CN204302097U - 一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，特点是包括三轴压力室、弧形板式加热器、温度传感器以及温度控制器，三轴压力室包括压力室筒体，压力室筒体的上端开口密封设置有压力室上盖且底部设置有底盘，压力室筒体内的底部中央纵向设置有活塞杆和上传力杆，上传力杆穿过压力室上盖的中央与外部电机连接，上传力杆的下端与活塞杆上端之间放置有试样，两片弧形板式加热器对称包覆在压力室筒体的外壁，温度传感器一端穿过压力室上盖进入压力室筒体内且其另一端通过导线与温度控制器连接，优点是试样加热温度均匀、加热时间短且费用低，可实现分段、分级、线性升温及降温，并能够对压力室内的温度进行精确控制。

Description

一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置

技术领域

本实用新型属于土工试验技术领域，尤其涉及适用于不同温度下软黏土、黏土、砂性土及岩体等的基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置。

背景技术

近年来，在核废料处理、地热开采、热管线埋设和公共交通系统等诸多工程建设领域以及城市热岛效应和广大范围的季节性冰冻区域中，温度对土体力学性质的影响受到越来越多的关注，开展不同温度荷载下土的动/静力特性试验研究显得尤为重要。国内外已有温控土工试验装置的研制主要基于固结仪或静三轴仪，并通过开展应用试验，取得了大量热固结、变形及强度等方面的成果。目前，国内外已有的温控试验装置对室内试样进行加热的方式主要有3种：

(1) 将压力室置于温控设施内模式，通过温控设备使仪器置于一个高温环境，实现试验要求的温度。尽管该类装置省去了仪器的研制过程，但建立温控实验室费用较高，试验环境较差，对仪器各元件耐高温要求高；

 (2) 压力室内加热模式，采用加热线圈、加热管、加热棒、加热板对流体加热，该加热方式直接对流体加热，可以较好达到试验温度要求，但在高围压下不易对压力室的液体均匀加热，进而使试样温度不均匀；

 (3) 压力室外加热模式，在压力室外缠绕线圈，通过加热线圈对压力室内的流体加热，由于需要通过外罩传热使压力室内液体的温度升高，会使得试样要达到试验温度要求的时间较长。

由于在不同温度作用下岩土体的工程性质会发生变化，加热可致试样内孔隙水粘滞性减小，渗透系数增大，并可诱致孔隙水和土颗粒的热膨胀而使土样有体积增大的趋势，在试验过程中需要考虑温度的影响，且现有温控试验装置的三种加热方式均有不足之处。为此，提出一种内、外联合加热的温控压力室试验系统，以使温控试验中试样的受热更为均匀。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种试样加热温度均匀、加热时间短且费用低，可实现分段、分级、线性升温及降温，并能够对压力室内的温度进行精确控制的基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，包括：用于承放试样的三轴压力室、用于加热试样的两片横截面呈半圆形的弧形板式加热器、温度传感器以及温度控制器，所述的三轴压力室包括压力室筒体，所述的压力室筒体的上端开口密封设置有压力室上盖，所述的压力室筒体的底部设置有底盘，所述的压力室筒体内的底部中央纵向设置有活塞杆，所述的压力室筒体内位于所述的活塞杆的上方纵向设置有上传力杆，所述的上传力杆穿过所述的压力室上盖的中央与外部电机连接，所述的上传力杆的下端与所述的活塞杆上端之间放置有试样，两片所述的弧形板式加热器对称包覆在所述的压力室筒体的外壁，所述的压力室筒体的外壁通过导线与所述的温度控制器连接，所述的温度传感器一端穿过所述的压力室上盖进入所述的压力室筒体内且其另一端通过导线与所述的温度控制器连接。

所述的上传力杆的下端面与所述的试样的上端面之间以及所述的试样的下端面与所述的活塞杆的上端面之间分别设置有试样帽，所述的试样帽与所述的试样之间设置有透水石。

所述的压力室上盖上设置有排水孔，所述的底盘上设置有压力室进水管和压力室出水管，所述的上传力杆与所述的试样的上端面之间的透水石上设置有上排水管，所述的试样的下端面与所述的活塞杆之间的透水石上设置有下排水管，所述的下排水管上设置有孔压传感器。

两片所述的弧形板式加热器通过四个扣件扣紧连接。弧形板式加热器采用分体结构，由两半组成，便于拆卸，在不需要进行温控时，可卸除。

所述的弧形板式加热器由内到外依次设置有加热板、隔热石棉和不锈钢围板，所述的加热板紧贴在所述的压力室筒体的外壁且所述的加热板通过导线与所述的温度控制器连接。隔热石棉可以将加热板与空气隔绝，有效防止温度散失。

所述的压力室上盖的上表面以及所述的上传力杆位于所述的压力室筒体外部的外壁上包覆有橡胶材料。压力室上盖和上传力杆表面采用橡胶材料进行隔热，减小热量从上部散失。

所述的试样的外周套设有乳胶膜，所述的压力室上盖、所述的压力室筒体、所述的底盘、所述的活塞杆、所述的上传力杆、所述的试样帽均为钢质材料。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型公开了一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，该装置的两片弧形板式加热器由四个扣件扣紧，并紧贴压力室筒体外壁，再通过导线连接到温度控制器上，实现对压力室筒体加热，再由压力室筒体对室内流体加热，为外加热。在对压力室筒体加热时，可将热传递到压力室上盖、底盘、活塞杆、上传力杆、上下试样帽、室内水、透水石及土样，一方面上传力杆和试样帽对室内流体内加热，另一方面还可直接对试样两端面直接加热，从而实现内、外联合的加热模式。温度控制器具有程序运行功能，可实现分段、分级、线性升温及降温，同时可实时反映压力室外壁温度，并进行精确控制。温度传感器由导线与温度控制器连接，可实时监测室内流体温度。当温度控制器上显示由温度传感器测定的室内液体温度与压力室筒体外壁温度相等时，表明达到试验目标温度，随后加热器可自行调节维持恒定温度，可适用于用于动/静三轴仪上实现不同温度条件下岩土体的动/静力试验的温度控制作用，优点如下：

 (1) 本温控试验系统可与试验主机完全分离，弧形板式加热器由两半组成，易于装卸，在不需要进行温控时，可卸除温控系统；

(2) 本试验方法中，温度控制器具有程序运行功能，可实现分段、分级、线性升温及降温，并能够对压力室内的温度进行精确控制；

 (3) 本试验方法采用内、外结合的加热模式，有效保证了试样温度的均匀性，并且加热板外设置有隔热石棉，压力室上盖和上传力杆表面覆盖有隔热橡胶，可有效防止热量的散失。

附图说明

图1为本实用新型岩土体动/静力三轴温控试验装置的结构示意图；1-排水孔；2-压力室上盖；3-压力室筒体；4-加热板；5-隔热石棉；6-不锈钢围板；7-试样帽；8-活塞杆；9-底盘；10-上排水管；11-压力室进水管；12-压力室出水管；13-下排水管；14-孔压传感器；15-试样；16-透水石；17-乳胶膜；18-上传力杆；19-温度传感器；20-橡胶材料；21-温度控制器；

图2为本实用新型岩土体动/静力三轴温控试验装置的加热原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

具体实施例

一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，主要用于动/静三轴仪上实现不同温度条件下岩土体的动/静力试验的温度控制作用，为获得不同温度下土的力学特性试验指标提供技术保障，其包括用于承放试样15的三轴压力室、用于加热试样的两片横截面呈半圆形的弧形板式加热器、温度传感器19以及温度控制器21，该三轴压力室包括压力室筒体3，压力室筒体3的上端开口密封设置有压力室上盖2，压力室筒体3的底部设置有底盘9，压力室筒体3内的底部中央纵向设置有活塞杆8，压力室筒体3内位于活塞杆8的上方纵向设置有上传力杆18，上传力杆18穿过压力室上盖2的中央与外部电机连接，上传力杆18的下端与活塞杆8上端之间放置有试样15，两片弧形板式加热器对称包覆在压力室筒体3的外壁，压力室筒体3的外壁通过导线与温度控制器21连接，温度传感器19一端穿过压力室上盖2进入压力室筒体3内且其另一端通过导线与温度控制器21连接。

在此具体实施例中，上传力杆18的下端面与试样15的上端面之间以及试样15的下端面与活塞杆8的上端面之间分别设置有试样帽7，试样帽7与试样15之间设置有透水石16。压力室上盖2上设置有排水孔1，底盘9上设置有压力室进水管11和压力室出水管12，上传力杆18与试样15的上端面之间的透水石16上设置有上排水管10，试样15的下端面与活塞杆8之间的透水石16上设置有下排水管13，下排水管13上设置有孔压传感器11。

在此具体实施例中，两片弧形板式加热器通过四个扣件扣紧连接，弧形板式加热器由内到外依次设置有加热板4、隔热石棉5和不锈钢围板6，加热板4紧贴在压力室筒体3的外壁且加热板4通过导线与温度控制器21连接。

在此具体实施例中，压力室上盖2的上表面以及上传力杆18位于压力室筒体3外部的外壁上包覆有橡胶材料20。压力室上盖2和上传力杆18表面采用橡胶材料20进行隔热，减小热量从上部散失。试样15的外周套设有乳胶膜17，压力室上盖2、压力室筒体3、底盘9、活塞杆8、上传力杆18、试样帽7均为钢质材料。

 实施过程如下：

首先在调试好的岩土体动/静力三轴温控试验装置上，将压力室筒体3和压力室上盖2密封连接，将试样15侧面贴上6-7条滤纸条，端面贴上滤纸片和透水石16，外套乳胶膜17后安装就位，再将试样15安放在压力室筒体3内的活塞杆8上，再用手动控制阀控制活塞杆8缓慢上升至试样15上端与上传力杆18下端的试样帽7接触时停止，用橡皮圈将乳胶膜17分别扎紧在试样15两端的试样帽7上；将压力室上盖2密封连接到压力室筒体3上，用手动控制阀控制压力室上盖2和压力室筒体3缓缓下降直至压力室筒体3与底盘9完全接触后停止，拧紧压力室筒体3与底盘9螺丝，即完成试样15安装；

在压力室筒体3与底盘9固定后，将两片弧形板式加热器放置到位，扣紧四个扣件，再用导线连接到温度控制器21上；将温度传感器19插入压力室上盖2内并固定，再在压力室上盖2和上传力杆18表面覆盖橡胶材料20，完成温度控制装置安装。

开启温度控制器21电源开关，根据试验方案设定的目标温度(10~100℃)，调整加热频率，设置初始温度、恒定温度、终止温度及加热时间，同时可进行分阶段，分级，线性升温及降温，例如室温25℃，则可设置初始温度为25℃，若目标温度为55℃，则可设置恒定温度为55℃，终止温度为25℃，调整加热频率为5℃/h，加热时长6h，恒温时长4~6h后再开始振动试验。设置完成后，按加热开关即开始加温，加热过程中禁止调节频率按钮。在试验中，可采用两种试验加热方案：其一是同时进行固结加热升温，其二是先固结完成，再进行加热升温，两种方案结果可能有一定的差别，可根据不同的试验目的选择。在温度设定后，启动加热，待固结度和目标温度达到试验要求后(当温度控制器21上显示的由温度传感器19测定的压力室筒体3的室内液体温度与压力室筒体3的外壁温度相等时，弧形板式加热器维持恒定温度工作)，进行动/静力三轴试验。

上述实施例是对本实用新型的进一步说明，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，其特征在于包括：用于承放试样的三轴压力室、用于加热试样的两片横截面呈半圆形的弧形板式加热器、温度传感器以及温度控制器，所述的三轴压力室包括压力室筒体，所述的压力室筒体的上端开口密封设置有压力室上盖，所述的压力室筒体的底部设置有底盘，所述的压力室筒体内的底部中央纵向设置有活塞杆，所述的压力室筒体内位于所述的活塞杆的上方纵向设置有上传力杆，所述的上传力杆穿过所述的压力室上盖的中央与外部电机连接，所述的上传力杆的下端与所述的活塞杆上端之间放置有试样，两片所述的弧形板式加热器对称包覆在所述的压力室筒体的外壁，所述的压力室筒体的外壁通过导线与所述的温度控制器连接，所述的温度传感器一端穿过所述的压力室上盖进入所述的压力室筒体内且其另一端通过导线与所述的温度控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，其特征在于：所述的上传力杆的下端面与所述的试样的上端面之间以及所述的试样的下端面与所述的活塞杆的上端面之间分别设置有试样帽，所述的试样帽与所述的试样之间设置有透水石。

3.根据权利要求2所述的一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，其特征在于：所述的压力室上盖上设置有排水孔，所述的底盘上设置有压力室进水管和压力室出水管，所述的上传力杆与所述的试样的上端面之间的透水石上设置有上排水管，所述的试样的下端面与所述的活塞杆之间的透水石上设置有下排水管，所述的下排水管上设置有孔压传感器。

4.根据权利要求2所述的一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，其特征在于：两片所述的弧形板式加热器通过四个扣件扣紧连接。

5.根据权利要求2所述的一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，其特征在于：所述的弧形板式加热器由内到外依次设置有加热板、隔热石棉和不锈钢围板，所述的加热板紧贴在所述的压力室筒体的外壁且所述的加热板通过导线与所述的温度控制器连接。

6.根据权利要求2所述的一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，其特征在于：所述的压力室上盖的上表面以及所述的上传力杆位于所述的压力室筒体外部的外壁上包覆有橡胶材料。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的一种基于内外联合加热的岩土体动/静力三轴温控试验装置，其特征在于：所述的试样的外周套设有乳胶膜，所述的压力室上盖、所述的压力室筒体、所述的底盘、所述的活塞杆、所述的上传力杆、所述的试样帽均为钢质材料。