔连通，且缓冲阀芯上设有轴向贯穿缓冲阀芯两端的释压孔；

第二阀口与主压力腔的气孔连通，且第二阀口与主压力腔的气孔之间设有用于第二阀口流向主压力腔的气孔的第二单向阀。

一种竖井地基热排水固结试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、将竖井放置于试验箱的中央，然后向试验箱内填筑土样，并在土样内预埋孔隙水压力传感器，然后在试验箱上安装加压机构；

二、加压机构对土样施加竖向压力载荷，然后供热单元运行，向夹套和加热盘管内泵送循环热介质；

三、在不同的压力载荷和不同的温度作用下，控制单元对孔隙水压力传感器检测到的数据进行记录。

通过采用上述技术方案具有以下优点：

可以通过改变压力载荷和温度因数，测量分析对固结的影响；

试验箱内外加热均匀，试验精度高；

加压机构可以实现自动加压和记录测量；加压机构加压稳定，可提供较大压力载荷；

整套试验装置可靠性好，测量精确度高、自动化程度高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明气控单元的结构示意图；

图3是本发明中增压稳压缸的结构示意图；

图4是本发明图3的A部放大结构示意图；

图5是本发明图3的B部放大结构示意图；

图中附图标记为：1、试验箱；2、箱盖；3、竖井；4、孔隙水压力传感器；5、夹套；6、加热盘管；7、供热单元；8、压力板；9、主压力腔；10、辅助气缸；20、辅助阀；21、主控制阀；22、增压稳压缸；23、活塞；24、前气腔；25、后气腔；26、切换阀；27、导气通道；31、第一气路；32、第二气路；33、第三气路；34、第四气路；35、第五气路；40、缓冲缸；41、浮动套；42、浮动杆；43、缓冲弹簧；44、缓冲杆；45、进出气通道；46、辅助进气流道；51、固定架；52、出气阀芯；53、连杆；54、复位弹簧；55、过气通道；61、气流导向腔；62、缓冲腔；63、堵头；64、第一回位弹簧；65、缓冲阀芯；66、第二回位弹簧；67、第一阀口；68、第二阀口；69、中心阀口；70、第三阀口；71、第四阀口；72、导气槽；73、过渡腔；74、释压孔。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-5：

实施例1：

一种竖井地基热排水固结试验装置，其特征在于：包括：

试验箱1，试验箱1的顶部设有箱盖2，试验箱1内填筑土样；

加压机构，用于对土样进行加载压紧；

排水机构，包括设置于试验箱1内的竖井3；

加热机构，用于对土样进行加热；

其中，土样内预埋孔隙水压力传感器4；加热机构包括设置于试验箱1外壁上的第一加热组件和设置于竖井3外壁上的第二加热组件。

箱盖2与试验箱1之间可以通过多根螺杆固定连接，通过对试验箱1的外部和中心进行共同加热，加热均匀性好，可以提高试验的检测精度。

实施例2：

本实施例中，除了包括前述实施例的结构特征，进一步的第一加热组件包括设置于试验箱1外壁上的夹套5，夹套5外设有保温层；

第二加热组件包括加热盘管6；

加热机构还包括用于对夹套5及加热盘管6进行供热的供热单元7；

供热单元7用于提供所需温度的热介质，供热单元7可以为外置具有加热功能的水箱或导热油箱，并通过循环泵箱夹套5和加热盘管6输送循环热水或导热油。

竖井3为内外双层的筒体，加热盘管6设置于两层筒体之间，且加热盘管6的进水端径向贯穿内层筒体并由内层筒体的顶端引出，加热盘管6的回水端也径向贯穿内层筒体并由内层筒体的顶端引出，内层筒体的外壁上涂覆有隔热涂层，外侧筒体采用导热材料，且内层筒体与外层筒体上均设置有排水孔，且内层筒体与外层筒体之间及内层筒体内均填充有细砂。

其中内层筒体可以为PVC等材质，外层可以采用金属等材质，便于导热且强度高；加热盘管6的设置方式，便于外接供热单元7；细砂便于排水也能对筒体起到一定的支撑作用，且加热盘管6可以对双层筒体之间的细砂起到加热作用，增加了其之间的孔隙，更易排水；其中，隔热涂层可以使得加热盘管6的热量向外散发，提高热利用率；且在实际使用中，需要在压力板8与筒体之间及箱盖2与筒体之间增加密封环，对主压力腔9起到密封作用；且竖井3底部可以设置延伸至试验箱1外侧的排水管。

实施例3：

本实施例中，除了包括前述实施例的结构特征，进一步的所述加压机构包括：

压力板8，压力板8位于试验箱1内，压力板8与箱盖2之间形成主压力腔9；

辅助气缸10，辅助气缸10为多个且均匀安装与箱盖2的顶部，且辅助气缸10的气缸杆贯穿箱盖2设置并与压力板8连接，气缸杆呈环向等距安装于压力板8的周沿上；

气控单元，用于控制主压力腔9和辅助气缸10的进气和排气；

其中，箱盖2上设有与主压力腔9连通的气孔，压力板8为上下双层结构，且两层压力板8之间的中心上设有压力传感器，辅助气缸10上还设有用于检测其气缸杆伸缩距离的位移传感器；竖井3的顶端贯穿压力板8和箱盖2设置。

由于采用单一的主压力腔9结构，主压力腔9的承压能力较弱，容易漏气，无法提供较大的负载压力，且负载较大时，也容易对竖井3造成过大径向压力，不易于实用，因此通过辅助气缸10可以在不增加主压力腔9压力的状态下对土样进一步实现较高的压力；其中压力传感器可以采用现有的环形压力传感器，用于检测对土样的施压压力，位移传感器用于检测气缸杆的伸缩长度。

所述气控单元包括：

辅助阀20，用于控制辅助气缸10的进气和排气；

主控制阀21，用于控制主压力腔9的进气和排气；

增压稳压缸22，用于对辅助气缸10的增压；

其中，增压稳压缸22包括储气腔、出气调节阀、进气调节阀和缓冲组件，储气腔内还设有活塞23，活塞23将储气腔分隔成前气腔24和后气腔25，出气调节阀设置于前气腔24的；出气调节阀设置于前气腔24的端口上，进气调节阀设置于后气腔25的端口上；缓冲组件与后气腔25连通。

辅助气缸10呈环向等距排布，可以对压力板8施加均匀的作用力，避免压力板8偏移造成对土样的作用力不均匀；其中，辅助阀可以为J型三位四通阀，包括进气口P、回气口T、工作气口A和工作气口B，当J型三位四通阀切换至左位时，进气口P与工作气口A导通，回气口T与工作气口B导通，向增压稳压缸22或辅助气缸10的无杆腔供气，可以实现下压压紧；当Y型三位四通阀切换至中位时，进气口P和工作气口A处于封闭状态，工作气口B与回气口T导通；当Y型三位四通阀切换至右位时，工作气口A与回气口T导通，进气口P与工作气口B导通，向辅助气缸10的有杆腔供气，辅助气缸10上升回退；

增压稳压缸22的原理为：使用前向前气腔24进行充气，充气过程中缓冲组件对储气腔起到缓冲保护的作用，需要向辅助气缸10增压时，向后气腔25供气，推动活塞23运动且前气腔24内的压缩空气向辅助气缸10的无杆腔进行供气，实现增压作用；由于在实际使用中，气路内压力难免会产生波动，因此出气调节阀、进气调节阀用于进气或出气时的稳压调节，便于实现对辅助气缸10的稳定增压。

所述气控单元还包括：

切换阀26，切换阀26包括主通道、可单独与主通道连通的第一副通道和第二副通道；

通断阀，用于控制通断；

其中，辅助阀包括进气口P、回气口T、工作气口A和工作气口B，工作气口A与主通道之间通过设有第一气路31连通，第一副通道与进气调节阀之间通过设有第二气路32连通，第二副通道与辅助阀20的无杆腔通过设有第三气路33连通，出气调节阀与第三气路33之间设有第四气路34，工作气口B与辅助气缸10的有杆腔之间通过设有第五气路35连通；通断阀包括设置于第三气路33上的第一通断阀和设置于第四气路34上的第二通断阀。

进气口P用于连接供气管路，回气口T用于连接排气管路，当主通道与第一副通道连通时，第一气路31与第三气路33和第四气路34连通；当主通道与第二副通道连通时，第一气路31与第二气路32连通。

所述活塞23包括依次连接的大活塞环、活塞杆和小活塞环，前气腔24的前端设有与小活塞环适配的缩口腔，小活塞23环上还设有轴向贯穿小活塞环的导气通道27；

前气腔进气时，部分空气推动小活塞环后移，且部分空气通过导气通道27进入小活塞环和大活塞环之间，继而空气推力进一步作用于大活塞环上，更易于充气充能，而前气腔24需要向辅助气缸10增压时，通过缩口腔的设置，出气压强更大，增压效果更明显。

增压稳压缸22还包括用于安装缓冲组件的安装通道；缓冲组件包括缓冲缸40、缸盖、浮动套41、浮动杆42、缓冲弹簧43和缓冲杆44，缓冲杆44位于安装通道的前端，且缓冲杆44的端部位于后气腔25内，缓冲缸40与缸盖相连接，且缓冲缸40设置于安装通道的尾端，浮动套41可轴向自由滑动的设置于缸盖中心，浮动杆42可轴向自由滑动的设置于浮动套41的中心，且浮动杆42的一端位于缓冲缸40内，浮动杆42的另一端与缓冲杆44抵触，缓冲弹簧43套设于浮动杆42上，且缓冲弹簧43的一端与浮动套41轴向抵触，安装通道内还设有与缓冲弹簧43另一端抵触的台阶面；

增压稳压缸22上还设有与安装通道径向连通进出气通道45，缓冲杆44上还设有气流通道，增压稳压缸22在未增压状态下，气流通道一端与进出气通道45连通，气流通道另一端呈径向设置且与后气腔25连通；且增压稳压缸22内还设有用于连通进出气通道45与后气腔25的辅助进气流道46，辅助进气流道46内设有用于限制后气腔25内气体流向进出气通道45的第一单向阀。

供气管路向前气腔24充气时，活塞23向后气腔25移动，此时后气腔25的空气由气流通道向进出气通道45连通排出；在持续充气过程中，后气腔25被持续压缩，此时活塞23会碰触缓冲杆44，继而推动缓冲杆44后移，气流通道与进出气通道45开始错位，此时浮动杆42向缓冲缸40内移动，而浮动套41向缓冲缸40外端移动，缓冲弹簧43被压缩，从而起到缓冲作用；其中缓冲缸40内可以填充液压油；其中增压稳压缸22的后气腔25还可设置压力传感器。

由于缓冲组件生效时，气流通道与进出气通道45可能处于错位状态，因此通过辅助进气流道46的设置，使得进出气通道45进气时，气流可以通过辅助进气流道46直接进入后气腔25，继而推动活塞23向前气腔24移动，实现增压输出，活塞23向前气腔24移动时，缓冲组件逐渐复位。

所述出气调节阀包括：

固定架51，固定于前气腔24的端口上；

出气阀芯52，呈圆台形结构且安装于固定架51上；

其中，固定架51包括连杆53，出气阀芯52套设于连杆53上，连杆53上还设有与出气阀芯52轴向抵触的复位弹簧54，前气腔24的端口内壁设有锥形壁，锥形壁与出气阀芯52的外壁之间形成过气通道55。

其调节原理为：当供气管路向前气腔24供气时，过气通道55处于最大开度，方便快速充能，当前气腔24需要对辅助气缸10进行增压时，即前气腔24出气时，会随着出气压力的波动，复位弹簧54产生相应的收缩变形，即出气阀芯52会产生轴向浮动，出气压力越大，复位弹簧54的压缩量越大，此时过气通道55减小；反之，若出气压力越小，则过气通道55越大，从而调节出气量和出气压力，起到一定的稳压作用。

所述进气调节阀包括：

阀体，阀体内设有气流导向腔61和缓冲腔62；

堵头63，设置于气流导向腔61内；

第一回位弹簧64，设置于气流导向腔61内并与堵头63轴向抵触；

缓冲阀芯65，设置于缓冲腔62内；

第二回位弹簧66，设置于缓冲腔62内并与缓冲阀芯65轴向抵触；

其中，阀体上设有与气流导向腔61轴向连通的第一阀口67、与缓冲腔62轴向连通的第二阀口68，阀体内设有用于导通气流导向腔61和缓冲腔62的中心阀口69；阀体上还设有与气流导向腔61径向连通的第三阀口70、与缓冲腔62连通的第四阀口71；气流导向腔61的内壁上还设有与第一阀口67连通的导气槽72；

当第一回位弹簧64被压缩时，堵头63侧壁与第二阀口68抵触封闭，中心阀口69与第一阀口67之间通过导气槽72导通；当第一回位弹簧64回位时，堵头63端头与中心阀口69抵触封闭，第一阀口67与第三阀口70导通；

当第二回位弹簧66被压缩时，第四阀口71与中心阀口69导通；当第二回位弹簧66回位时，缓冲阀芯65与中心阀口69抵触密封。

进气调节阀的原理为：当前气腔24充能时，即前气腔24进气时，则后气腔25的通过进气调节阀排气，排气时，第一回位弹簧64处于回位状态，即未被压缩状态，此时，堵头63端头与中心阀口69抵触封闭，第一阀口67与第三阀口70导通，可以实现正常排气；

当向后气腔25进行供气时，即第四阀口71进气，此时缓冲阀芯65被推动，第二回位弹簧66被压缩，则第四阀口71、中心阀口69、导气槽72和第一阀口67依次导通，可以实现向后气腔25供气。

所述缓冲阀芯65上与中心阀孔相抵触的一端为锥型端，锥型端的外周壁与缓冲腔62的内周壁之间形成过渡腔73，第四阀口71与过渡腔73连通，且缓冲阀芯65上设有轴向贯穿缓冲阀芯65两端的释压孔74；

第二阀口68与主压力腔9的气孔连通，且第二阀口68与主压力腔9的气孔之间设有用于第二阀口68流向主压力腔9的气孔的第二单向阀。

当向第四阀口71供气时，过渡腔73的压力增加，因此第二回位弹簧66会被压缩，且供气压力越大，则第二回位弹簧66的压缩量越大，即过渡腔73的腔室体积越大，因此能够起到缓冲作用，且部分气体能够通过释压孔74向第二阀口68释压，多余释压的空气压力若超过主压力腔9的压力时，第二单向阀开启，即向主压力腔9进行补压。

实施例4：

本实施例中，除了包括前述实施例的结构特征，进一步的：

一种竖井地基热排水固结试验装置的试验方法，包括以下步骤：

一、将竖井3放置于试验箱1的中央，然后向试验箱1内填筑土样，并在土样内预埋孔隙水压力传感器4，然后在试验箱1上安装加压机构；

二、加压机构对土样施加竖向压力载荷，然后供热单元7运行，向夹套5和加热盘管6内泵送循环热介质；

三、在不同的压力载荷和不同的温度作用下，控制单元对孔隙水压力传感器4检测到的数据进行记录。

通过上述方法，可以在额定压力载荷的条件下，测量温度对固结的影响，从而统计各组测量数据，综合分析各因素对土样固结的影响。

步骤二中，加压机构运行时的控制方法包括以下具体步骤：

L1、各辅助阀20和主控制阀21均切换到进气状态，各切换阀26使得主通道与第一副通道连通，第一通断阀和第二通断阀均切换至通路状态，供气管路直接向主压力腔9和各辅助气缸10的无杆腔供气，压力板8快速下压；判断压力传感器检测到的数值是否达到第一预设值，若是，表明预压完成，则进入步骤L2；若否，则维持步骤L1；

L2、主控制阀21切换至断路状态实现保压，各第一通断阀切换至断路；供气管路向各增压稳压缸22的前气腔24供气，当各增压稳压缸22的后气腔25的压力达到限定阀值时，对应第二通断阀切换至断路；当所有第二通断阀切换至断路时，表明增压稳压缸22充能完成，进入步骤L3；

L3、各切换阀26使得主通道与第二副通道连通，各第一通断阀和各第二通断阀均切换至通路状态，供气管路可以向增压稳压缸22的后气腔25供气，通过各增压稳压缸22向各辅助气缸10的无杆腔补压，判断压力传感器检测到的数值是否达到第二预设值，若是，增压完成，则进入步骤L4；

其中第一预设值、第二预设值均可根据实际试验需要进行设定；各增压稳压缸22的后气腔25的压力限定阀值可根据增压稳压缸22的实际性能进行设定；

L4、判断各位移传感器的数值是否相同，若不同，表明压力板8存在偏载，则通过增压稳压缸22向气缸杆伸长量较小的辅助气缸10无杆腔继续补压，使得各辅助气缸10的气缸杆伸长量相同，若相同，则控制系统记录加载压力P，记录土样温度、位移传感器的数值，在静置不同时间后，通过位移传感器测量土样沉降量和孔隙水压力，控制系统记录相关数据。

在静置过程中，由于土样会产生沉降，加载压力P会减小，因此需要气控单元实时对辅助气缸10进行补压，使得加载压力保持为P；通过对加压机构的控制，可以实现自动加压，且加压压力精度高、压力大，压力变化稳定，人为测量监控等工作减轻，自动化程度高，试验数据更加可靠。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种竖井地基热排水固结试验装置，其特征在于：包括：

试验箱（1），试验箱（1）的顶部设有箱盖（2），试验箱（1）内填筑土样；

加压机构，用于对土样进行加载压紧；

排水机构，包括设置于试验箱（1）内的竖井（3）；

加热机构，用于对土样进行加热；

其中，土样内预埋孔隙水压力传感器（4）；加热机构包括设置于试验箱（1）外壁上的第一加热组件和设置于竖井（3）外壁上的第二加热组件；

第一加热组件包括设置于试验箱（1）外壁上的夹套（5），夹套（5）外设有保温层；

第二加热组件包括加热盘管（6）；

加热机构还包括用于对夹套（5）及加热盘管（6）进行供热的供热单元（7）；

竖井（3）为内外双层的筒体，加热盘管（6）设置于两层筒体之间，且加热盘管（6）的进水端径向贯穿内层筒体并由内层筒体的顶端引出，加热盘管（6）的回水端也径向贯穿内层筒体并由内层筒体的顶端引出，内层筒体的外壁上涂覆有隔热涂层，外侧筒体采用导热材料，且内层筒体与外层筒体上均设置有排水孔，且内层筒体与外层筒体之间及内层筒体内均填充有细砂；

所述加压机构包括：

压力板（8），压力板（8）位于试验箱（1）内，压力板（8）与箱盖（2）之间形成主压力腔（9）；

辅助气缸（10），辅助气缸（10）为多个且均匀安装与箱盖（2）的顶部，且辅助气缸（10）的气缸杆贯穿箱盖（2）设置并与压力板（8）连接；

气控单元，用于控制主压力腔（9）和辅助气缸（10）的进气和排气；

其中，箱盖（2）上设有与主压力腔（9）连通的气孔，压力板（8）为上下双层结构，且两层压力板（8）之间的中心上设有压力传感器，辅助气缸（10）上还设有用于检测其气缸杆伸缩距离的位移传感器；竖井（3）的顶端贯穿压力板（8）和箱盖（2）设置；

所述气控单元包括：

辅助阀（20），用于控制辅助气缸（10）的进气和排气；

主控制阀（21），用于控制主压力腔（9）的进气和排气；

增压稳压缸（22），用于对辅助气缸（10）的增压；

其中，增压稳压缸（22）包括储气腔、出气调节阀、进气调节阀和缓冲组件，储气腔内还设有活塞（23），活塞（23）将储气腔分隔成前气腔（24）和后气腔（25），出气调节阀设置于前气腔（24）的；出气调节阀设置于前气腔（24）的端口上，进气调节阀设置于后气腔（25）的端口上；缓冲组件与后气腔（25）连通。

2.根据权利要求1所述的一种竖井地基热排水固结试验装置，其特征在于：所述气控单元还包括：

切换阀（26），切换阀（26）包括主通道、可单独与主通道连通的第一副通道和第二副通道；

通断阀，用于控制通断；

其中，辅助阀（20）包括进气口P、回气口T、工作气口A和工作气口B，工作气口A与主通道之间通过设有第一气路（31）连通，第一副通道与进气调节阀之间通过设有第二气路（32）连通，第二副通道与辅助阀（20）的无杆腔通过设有第三气路（33）连通，出气调节阀与第三气路（33）之间设有第四气路（34），工作气口B与辅助气缸（10）的有杆腔之间通过设有第五气路（35）连通；通断阀包括设置于第三气路（33）上的第一通断阀和设置于第四气路（34）上的第二通断阀。

3.根据权利要求2所述的一种竖井地基热排水固结试验装置，其特征在于：所述活塞（23）包括依次连接的大活塞环、活塞杆和小活塞环，前气腔（24）的前端设有与小活塞环适配的缩口腔，小活塞环上还设有轴向贯穿小活塞环的导气通道（27）；

增压稳压缸（22）还包括用于安装缓冲组件的安装通道；缓冲组件包括缓冲缸（40）、缸盖、浮动套（41）、浮动杆（42）、缓冲弹簧（43）和缓冲杆（44），缓冲杆（44）位于安装通道的前端，且缓冲杆（44）的端部位于后气腔（25）内，缓冲缸（40）与缸盖相连接，且缓冲缸（40）设置于安装通道的尾端，浮动套（41）可轴向自由滑动的设置于缸盖中心，浮动杆（42）可轴向自由滑动的设置于浮动套（41）的中心，且浮动杆（42）的一端位于缓冲缸（40）内，浮动杆（42）的另一端与缓冲杆（44）抵触，缓冲弹簧（43）套设于浮动杆（42）上，且缓冲弹簧（43）的一端与浮动套（41）轴向抵触，安装通道内还设有与缓冲弹簧（43）另一端抵触的台阶面；

增压稳压缸（22）上还设有与安装通道径向连通进出气通道（45），缓冲杆（44）上还设有气流通道，增压稳压缸（22）在未增压状态下，气流通道一端与进出气通道（45）连通，气流通道另一端呈径向设置且与后气腔（25）连通；且增压稳压缸（22）内还设有用于连通进出气通道（45）与后气腔（25）的辅助进气流道（46），辅助进气流道（46）内设有用于限制后气腔（25）内气体流向进出气通道（45）的第一单向阀。

4.根据权利要求3所述的一种竖井地基热排水固结试验装置，其特征在于：所述出气调节阀包括：

固定架（51），固定于前气腔（24）的端口上；

出气阀芯（52），呈圆台形结构且安装于固定架（51）上；

其中，固定架（51）包括连杆（53），出气阀芯（52）套设于连杆（53）上，连杆（53）上还设有与出气阀芯（52）轴向抵触的复位弹簧（54），前气腔（24）的端口内壁设有锥形壁，锥形壁与出气阀芯（52）的外壁之间形成过气通道（55）。

5.根据权利要求3所述的一种竖井地基热排水固结试验装置，其特征在于：所述进气调节阀包括：

阀体，阀体内设有气流导向腔（61）和缓冲腔（62）；

堵头（63），设置于气流导向腔（61）内；

第一回位弹簧（64），设置于气流导向腔（61）内并与堵头（63）轴向抵触；

缓冲阀芯（65），设置于缓冲腔（62）内；

第二回位弹簧（66），设置于缓冲腔（62）内并与缓冲阀芯（65）轴向抵触；

其中，阀体上设有与气流导向腔（61）轴向连通的第一阀口（67）、与缓冲腔（62）轴向连通的第二阀口（68），阀体内设有用于导通气流导向腔（61）和缓冲腔（62）的中心阀口（69）；阀体上还设有与气流导向腔（61）径向连通的第三阀口（70）、与缓冲腔（62）连通的第四阀口（71）；气流导向腔（61）的内壁上还设有与第一阀口（67）连通的导气槽（72）；

当第一回位弹簧（64）被压缩时，堵头（63）侧壁与第二阀口（68）抵触封闭，中心阀口（69）与第一阀口（67）之间通过导气槽（72）导通；当第一回位弹簧（64）回位时，堵头（63）端头与中心阀口（69）抵触封闭，第一阀口（67）与第三阀口（70）导通；

当第二回位弹簧（66）被压缩时，第四阀口（71）与中心阀口（69）导通；当第二回位弹簧（66）回位时，缓冲阀芯（65）与中心阀口（69）抵触密封。

6.根据权利要求5所述的一种竖井地基热排水固结试验装置，其特征在于：所述缓冲阀芯（65）上与中心阀孔相抵触的一端为锥型端，锥型端的外周壁与缓冲腔（62）的内周壁之间形成过渡腔（73），第四阀口（71）与过渡腔（73）连通，且缓冲阀芯（65）上设有轴向贯穿缓冲阀芯（65）两端的释压孔（74）；

第二阀口（68）与主压力腔（9）的气孔连通，且第二阀口（68）与主压力腔（9）的气孔之间设有用于第二阀口（68）流向主压力腔（9）的气孔的第二单向阀。

7.一种适用于权利要求6所述的一种竖井地基热排水固结试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

一、将竖井（3）放置于试验箱（1）的中央，然后向试验箱（1）内填筑土样，并在土样内预埋孔隙水压力传感器（4），然后在试验箱（1）上安装加压机构；

二、加压机构对土样施加竖向压力载荷，然后供热单元（7）运行，向夹套（5）和加热盘管（6）内泵送循环热介质；

三、在不同的压力载荷和不同的温度作用下，控制单元对孔隙水压力传感器（4）检测到的数据进行记录。

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