專利名稱：溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于巖土工程中飽和土圓柱形試樣熱固結(jié)試驗(yàn)的溫控固結(jié) 壓力室系統(tǒng)，用來(lái)測(cè)定變化溫度荷載和外力荷載耦合作用下試樣的熱固結(jié)變形量 及三軸剪切強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
目前，在對(duì)飽和土圓柱形試樣進(jìn)行常規(guī)(即常溫、等溫條件)固結(jié)試驗(yàn)時(shí)， 無(wú)法根據(jù)需要對(duì)壓力室內(nèi)進(jìn)行上升或下降的溫度變化(即溫度荷載)的控制。 亦即，常規(guī)固結(jié)試驗(yàn)只能對(duì)常溫條件下土樣的固結(jié)特性及剪切特性進(jìn)行分析，
而不能測(cè)定和控制高溫(如20 100°C)及變化溫度荷載作用下土樣的固結(jié)及剪 切性狀。近年來(lái)，由于地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)、熱能儲(chǔ)存、核廢料處置等工程問(wèn)題的需 要，關(guān)于變化溫度荷載作用下飽和土熱固結(jié)特性的研究成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
另一方面，如果進(jìn)行常規(guī)(即常溫、等溫條件)固結(jié)試驗(yàn)，由于試樣的體 積變化量與試樣孔隙水的排出量相等，所以只要測(cè)得孔隙水的排出量就可知試 樣的體積變化量。然而，飽和土樣在變化溫度荷載作用下，由于普通三軸固結(jié) 壓力室(側(cè)壁一般采用有機(jī)玻璃材料)、塑料排水管的受熱變形，以及由于孔隙 水和土顆粒本身的熱膨脹或收縮，試樣的體積變化量不能直接由孔隙水的排出 量來(lái)準(zhǔn)確測(cè)定，因此試驗(yàn)結(jié)果存在很大誤差，不能滿足熱固結(jié)試驗(yàn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有常規(guī)三軸固結(jié)壓力室不能進(jìn)行高 溫和變化溫度荷載試驗(yàn)的缺陷，提供一種靈敏度高的溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)，滿 足變化溫度荷載作用下飽和土試樣熱固結(jié)試驗(yàn)的需要。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
采用一種溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)，構(gòu)成該壓力室的頂蓋與壓力室側(cè)壁焊接； 壓力室側(cè)壁與壓力室底座通過(guò)固定螺栓連接，其間由O型橡膠圈密封；軸向壓 力桿通過(guò)可止水的軸套穿過(guò)頂蓋的中央處與試樣帽相接觸；飽和圓柱形的試樣 置于壓力室內(nèi)的壓力室底座中央處的透水石上，并與i式樣頂部的透水石以及試 樣帽相接；試樣周邊包裹有不透水的筒狀橡皮膜；試樣的排水管的兩端分別與 試樣帽頂部和壓力室底座上的試樣排水孔的進(jìn)口連接；試樣排水孔的出口通過(guò) 接頭與試樣排水管連接；孔隙水壓力量測(cè)孔的出口通過(guò)接頭與孔隙水壓力量測(cè) 管連接；周圍壓力連接孔通過(guò)接頭與周圍壓力連接管連接。
壓力室側(cè)壁為由不銹鋼制作的空腔式結(jié)構(gòu)，壓力室筒狀電熱板嵌入壓力室 側(cè)壁內(nèi)，壓力室筒狀電熱板的電阻絲的兩端與溫度調(diào)控器連接；壓力室電熱偶 安裝在頂蓋上，其一端置于充滿水的壓力室內(nèi)，輸出端與溫度調(diào)控器連接。
試樣排水管、孔隙水壓力量測(cè)管、周圍壓力連接管均采用不銹鋼材料制作， 中間段為螺旋狀結(jié)構(gòu)，螺旋狀段置入一個(gè)溫度恒定水容器中。從溫度恒定水容 器中引出的試樣排水管與體變管連接，孔隙水壓力量測(cè)管與孔隙水壓力量測(cè)系 統(tǒng)連接，周圍壓力連接管與穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)連接。
溫度恒定水容器包括焊接在水容器底座上的水容器側(cè)壁；水容器電熱板嵌 入空腔式結(jié)構(gòu)的水容器側(cè)壁內(nèi)；水容器電熱板電阻絲的兩端連接在水容器溫度 調(diào)控器上；溫度恒定水容器內(nèi)充滿水，水容器電熱偶固定在水容器側(cè)壁頂部的 支架上，水容器電熱偶一端插入溫度恒定容器內(nèi)的水中，輸出端與水容器溫度 調(diào)控器連接。
本發(fā)明的有益效果是溫控固結(jié)壓力室內(nèi)溫度可控制在20 100°C范圍內(nèi)變 化。溫度恒定水容器內(nèi)溫度可控制在20 50。C范圍內(nèi)的某一恒定溫度值；能夠精確測(cè)定壓力室內(nèi)溫度變化過(guò)程中飽和土試樣的熱固結(jié)變形量、孔隙水的排出 量以及土顆粒的熱體積變化。


圖1是溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)示意圖。
圖中壓力室電熱偶l、軸向壓力桿2、軸套3、頂蓋4、試樣帽5、壓力室 側(cè)壁6、試樣7、壓力室筒狀電熱板8、橡皮膜9、透水石10、固定螺栓ll、 O型橡膠圈12、壓力室底座13、周圍壓力連接孔14、孔隙水壓力量測(cè)孔15、 試樣排水孔16、排水管17、溫度調(diào)控器18、水容器側(cè)壁19、水容器電熱板20、 水容器底座21、水容器電熱偶22、支架23、水容器溫度調(diào)控器24、試樣排水 管25、孔隙水壓力量測(cè)管26、周圍壓力連接管27、閥門28。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
構(gòu)成該溫控固結(jié)壓力室(圖1)的頂蓋(4)與壓力室側(cè)壁(6)焊接；壓力
室側(cè)壁(6)與壓力室底座(13)通過(guò)固定螺栓(11)連接，其間由O型橡膠圈 (12)密封；軸向壓力桿(2)通過(guò)可止水的軸套(3)穿過(guò)頂蓋(4)的中央處
與試樣帽相接觸；試樣(7)置于壓力室內(nèi)的壓力室底座(13)中央處的透水石 (10)上，并與試樣(7)頂部的透水石以及試樣帽(5)相接；試樣(7)周邊
包裹有不透水的筒狀橡皮膜(9);排水管(17)的兩端分別與試樣帽(5)頂部
和壓力室底座(13)上的試樣排水孔(16)的進(jìn)口連接。
試樣排水孔(16)的出口通過(guò)接頭與試樣排水管(25)連接；孔隙水壓力
量測(cè)孔(15)的出口通過(guò)接頭與孔隙水壓力量測(cè)管(26)連接；周圍壓力連接
孔(14)通過(guò)接頭與周圍壓力連接管(27)連接；
試樣排水管(25)、孔隙水壓力量測(cè)管(26)、周圍壓力連接管(27)均采用不銹鋼材料制作，中間段均為螺旋狀結(jié)構(gòu)，螺旋狀段置入一個(gè)充滿水的溫度 恒定水容器中，可與周圍水體有較好的熱交換。從溫度恒定水容器中引出的試
樣排水管(25)與體變管連接；從溫度恒定水容器中引出的孔隙水壓力量測(cè)管 (26)與孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)連接；從溫度恒定水容器中引出的周圍壓力連接 管(27)與穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)連接。體變管、孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)以及穩(wěn)壓調(diào)壓系 統(tǒng)均可采用常規(guī)三軸固結(jié)儀通用的配套設(shè)備。
本發(fā)明所述的壓力室側(cè)壁(6)為由不銹鋼制作的空腔式結(jié)構(gòu)，壓力室筒狀 電熱板(8)嵌入壓力室側(cè)壁(6)內(nèi)，其電阻絲的兩端與溫度調(diào)控器(18)連 接，壓力室筒狀電熱板(8)的外側(cè)充填隔熱用石棉。
壓力室電熱偶(1)安裝在頂蓋(4)上，其一端置于充滿水的壓力室內(nèi)， 輸出端與溫度調(diào)控器(18)連接。
壓力室內(nèi)溫度控制在20~100 。C范圍內(nèi)變化，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)土樣所要模擬的實(shí) 際承受的溫度荷載大小以及溫度變化過(guò)程來(lái)確定。
溫度恒定水容器(圖1 )包括焊接在水容器底座(21 )上的水容器側(cè)壁(19); 水容器電熱板(20)嵌入空腔式結(jié)構(gòu)的水容器側(cè)壁(19)內(nèi)；水容器電熱板(20) 的電阻絲的兩端連接在水容器溫度調(diào)控器(24)上；水容器電熱板(20)的外 側(cè)充填隔熱用石棉。溫度恒定水容器內(nèi)充滿水，水容器電熱偶(22)固定在水 容器側(cè)壁(19)頂部的支架(23)上，水容器電熱偶(22) —端插入溫度恒定 容器內(nèi)的水中，輸出端與水容器溫度調(diào)控器(24)連接。
溫度恒定水容器內(nèi)溫度可控制在20 50°C范圍內(nèi)，具體溫度值可根據(jù)要進(jìn) 行試驗(yàn)的土樣實(shí)際所處的環(huán)境溫度確定。
本發(fā)明所述的溫度調(diào)控器(18)、水容器溫度調(diào)控器(24)選擇市場(chǎng)上的定 型產(chǎn)品，要求溫度可控制范圍為0~120°C。
權(quán)利要求
1. 一種溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)，構(gòu)成該壓力室的頂蓋(4)與壓力室側(cè)壁(6)焊接；壓力室側(cè)壁(6)與壓力室底座(13)通過(guò)固定螺栓(11)連接，其間由O型橡膠圈(12)密封；軸向壓力桿(2)通過(guò)可止水的軸套(3)穿過(guò)頂蓋(4)的中央處與試樣帽(5)相接觸；試樣(7)置于壓力室內(nèi)的壓力室底座(13)中央處的透水石(10)上，并與試樣(7)頂部的透水石以及試樣帽(5)相接；試樣(7)周邊包裹有不透水的橡皮膜(9)；排水管(17)的兩端分別與試樣帽(5)的頂部和壓力室底座(13)上的試樣排水孔(16)的進(jìn)口連接；試樣排水孔(16)的出口通過(guò)接頭與試樣排水管(25)連接；孔隙水壓力量測(cè)孔(15)的出口通過(guò)接頭與孔隙水壓力量測(cè)管(26)連接；周圍壓力連接孔(14)通過(guò)接頭與周圍壓力連接管(27)連接；試樣排水管(25)與體變管連接；孔隙水壓力量測(cè)管(26)與孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)連接；周圍壓力連接管(27)與穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)連接。其特征是壓力室側(cè)壁(6)為由不銹鋼制作的空腔式結(jié)構(gòu)，壓力室筒狀電熱板(8)嵌入壓力室側(cè)壁(6)內(nèi)，其電阻絲的兩端與溫度調(diào)控器(18)連接；壓力室電熱偶(1)安裝在頂蓋(4)上，其一端置于充滿水的壓力室內(nèi)，輸出端與溫度調(diào)控器(18)連接；試樣排水管(25)、孔隙水壓力量測(cè)管(26)、周圍壓力連接管(27)均采用不銹鋼材料制作，中間段均為螺旋狀結(jié)構(gòu)，螺旋狀段置入一個(gè)溫度恒定水容器中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)，其特征是溫度恒定水容 器包括焊接在水容器底座(21)上的水容器側(cè)壁(19);水容器電熱板(20)嵌 入空腔式結(jié)構(gòu)的水容器側(cè)壁(19)內(nèi)；水容器電熱板(20)電阻絲的兩端與水容器溫度調(diào)控器(24)連接；溫度恒定水容器內(nèi)充滿水，水容器電熱偶(22) 固定在水容器側(cè)壁(19)頂部的支架(23)上，水容器電熱偶(22) —端插入 溫度恒定容器內(nèi)的水中，輸出端與水容器溫度調(diào)控器(24)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)，其特征是，壓力室內(nèi)溫度 控制在20~100 °C變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)，其特征是，溫度恒定水容 器內(nèi)溫度控制在20 50°C。
全文摘要
一種用于飽和土圓柱形試樣熱固結(jié)試驗(yàn)的溫控固結(jié)壓力室系統(tǒng)。溫控固結(jié)壓力室的側(cè)壁(6)是由不銹鋼制作的空腔式結(jié)構(gòu)，壓力室筒狀電熱板(8)嵌入壓力室側(cè)壁內(nèi)，壓力室筒狀電熱板的電阻絲的兩端與溫度調(diào)控器(18)連接。壓力室電熱偶(1)安裝在壓力室頂蓋上，其一端置于充滿水的壓力室內(nèi)，輸出端與溫度調(diào)控器連接。試樣排水管、孔隙水壓力量測(cè)管、周圍壓力連接管均采用不銹鋼材料制作，中間段為螺旋狀結(jié)構(gòu)，螺旋狀結(jié)構(gòu)置入溫度恒定水容器中。從溫度恒定水容器中引出的試樣排水管與體變管連接，孔隙水壓力量測(cè)管與孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)連接，周圍壓力連接管與穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)連接。它能夠滿足變化溫度荷載作用下飽和土試樣熱固結(jié)試驗(yàn)的需要，能夠用來(lái)準(zhǔn)確測(cè)定飽和土試樣的熱固結(jié)變形量。
文檔編號(hào)G01N33/24GK101430318SQ20081023951
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者冰 白, 秦建香 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué);溧陽(yáng)市永昌工程實(shí)驗(yàn)儀器有限公司