CN116818588A - 一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置与方法，方法包括以下步骤：基于显示单元，设定试验箱的温度曲线以及湿度曲线，基于设定曲线与实测产生偏差，调节试验箱的温度以及湿度；将获得的岩土体的震动数据、频率数据、应力数据以及电导率数据，通过光纤传输至数据采集器，上位机基于数据采集器获得的数据，获得在不同温度、湿度的情况下，岩土体形变及其结构变化特征。本发明装置最大的好处就是可以模拟出在不同温度与湿度下岩土体的应力与导电性的变化，打破了常温下温度作用对岩土体的应力与导电性的变化，减少测试成本与试验时间，提高试验数据的精度。其中，岩土样放置机构是本发明中具有创新性点之一。
Description
技术领域
本发明属于地球物理勘测设备技术领域，具体涉及一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置与方法。
背景技术
地球物理勘探是一种以地下岩土层(或地质体)的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围(大小、形状、埋深等)并可测定岩土体的物理特性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。为了更好的对地下不同岩层受温度和湿度影响造成的岩土体破坏的观测，对现有的恒湿恒温的试验箱与高低温冲击试验箱做了一些硬件方面改进，使得本发明内容可以模拟出在不同温度和湿度下岩土体物性变化情况。
一般来说，从地面往下每深100米，温度大约增加3摄氏度左右，湿度也会随着变化。在物探领域，往往想知道地下岩土体在不同温度和湿度影响下会有什么影响，通过检测岩土体的形变情况及其结构上的变化可以直观的了解。在实际工程应用中由于不同地质条件下地层的温度和湿度不相同，地下温度和湿度的变化也会造成地质中岩土变形失稳及其结构上发生变化，从而造成地下开采的难度加大，为了更有效的对地下的矿物和煤炭进行开采利用。由于目前对岩土体变形失稳及其结构的变化大部分在常温常湿下进行，这样通过传感器检测到岩土体的应力和导电率有一定的误差，没有有效方案模拟在不同温度和湿度下岩土体的变形及结构变化后的物性参数测试。
于是研究不同温度和湿度对地下岩土体造成的影响，通过在不同温度和湿度的条件下，将开采来的岩石体放置在设备中，在岩土体周边通过传感器装置，将岩土体的形变和结构变化通过信号采集处理，通过改进一款可调节的恒温恒湿试验箱与高低温冲击试验箱，模拟出地下岩土体不同温度和湿度的来观测对地下岩土体的影响效果，对研究不同地域、不同地层受温湿度的影响，为研究地下岩土体的结构提供了新思想、新方案。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，提出变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置与方法，模拟出地下岩土体不同温度和湿度的来观测对地下岩土体的影响效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，包括：装置主体、制冷系统、温度调节装置、湿度调节装置、控制器、传感器装置、岩土体器皿、光纤、数据采集器以及上位机；
所述装置主体，采用箱体结构，用于提供变温变湿场所，以及承载所述制冷系统、所述温度调节装置、所述湿度调节装置、所述控制器以及所述传感器装置；
所述制冷系统，用于对所述装置主体内部进行制冷；
所述温度调节装置，用于调节所述装置主体内部温度；
所述湿度调节装置，用于调节所述装置主体内部湿度；
所述控制器，用于控制所述温度调节装置以及所述湿度调节装置；
所述岩土体器皿，用于放置岩土体；
所述传感器装置，用于监测所述岩土体以及所述装置主体内部的实时数据；
所述数据采集器，用于采集所述实时数据；
所述光纤，用于连接所述装置主体与所述数据采集器；
所述上位机，用于基于所述实时数据，获得所述岩土体的形变及其结构变化特征。
优选的，所述制冷系统，包括：压缩机、冷媒、冷凝器、节流阀、蒸发器以及制冷电磁阀；
所述压缩机，采用全密式压缩机，用于将低温低压气体压缩成高温高压气体；
所述冷媒，采用环保冷媒R404A，用于传递热能，产生冷冻效果；
所述冷凝器，采用鳞片式附散热马达，用于将所述高温高压气体冷凝成中温高压液体；
所述节流阀，用于将所述中温高压液体节流成低温低压液体；
所述蒸发器，采用鳞片式多段式自动负载容量调整，用于使低温低压液体吸热成低温低压蒸汽；
所述制冷电磁阀，用于控制制冷系统的启停。
优选的，所述温度调节装置包括空气加热单元；
所述空气加热单元，用于调节所述装置主体内部温度。
优选的，所述湿度调节装置包括水槽加热元件；
所述水槽加热元件，用于调节所述装置主体内部湿度。
优选的，所述装置主体，包括：循环风机、加热器、加湿器、伺服电机以及风扇；
所述循环风机，包括热风风机和冷风风机，分别用于提供热风和冷风；
所述加热器，用于接通所述空气加热单元进行增温以及调节所述制冷电磁阀进行降温；
所述加湿器，用于接通所述水槽加热元件进行加湿以及调节所述制冷电磁阀进行去湿；
所述伺服电机，用于将电压信号转化为转矩和转速，驱动所述装置主体运作；
所述风扇，用于加速所述装置主体内部的空气流动。
优选的，所述传感器装置，包括：温度传感器、湿度传感器、应力传感器、电导率传感器、震动传感器、图像传感器以及位移传感器；
所述温度传感器，用于实时监测所述装置主体内部的温度数据；
所述湿度传感器，用于实时监测所述装置主体内部的湿度数据；
所述应力传感器，用于实时监测所述岩土体的应力数据；
所述电导率传感器，用于实时监测所述岩土体的电导率数据；
所述震动传感器，用于实时监测所述岩土体的震动数据以及频率数据；
所述图像传感器，用于实时进行图像记录；
所述位移传感器，用于实时进行位移记录。
优选的，所述控制器，包括启动单元、温度控制单元、湿度控制单元、故障报警单元以及显示单元；
所述启动单元，用于启动所述控制器；
所述故障报警单元，用于监测试验箱故障并获得故障数据；
所述显示单元，用于设定温度曲线和湿度曲线，并基于所述故障数据，显示故障原因以及发出报警信号；
所述温度控制单元，用于基于所述温度数据与所述温度曲线的偏差，控制所述加热器与所述空气加热单元的接通以及调节所述制冷电磁阀；
所述湿度控制单元，用于基于所述湿度数据与所述湿度曲线的偏差，控制所述加湿器与所述水槽加热元件的接通以及调节所述制冷电磁阀。
优选的，还包括温度保护器；
所述温度保护器，用于基于所述温度传感器以及所述湿度传感器的异常数据，自动中断所述空气加热单元、所述水槽加热元件以及所述制冷系统的工作。
优选的，所述岩土体器皿为岩土样放置机构，包括双十字支架、支架托柱、传感器固定板、固定板滑轨以及立柱；
所述双十字支架，用于固定所述支架托柱、传感器固定板以及固定板滑轨；
所述支架托柱，用于托架岩土样品；
所述传感器固定板，用于固定传感器；
所述固定板滑轨，用于调节滑轨，进行耦合接触；
所述立柱，用于高度调整。
本申请还提供一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试方法，包括如下步骤：
基于显示单元，设定试验箱的温度曲线以及湿度曲线，基于温度传感器和湿度传感器获得试验箱的实测温度以及实测湿度；
当所述实测温度与设定的所述温度曲线、所述实测湿度与设定的所述湿度曲线产生偏差，温度控制单元以及湿度控制单元分别向加热器和加湿器发送控制指令，调节试验箱的温度以及湿度；
震动传感器、应力传感器以及电导率传感器均通过岩土样放置机构安置在密封的岩土体表面，将获得的岩土体的震动数据、频率数据、应力数据以及电导率数据，通过光纤传输至数据采集器，上位机基于数据采集器获得的数据，获得在不同温度、湿度的情况下，岩土体形变及其结构变化特征。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置与方法，与市面上常温下测试岩土体形变及其结构变化的设备最大的好处就是可以模拟出在不同温度与湿度下岩土体的应力与导电性的变化，打破了常温下温度作用对岩土体的应力与导电性的变化，减少测试成本与试验时间，提高试验数据的精度。用时相对较短，可以检测出不同地域，不同地层受温湿度的影响，为研究地下岩土体的结构提供了新思想，新方案。装有温度保护器，当温度过高会自动中断工作；控制器可以直观清楚的观测箱体中温度传感器和湿度传感器检测的箱内温度和湿度。分别做应力，电导率等结构变化试验分析，避免了以往不同传感器安置在相同的器皿上造成多种传感器的电磁干扰影响，更加有效的提高精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置外部结构图；
图2是本发明实施例一变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置内部结构示意图；
图3是本发明实施例一放置机构示意图；
图4是本发明实施例一pt100温度传感器以及湿度传感器示意图；
图5是本发明实施例一INPRO 7001-VP电导率传感器示意图；
图6是本发明实施例一HC-16应力传感器示意图；
图7是本发明实施例二数据采集处理流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-6所示，一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，包括：装置主体、制冷系统、温度调节装置、湿度调节装置、控制器、传感器装置、岩土体器皿、光纤、数据采集器以及上位机；
装置主体，采用箱体结构，用于提供变温变湿场所，以及承载制冷系统、温度调节装置、湿度调节装置、控制器以及传感器装置；装置主体安装在试验箱侧壁；其中，如图1所示，本装置外部结构包括视窗、自锁把手、伺服机控制箱、传感器引线仓、控制平台(触控屏、开关控制等)；
装置箱体下方内部设计有压缩机、加湿器、循环器以及水箱；
其中，循环器用于辅助温度控制，设计有冷却液加液和观察位置；
水箱设计有进出水口和液位观测。
制冷系统，用于对装置主体内部进行制冷；
温度调节装置，用于调节装置主体内部温度；
湿度调节装置，用于调节装置主体内部湿度；
控制器，用于控制温度调节装置以及湿度调节装置；
岩土体器皿，用于放置岩土体；岩土体采集一定数量密封放入箱体正中央；
传感器装置，用于监测岩土体以及装置主体内部的实时数据；
数据采集器，用于采集实时数据；
光纤，用于连接装置主体与数据采集器；
上位机，用于基于所述实时数据，获得岩土体的形变及其结构变化特征。
具体的，制冷系统，包括：压缩机、冷媒、冷凝器、节流阀、蒸发器以及制冷电磁阀；
压缩机，采用全密式压缩机，用于将低温低压气体压缩成高温高压气体；
冷媒，采用环保冷媒R404A，用于传递热能，产生冷冻效果；
冷凝器，采用鳞片式附散热马达，用于将高温高压气体冷凝成中温高压液体；
节流阀，用于将中温高压液体节流成低温低压液体；
蒸发器，采用鳞片式多段式自动负载容量调整，用于使低温低压液体吸热成低温低压蒸汽；
制冷电磁阀，用于控制制冷系统的启停。
特别的，制冷系统还包括附件：干燥机、冷媒流量窗口以及膨胀阀。
具体的，温度调节装置包括空气加热单元；
空气加热单元，用于调节装置主体内部温度。
具体的，湿度调节装置包括水槽加热元件；
水槽加热元件，用于调节装置主体内部湿度。
具体的，装置主体，包括：循环风机、加热器、加湿器、伺服电机以及风扇；
循环风机，包括热风风机和冷风风机，分别用于提供热风和冷风；
加热器，用于接通空气加热单元进行增温以及调节制冷电磁阀进行降温；
加湿器，用于接通水槽加热元件进行加湿以及调节制冷电磁阀进行去湿；
伺服电机，用于将电压信号转化为转矩和转速，驱动装置主体运作；
风扇，用于加速装置主体内部的空气流动。风扇装置于装置主体上顶板；
试验箱的尺寸大小为长1000高1000宽800mm，装置主体的结构材质选择特质的材质，内箱材料由不锈钢做成，外箱材质也是不锈钢，不过选用的不锈钢需要经过雾化处理，保温材质采用硬质polyurethane发泡及玻璃棉构成，箱门设计为单片门，单窗口，窗口260*340*40mm。门把手放在右边，为嵌入式把手，方便省力气开门。
特别的，如图2所示，箱体内部还包括包裹型温度加热器/制冷管，通过热传导以及热辐射两种形式实现测试仓温度的均匀提高与降低。
具体的，传感器装置，包括：温度传感器、湿度传感器、应力传感器、电导率传感器、震动传感器、图像传感器以及位移传感器；
温度传感器，用于实时监测装置主体内部的温度数据；
湿度传感器，用于实时监测装置主体内部的湿度数据；
应力传感器，用于实时监测岩土体的应力数据；
电导率传感器，用于实时监测岩土体的电导率数据；
震动传感器，用于实时监测岩土体的震动数据以及频率数据；
图像传感器，用于实时进行图像记录；图像传感器布置于试验箱内部，可以按照不同方位角布置几组，可以获得上下、左右，前后等多个方位的图像记录。图2中影像记录仪即为图像传感器。
位移传感器，用于实时进行位移记录。布置于岩土样放置机构上，通过位移记录可以实现荷载变化下的位移记录，传感器布置上下各两组，可以同步记录，也可以单独记录。
温度传感器、湿度传感器和电性并联且与控制器通过无线数据传输组件连接。装置温度和湿度传感器采用PT100来检测变温变湿试验箱的温度和湿度。该pt100温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，用于变温变湿试验箱温度参数的测量和控制。PT100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT后的100即表示它在0℃时阻值为100欧姆，在100℃时它的阻值约为138.5欧姆。当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长。温度的采集范围可以在-200℃～+850℃，允许温度波动±0.5℃，温度误差≤±2℃。湿度范围20％-98％R.H.允许湿度波动±3％R.H.。从常温升高至150℃在40分钟内可完成，在常温下降温至-20℃需要60分钟可完成。
在变温变湿箱中为了更好的检测出岩石体的结构变化特性，分别在岩石体的四周安置应力传感器与电导率传感器，针对不同岩土体，通过触屏控制屏调节试验箱的温度和湿度观察其在-20℃至150℃的不同温度下在数据采集器采集后上位机电脑上观察岩石体四周应力变化情况和导电率情况。检测岩土体的应力传感器选用HC-16应力传感器，电导率传感器选用INPRO7001-VP电导率传感器，有效的检测岩土体的形变及其结构变化。选用HC-16应力传感器产品体积小，结构紧凑，重量轻，坚固耐用，且具有优良的动静态特性，该系列产品特别适合岩土体应力模拟。温度传感器和湿度传感器，主要试验箱内的温度和湿度，其测试原理是指利用热传导，及温度改变后，通过湿度传感器，控制箱内湿度不变，与此同时每一次温度调整，再进行数据采集前，需要给出一段时间用于是岩土样温度与试验箱内温度一致。
具体的，控制器，包括启动单元、温度控制单元、湿度控制单元、故障报警单元以及显示单元；
启动单元(启动按钮)，用于启动控制器；
故障报警单元(故障报警按钮)，用于监测试验箱故障并获得故障数据；
显示单元，用于设定温度曲线和湿度曲线，并基于故障数据，显示故障原因以及发出报警信号；
温度控制单元(温度调节按钮)，用于基于温度数据与温度曲线的偏差，控制加热器与空气加热单元的接通以及调节制冷电磁阀，达到所需温度；
湿度控制单元(湿度调节按钮)，用于基于湿度数据与湿度曲线的偏差，控制加湿器与水槽加热元件的接通以及调节制冷电磁阀，达到所需湿度；其中，水槽加热元件通过蒸发水槽内的水达到加湿目的；
具体的，显示单元为控制彩屏，安装在装置主体下方。在变温变湿箱中为了更好的检测出岩石体的形变和结构变化特性，控制器的控制屏产自韩国原装进口，全中文液晶七寸韩国880显示LED触摸式面板，画面对谈式输入资料，温湿度同时可控曲线显示，设定值/显示值曲线。可分别显示多种报警，故障发生时可通过荧屏显示故障，消除故障，消除误操作。多PID控制机能，机密监控功能，且以资料形式显示于屏幕上。在变温变湿箱中启动按钮正常报常绿灯，报警显示红灯，在启动和报警按钮下一排，分别装置湿度调节按钮和温度调节按钮。
如图3所示，其中，图(a)为岩土样放置机构左视图；图(b)为岩土样放置结构右视图；图(c)为岩土样放置机构斜视图；图(d)岩土样放置结构为俯视图；岩土体器皿为岩土样放置机构，包括双十字支架、支架托柱(上下)、传感器固定板(内外)、固定板滑轨以及立柱；
双十字支架，用于固定支架托柱、传感器固定板以及固定板滑轨；设计十字架形式能够形成更好的稳固效果，十字架设定固定卡槽，实现定位和固定双功能；
支架托柱，用于托架岩土样品；由上下两个固定于十字架中心的圆柱组成，起作用主要用来托架岩土样品，同时托柱能够旋转升降，以满足不同尺寸高度的岩样测试；
传感器固定板，用于固定传感器；分别由内外两层板面对称形成，可以用来固定不同类型的传感器，尤其是进行多参数动态监测是，可以通过固定板实现与岩土体的良好接触。固定板上开不通位置的小孔，小孔可以以旋钮形式固定传感器，如固定不同电极、震动传感器等，其中小电极固定在外层，震动传感器等固定在内层(不同类型传感器，可设计不同固定位置与方式)；
固定板滑轨，用于调节滑轨，进行耦合接触；对于不同岩土直径与高度，可以调节滑轨与其进行耦合接触。当滑轨移动至指定位置后进行锁定，布置不同传感器与岩土样接触，之后开展试验；
立柱，用于高度调整。即用于支撑与固定上下双十字架，立柱高度设计成可调节内容，即具备气动伸缩，能够适应荷载变形，并能够自恢复。通过其高度调整，可以实现大比例的岩土样测试。
特别的，还包括温度保护器；
温度保护器，用于基于温度传感器以及湿度传感器的异常数据，自动中断空气加热单元、水槽加热元件以及制冷系统的工作。具体的，温度保护器采用超温保护仪表，在异常情况发生时，控制空气加热元件以及旋转的风扇停止工作，并自动断电；水槽加热元件蒸发的水槽水位降低时，则停止供电；制冷系统也随着箱体温度过高和湿度加大而停止工作。
特别的，在变温变湿箱中设计个小孔，便于岩石体表面传感器可以通过光纤从小孔中与数据采集器连接，通过上位机电脑实时监测在不同温度下岩石体结构的变化，注意在箱体外侧壁设计的小孔为圆形形状，在设备启动需要将小孔堵住，保证设备内部温湿度准确。
特别的，本装置还设置温度器与湿度器；在变温变湿箱中为了更好的检测出岩石体的结构变化特性，该设备中当箱体设定温度与控制器接收到的温度不同时候，通过控制器发出指令对温度器进行温度调节，该温度器为国内定制。该设备中当箱体设定湿度与控制器接收到的湿度不同时候，通过控制器发出指令对湿度器进行温度调节，达到所需要的湿度，该湿度器为国内定制。
实施例二
如图7所示，本申请还提供一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试方法，包括如下步骤：
基于显示单元，设定试验箱的温度曲线以及湿度曲线，基于温度传感器和湿度传感器获得试验箱的实测温度以及实测湿度；
当实测温度与设定的温度曲线、实测湿度与设定的湿度曲线产生偏差，温度控制单元以及湿度控制单元分别向加热器和加湿器发送控制指令，调节试验箱的温度以及湿度；
震动传感器、应力传感器以及电导率传感器均通过岩土样放置机构安置在密封的岩土体表面，将获得的岩土体的震动数据、频率数据、应力数据以及电导率数据，通过光纤传输至数据采集器，上位机基于数据采集器获得的数据，获得在不同温度、湿度的情况下，岩土体形变及其结构变化特征。
特别的，数据采集器的工作流程为：基于应力传感器获得应力信号(应力数据)、电导率传感器获得电导率信号(电导率数据)以及震动传感器获得震动信号和频率信号(震动数据和频率数据)，采集处理上述全部信号，经A/D转换模块，实现数据的集中采集，并上传至电脑终端(上位机)。
具体的试验流程包括：岩土试样制作以及试验装置调试→土样固定→传感器布置→试验环境调试；其中，传感器布置包括电极布置、光纤传感器布置以及震动传感器布置等(传感器配置不固定，根据测试参数，可以灵活调整)；试验环境调试包括温度调节以及湿度调节：(1)高、低温(循环)测试：通过设计温度梯度增加/减小，开展高温/低温(循环)试验，同时对岩土样进行加载或者静态观测，获得测试样品在试验期间多项参数变化情况；(2)湿度变化测试：通过设计湿度变化，开展低湿度到高湿度或者高湿度到低湿度，岩土样加载或者静态观测试验；(3)温度与湿度双条件变化试验，通过设计方案开展温度与湿度同步变化，岩土样加载或者静态观测试验。
通过试验装置可以实现不同温度或湿度下岩土样电阻率、极化率、应变、振动等信号的采集与分析。如：制作土样A，土样A含水率为n％,设置装置内部湿度能够保证土样含水率恒定为n％，通过将土样装入放置机构后，布置传感器和电极测量装置。形成密闭环境后，调节测试温度高，可实现指定低温-高温区间的，不同温度影响在电阻率、极化率等参数的测试(变温测试环境下，不把含水率变化作为首选；变温环境下通常测试不同介质电阻率/导电率、极化率、波速等参数；而含水率变化条件下，通常设定指定温度，或者施加特殊保水)。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，包括：装置主体、制冷系统、温度调节装置、湿度调节装置、控制器、传感器装置、岩土体器皿、光纤、数据采集器以及上位机；
所述装置主体，采用箱体结构，用于提供变温变湿场所，以及承载所述制冷系统、所述温度调节装置、所述湿度调节装置、所述控制器以及所述传感器装置；
所述制冷系统，用于对所述装置主体内部进行制冷；
所述温度调节装置，用于调节所述装置主体内部温度；
所述湿度调节装置，用于调节所述装置主体内部湿度；
所述控制器，用于控制所述温度调节装置以及所述湿度调节装置；
所述岩土体器皿，用于放置岩土体；
所述传感器装置，用于监测所述岩土体以及所述装置主体内部的实时数据；
所述数据采集器，用于采集所述实时数据；
所述光纤，用于连接所述装置主体与所述数据采集器；
所述上位机，用于基于所述实时数据，获得所述岩土体的形变及其结构变化特征。
2.根据权利要求1所述的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，所述制冷系统，包括：压缩机、冷媒、冷凝器、节流阀、蒸发器以及制冷电磁阀；
所述压缩机，采用全密式压缩机，用于将低温低压气体压缩成高温高压气体；
所述冷媒，采用环保冷媒R404A，用于传递热能，产生冷冻效果；
所述冷凝器，采用鳞片式附散热马达，用于将所述高温高压气体冷凝成中温高压液体；
所述节流阀，用于将所述中温高压液体节流成低温低压液体；
所述蒸发器，采用鳞片式多段式自动负载容量调整，用于使低温低压液体吸热成低温低压蒸汽；
所述制冷电磁阀，用于控制制冷系统的启停。
3.根据权利要求1所述的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，所述温度调节装置包括空气加热单元；
所述空气加热单元，用于调节所述装置主体内部温度。
4.根据权利要求3所述的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，所述湿度调节装置包括水槽加热元件；
所述水槽加热元件，用于调节所述装置主体内部湿度。
5.根据权利要求4所述的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，所述装置主体，包括：循环风机、加热器、加湿器、伺服电机以及风扇；
所述循环风机，包括热风风机和冷风风机，分别用于提供热风和冷风；
所述加热器，用于接通所述空气加热单元进行增温以及调节所述制冷电磁阀进行降温；
所述加湿器，用于接通所述水槽加热元件进行加湿以及调节所述制冷电磁阀进行去湿；
所述伺服电机，用于将电压信号转化为转矩和转速，驱动所述装置主体运作；
所述风扇，用于加速所述装置主体内部的空气流动。
6.根据权利要求1所述的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，所述传感器装置，包括：温度传感器、湿度传感器、应力传感器、电导率传感器、震动传感器、图像传感器以及位移传感器；
所述温度传感器，用于实时监测所述装置主体内部的温度数据；
所述湿度传感器，用于实时监测所述装置主体内部的湿度数据；
所述应力传感器，用于实时监测所述岩土体的应力数据；
所述电导率传感器，用于实时监测所述岩土体的电导率数据；
所述震动传感器，用于实时监测所述岩土体的震动数据以及频率数据；
所述图像传感器，用于实时进行图像记录；
所述位移传感器，用于实时进行位移记录。
7.根据权利要求5所述的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，所述控制器，包括启动单元、温度控制单元、湿度控制单元、故障报警单元以及显示单元；
所述启动单元，用于启动所述控制器；
所述故障报警单元，用于监测试验箱故障并获得故障数据；
所述显示单元，用于设定温度曲线和湿度曲线，并基于所述故障数据，显示故障原因以及发出报警信号；
所述温度控制单元，用于基于所述温度数据与所述温度曲线的偏差，控制所述加热器与所述空气加热单元的接通以及调节所述制冷电磁阀；
所述湿度控制单元，用于基于所述湿度数据与所述湿度曲线的偏差，控制所述加湿器与所述水槽加热元件的接通以及调节所述制冷电磁阀。
8.根据权利要求5所述的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，还包括温度保护器；
所述温度保护器，用于基于所述温度传感器以及所述湿度传感器的异常数据，自动中断所述空气加热单元、所述水槽加热元件以及所述制冷系统的工作。
9.根据权利要求1所述的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置，其特征在于，所述岩土体器皿为岩土样放置机构，包括双十字支架、支架托柱、传感器固定板、固定板滑轨以及立柱；
所述双十字支架，用于固定所述支架托柱、传感器固定板以及固定板滑轨；
所述支架托柱，用于托架岩土样品；
所述传感器固定板，用于固定传感器；
所述固定板滑轨，用于调节滑轨，进行耦合接触；
所述立柱，用于高度调整。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置的变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于显示单元，设定试验箱的温度曲线以及湿度曲线，基于温度传感器和湿度传感器获得试验箱的实测温度以及实测湿度；
当所述实测温度与设定的所述温度曲线、所述实测湿度与设定的所述湿度曲线产生偏差，温度控制单元以及湿度控制单元分别向加热器和加湿器发送控制指令，调节试验箱的温度以及湿度；
震动传感器、应力传感器以及电导率传感器均通过岩土样放置机构安置在密封的岩土体表面，将获得的岩土体的震动数据、频率数据、应力数据以及电导率数据，通过光纤传输至数据采集器，上位机基于数据采集器获得的数据，获得在不同温度、湿度的情况下，岩土体形变及其结构变化特征。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310775832.XA CN116818588A (zh) | 2023-06-27 | 2023-06-27 | 一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310775832.XA CN116818588A (zh) | 2023-06-27 | 2023-06-27 | 一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置与方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116818588A true CN116818588A (zh) | 2023-09-29 |
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ID=88117986
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202310775832.XA Pending CN116818588A (zh) | 2023-06-27 | 2023-06-27 | 一种变温变湿条件下岩土物性参数及形变测试装置与方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN116818588A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117990892A (zh) * | 2023-12-26 | 2024-05-07 | 长沙理工大学 | 一种变温、变湿、变风速水稳碎石养护试验装置及方法 |
| CN120507234A (zh) * | 2025-07-18 | 2025-08-19 | 广东省特种设备检测研究院（广东省特种设备事故调查中心） | 液氢温区下的金属材料应变测试装置及其测试方法 |
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2023
- 2023-06-27 CN CN202310775832.XA patent/CN116818588A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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