CN205175827U - 一种温控式高吸力非饱和土固结仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温控式高吸力非饱和土固结仪，涉及岩土工程领域的土工试验技术。本实用新型包括被测对象试样（00）；设置有吸力控制装置（10）、温度控制装置（20）、压力室（30）和加载装置（40）；试样（00）置于压力室（30）中；压力室（30）置于温度控制装置（20）中；吸力控制装置（10）通过导管连接到压力室（30），控制压力室（30）吸力；加载装置（40）和压力室（30）连接，给试样（00）提供压力。本实用新型采用相对湿度控制技术，实现了高吸力范围内的吸力控制；采用高压力加载装置，实现了高压力加载；采用温度控制装置，实现了温度控制；本实用新型控制吸力原理简单，操作简便，安装测试方便，实用性强，适用于高压控温控湿条件下非饱和土试验。

Description

一种温控式高吸力非饱和土固结仪

技术领域

本实用新型涉及岩土工程领域的土工试验技术，尤其涉及一种温控式高吸力非饱和土固结仪。

具体地说，根据具体工程状况，测试在不同的温度环境中非饱和土处于高吸力段的压缩系数，研究不同温度条件下高吸力段非饱和土的变形特性。

背景技术

非饱和土分布广泛，在干湿循环和受荷过程中会产生变形，对各种边坡、路基等工程构筑物造成影响。特别是非饱和膨胀土，在非饱和状态下吸力较高，对土体变形会产生明显影响。此外，近年来在高放射性核废料深地质处置库中，作为缓冲材料的高压实膨润土长期受到高温、高压和高吸力的影响。因此，研究不同温度下高吸力情况下非饱和土的变形压缩特性具有重要意义。

现有的非饱和土固结仪一般采用轴平移技术控制吸力，吸力控制范围最高只能到1500kPa，仅能够测定低吸力条件下的变形特性，远远不能满足高吸力情况的要求，而且吸力平衡时间长。采用蒸气平衡法改进的高吸力非饱和土固结仪在每一级吸力下都得更换溶液比较繁琐，同样存在平衡时间很长的问题。因此需要一种简便提供高吸力控制的装置，并且控制能够提供温度控制。经检索，相关仪器和方法还未见报道。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于克服传统非饱和土固结仪的缺点和不足，提供了一种温控式高吸力非饱和土固结仪，用于高吸力、高压力和高温条件下土体体变特性的试验研究。

本实用新型的技术方案是：

本固结仪包括被测对象——试样；

设置有吸力控制装置、温度控制装置、压力室和加载装置；

试样置于压力室中；

压力室置于温度控制装置中；

吸力控制装置通过导管连接到压力室，控制压力室吸力；

加载装置和压力室连接，给试样提供压力。

与现有技术相比，本实用新型具有以下突出优点和有益效果：

①采用相对湿度控制技术，实现了高吸力范围内的吸力控制，试验过程中吸力控制简单，施加吸力等级可控制，大大缩短了非饱和土试验时间；

②采用高压力加载装置，实现了高压力加载；

③采用温度控制装置，实现了温度控制，可用于研究温度对非饱和土体变的影响；

总之，本实用新型控制吸力原理简单，操作简便，安装测试方便，实用性强，适用于高压控温控湿条件下非饱和土试验。

附图说明

图1是本固结仪的结构示意图；

图2是吸力控制装置的结构示意图；

图3是相对湿度控制装置的结构示意图；

图4是温度控制装置的结构示意图；

图5是压力室的结构示意图；

图6是压力室底座的结构示意图。

图中：

00—试样；

10—吸力控制装置，

11—电脑控制系统，

12—超声波加湿器，

121—电源电路，122—风机，123—振荡电路，124—换能器，

13—干燥气源，

131—空气压缩机，132—减压阀，133—干燥器，134—干燥剂，

14—第一集气瓶，15—第2集气瓶，16—第3集气瓶，

S1—第1温湿度传感器，S2—第2温湿度传感器；

20—温度控制装置，

21—控温液体，22—恒温槽，23—水循环泵，

24—球形阀门，

25—温度控制器，

251—加热装置，252—热电偶温度传感器；

30—压力室，

31—环形盖板，

32—底座，

321底座进气孔，322—底座出气孔，323—底座回旋槽，324—底座螺旋孔（；）

33—试样室，

34—试样帽，

343—试样帽进气孔，344—试样帽出气孔；

35—活塞加载杆，36—紧固螺栓，37—顶部透水石，

38—底部透水石，39—O型密封圈；

40—加载装置，

41—数显千分表。

V1、V2—第1、2压力控制阀，V3、V4—第1、2三通阀，

S1、S2—第1、2温湿度传感器，C1、C2—第1、2导管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、固结仪的结构

1、总体

如图1，本固结仪包括被测对象——试样00；

设置有吸力控制装置10、温度控制装置20、压力室30和加载装置40；

试样00置于压力室30中；

压力室30置于温度控制装置20中；

吸力控制装置10通过导管连接到压力室30，控制压力室30吸力；

加载装置40和压力室30连接，给试样00提供压力。

2、功能部件

0）试样00

试样00为原状样、压实样、击实样或泥浆样。

1）吸力控制装置10

如图2，吸力控制装置10包括电脑控制系统11，超声波加湿器12，干燥气源13，第1集气瓶14，第2集气瓶15，第3集气瓶16，第1温湿度探针S1，第2温湿度探针S2和导管；

其连接关系是：

超声波加湿器12和干燥气源13分别与第1集气瓶14连通，第1集气瓶14、第2集气瓶15、压力室30和第3集气瓶16依次连通，第1温湿度探针S1置入第2集气瓶15内，第2温湿度探针S2置入第3集气瓶16内；

电脑控制系统11分别与超声波加湿器12、干燥气源13、第1温湿度探针S1和第2温湿度探针S2连接，对系统进行吸力控制。

吸力控制装置10的工作机理是：

由超声波加湿器12和干燥气源13得到的并在第1集气瓶14中混合后产生一定相对湿度的干湿气体，流入第2集气瓶15，第1温湿度探针S1监测第2集气瓶15中的相对湿度并通过电脑控制系统11反馈到超声波加湿器12和干燥气源13控制生成干湿气体比例；干湿气体混合后产生所需相对湿度的气体，相对湿度控制范围可以从干燥气体0到完全潮湿气体100%；第2集气瓶15中产生的控制湿度的气体通过第1导管C1流入压力室30中，在压力室30中循环后通过第2导管C2流入第3集气瓶16，第2温湿度传感器S2置于第3集气瓶16中，通过电脑控制系统11监测通过压力室30气体相对湿度。

（1）超声波加湿器12

如图3，超声波加湿器12有现成产品，由电源电路121、风机122、振荡电路123和换能器124组成。

其工作机理是：利用压电陶瓷所固有超声波振荡特点，通过一定的振荡频率与压电陶瓷固有振荡频率产生共振，就能直接将与压电陶瓷接触的液体雾化成1-5微米的微小颗粒，进而产生一定相对湿度的气体，通过导管流入第1集气瓶14中，控制集气瓶内的湿度。

（2）干燥气源13

如图3，干燥气源13有现成产品，由空压机131、减压阀132、干燥器133和干燥剂134组成。

其工作机理是：干燥剂134采用变色硅胶，干燥状态下成蓝色，吸水后变成粉红色；空压机131产生的空气经由减压阀132减压和干燥器133干燥后流入第一集气瓶14中，提供干燥空气。

2）温度控制装置20

如图4，温度控制装置20包括控温液体21、恒温槽22、水循环泵23、球形阀门24、加热装置25，加热装置25包括热电偶温度传感器251和温度控制器252；

其连接关系是：在恒温槽22内置有控温液体21，在恒温槽22底部的左右两头分别设置有水循环泵23和球形阀门24，加热装置25的热电偶温度传感器251和温度控制器252分别置于恒温槽22内。

其工作机理是：

恒温槽22是一种长方形容器，采用聚苯乙烯泡沫塑料进行保温，避免热量损失，提高控制精度；

热电偶温度传感器251和温度控制器252控制恒温槽22内控温液体21的温度，控温范围为25-90℃，精度0.5℃；

水循环泵23用于恒温槽22内控温液体21的循环流动，进而使温度均匀；

球形阀门24供排水。

3）压力室30

如图5、6，压力室30采用耐磨性好和刚度大的不锈钢制成，包括环形盖板31、底座32、试样室33、试样帽34、活塞加载杆35、紧固螺栓36、顶部透水石37、底部透水石38和O型密封圈39；

其连接关系是：

从上到下，环形盖板31、试样室33和底座32通过紧固螺栓36依次连接，之间并通过O型密封圈39密封，防止湿空气从试样室33溢出；

在试样室33内，从上到下，活塞加载杆35、试样帽34、顶部透水石37、试样00、底部透水石38和底座32依次连接；

试样帽34是一种金属圆块，设置有依次连通的试样帽进气孔343和试样帽出气孔344

底座32是一种金属圆块，设置有依次连通底座进气孔321、底座回旋槽323和底座出气孔322，4个底座螺旋孔324均匀设置于圆块的圆周上；

吸力控制装置10通过第1导管C1连接底座进气孔321和试样帽进气孔343，底座出气孔322和试样帽出气孔344通过第2导管C2连入第3集气瓶16，给试样00提供湿空气。

4）加载装置40

如图1，加载装置40是一种杠杆式加载装置，和活塞加载杆35连接，还竖向连接有数显

千分表41，给试样00施加一定的固结压力并监测试样竖向变形。

数显千分表41：量程为0-12.7mm，精度为0.001mm。

二、试验方法

实施例一：

将制好的试样00（原状样、压实样、击实样、泥浆样）放入压力室30中，按照图2将压力室30按底座32、底部透水石38、O型密封圈39、试样00、顶部透水石37、试样盖34、试样室33、环形盖板31，活塞加载杆35依次组装好；通过吸力控制装置10向压力室30提供0到1000MPa的吸力，根据需要可以设定不同的吸力等级，进行常荷载条件下的干湿循环试验和常吸力条件下的固结试验。

实施例二：

按实施例一装好试样00，通过吸力控制装置10控制压力室30内吸力，通过加载装置40给试样00施加一定的压力，待试样00变形稳定后，在恒定吸力和恒定压力的条件下，通过温度控制装置20向试样00供25-95℃的温度，根据需要可以设定不同的温度等级进行温度控制条件下的干湿循环试验和固结试验。

Claims (5)

1.一种温控式高吸力非饱和土固结仪，包括被测对象——试样（00）；

其特征在于：

设置有吸力控制装置（10）、温度控制装置（20）、压力室（30）和加载装置（40）；

试样（00）置于压力室（30）中；

压力室（30）置于温度控制装置（20）中；

吸力控制装置（10）通过导管连接到压力室（30），控制压力室（30）吸力；

加载装置（40）和压力室（30）连接，给试样（00）提供压力。

2.按权利要求1所述的温控式高吸力非饱和土固结仪，其特征在于：

所述的吸力控制装置（10）包括电脑控制系统（11）、超声波加湿器（12）、干燥气源（13）、第1集气瓶（14）、第2集气瓶（15）、第3集气瓶（16）、第1温湿度探针（S1）、第2温湿度探针（S2）和导管；

其连接关系是：

超声波加湿器（12）和干燥气源（13）分别与第1集气瓶（14）连通，第1集气瓶（14）、第2集气瓶（15）、压力室（30）和第3集气瓶（16）依次连通，第1温湿度探针（S1）置于第2集气瓶（15）内，第2温湿度探针（S2）置于第3集气瓶（16）内；

电脑控制系统（11）分别与超声波加湿器（12）、干燥气源（13）、第1温湿度探针（S1）和第2温湿度探针（S2）连接，对系统进行吸力控制。

3.按权利要求1所述的温控式高吸力非饱和土固结仪，其特征在于：

所述的温度控制装置（20）包括控温液体（21）、恒温槽（22）、水循环泵（23）、球形阀门（24）、加热装置（25），加热装置（25）包括热电偶温度传感器（251）和温度控制器（252）；

其连接关系是：在恒温槽（22）内置有控温液体（21），在恒温槽（22）底部的左右两头分别设置有水循环泵（23）和球形阀门（24），加热装置（25）的热电偶温度传感器（251）和温度控制器（252）分别置于恒温槽（22）内。

4.按权利要求1所述的温控式高吸力非饱和土固结仪，其特征在于：

所述的压力室（30）包括环形盖板（31）、底座（32）、试样室（33）、试样帽（34）、活塞加载杆（35）、紧固螺栓（36）、顶部透水石（37）、底部透水石（38）和O型密封圈（39）；

其连接关系是：

从上到下，环形盖板（31）、试样室（33）和底座（32）通过紧固螺栓（36）依次连接，之间并通过O型密封圈（39）密封，防止湿空气从试样室33溢出；

在试样室33内，从上到下，活塞加载杆（35）、试样帽（34）、顶部透水石（37）、试样（00）、底部透水石（38）和底座32依次连接；

所述的试样帽（34）是一种金属圆块，设置有依次连通的试样帽进气孔（343）和试样帽出气孔（344）；

所述的底座（32）是一种金属圆块，设置有依次连通底座进气孔（321）、底座回旋槽（323）和底座出气孔（322），4个底座螺旋孔（324）均匀设置于圆块的圆周上；

吸力控制装置（10）通过第1导管（C1）连接底座进气孔（321）和试样帽进气孔（343），底座出气孔（322）和试样帽出气孔（344）通过第2导管（C2）连入第3集气瓶（16），给试样（00）提供干湿空气。

5.按权利要求1所述的温控式高吸力非饱和土固结仪，其特征在于：

所述的加载装置（40）是一种杠杆式加载装置，和活塞加载杆（35）连接，还竖向连接有数显千分表（41），给试样（00）施加一定的固结压力并监测试样（00）的竖向变形。