专利名称：控温控吸高压固结仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及岩土工程领域的一种新型土工试验装置，具体为一种控温控吸高压固结仪。
背景技术：
固结仪是一种常用的土工试验装置，主要用于研究土体的膨胀性、压缩性等体变特征。目前常规的固结仪只能在室温条件下简单模拟饱和土的工况条件，不能控制吸力，所能施加轴向应力较小。事实表明，工程的许多土体均处于非饱和状态，其工程性质主要受吸力的制约，尤其在高放射性核废料地质处置库或垃圾填埋场中，作为缓冲材料的压实膨润土材料长期处于变化的温度、吸力和应力环境中，采用常规的固结仪无法对这种复杂边界条件进行模拟。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是，克服常规固结仪的上述不足，提供一种结构简单、 操作方便的控温控吸高压固结仪，可用于研究不同温度和吸力条件下非饱和土的压缩性及胀缩性。本发明的实现技术方案是一种控温控吸高压固结仪，包括压力腔室、控温水槽、 温度控制装置和吸力控制装置；压力腔室置于控温水槽中，并与吸力控制装置相连；压力腔室包括底座、试样室、环形盖板、活塞及橡皮膜，环形盖板置于试样室之上，通过紧固件将底座和试样室固定；底座两侧开设有孔，与吸力控制装置相连，底座上表面开设有圆形斜壁凹槽，便于压力腔室自动嵌入、对中和稳定，在圆形斜壁凹槽底面上以中心点为圆心开设有两道环形槽，用于安装两重0型密封圈，底座的中间固定有透水石，透水石上表面与圆形斜壁凹槽底面平齐；试样室为环形中空结构，置于底座之上，试样室下端嵌入底座上表面开设的圆形斜壁凹槽中；活塞嵌于试样室中，下端与试样顶面的透水石接触；橡皮膜套于试样室和活塞外部；吸力控制装置包括空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器，空气循环泵、 饱和盐溶液容器和过渡容器通过导管依此串联，空气循环泵和过渡容器的一端分别与压力腔室底座两侧孔口相连，形成密闭空气循环回路。温度控制装置连接控温水槽，包括热电偶温度传感器、加热器、温度控制器和水循环泵，热电偶温度传感器、加热器和水循环泵均置于控温水槽中，热电偶温度传感器和加热器通过导线与温度控制器相连。本发明有益效果是与常规固结仪相比，采用水浴控温方式，实现了压力腔室内部的温度控制，模拟试样在不同工况条件下的温度边界条件；采用蒸汽平衡技术，并实现了试样吸力控制，模拟试样在不同工况条件下干湿边界条件；采用刚度大的不锈钢制作压力腔室，实现了最高40MP的高压力控制；本发明可模拟复杂温度、吸力和应力边界条件下的非饱和土力学试验，研究土体的热-水-力耦合特性；本发明涉及的装置结构简单，操作简便， 安装测试十分便捷，成本低，实用性强。
图1是本发明控温控吸高压固结仪示意图。图2是本发明压力腔室示意图。图3是本发明温度控制装置示意图。图4是本发明吸力控制装置示意图。
具体实施方案参考图1-4，本发明控温控吸高压固结仪，包括压力腔室1、温度控制装置2和吸力控制装置3。压力腔室1与吸力控制装置3相连，压力腔室1置于温度控制装置2的控温水槽16中。压力腔室1组合实施参考图1和图2，压力腔室1包括底座4、试样室8、环形盖板6、活塞11及橡皮膜10。在底座4中间凹槽中固定透水石12，透水石高度为5-10mm，直径为39. 1或50mm ；在底座4上表面的环形凹槽中放入0型密封圈；将试样室8嵌入底座4 上表面开设的圆形斜壁凹槽中；将环形盖板6套在试样室8外边，通过螺栓7将试样室8和底座4固定在一起；在试样室8的内腔中导入定量的土样，通过活塞11压实到设计干密度和高度，形成试样13 ；在试样13和活塞11之间置入透水石12 ；在试样室8和活塞11的上部套入橡皮膜10，通过0型圈9固定，对压力室8内腔进行密封；将整个压力腔室1置入控温装置2的控温水槽16中进行温度控制。温度控制实施参考图1和图3，温度控制装置2包括控温水槽16、热电偶温度传感器19、加热器17、温度控制器18和水循环泵15。在控温水槽中加入适量的自来水，控温水槽采用隔热性能良好的泡沫材料制作；将热电偶温度传感器19、加热器17和水循环泵15 没于水中，热电偶温度传感器19用于测量水浴温度，加热器17用于加热水�。繁�15 用于循环水浴内水体，使水浴内温度分布均勻；热电偶温度传感器19和加热器17通过导线与温度控制器18相连，控制水浴温度和试样13的温度，控温范围为室温_90°C，精度为士0. 5°C。吸力控制实施参考图1和图4，吸力控制装置3包括空气循环泵20、饱和盐溶液容器21和过渡容器22。采用导管23将空气循环泵20的出气口、饱和盐溶液容器21和过渡容器22通过依此串联；将过渡容器22的出气口通过导管与压力腔室1底座4侧边的孔口 5相连；将空气循环泵20的进气口通过导管与压力腔室1底座4另一端孔口相连，形成密闭的空气循环回路；空气循环泵20用于加速系统内具备一定相对湿度气体的循环，缩短试样13与目标控制吸力的平衡时间；根据目标吸力控制值，在饱和盐溶液容器21中装入相应的过饱和的盐溶液，通过控制系统内的空气相对湿度控制试样13的吸力，吸力控制范围为l-300MPa ；过渡容器22为空瓶，防止循环过程中饱和盐溶液容器21中溶液进入试样13 中；开启空气循环泵20的电源，由饱和盐溶液控制的一定相对湿度的气体在系统内开始循环，通过压力腔室1的透水石12与试样13进行蒸汽交换最终达到平衡。
权利要求
1.一种控温控吸高压固结仪，其特征是包括压力腔室、控温水槽、温度控制装置和吸力控制装置；压力腔室置于控温水槽中，并与吸力控制装置相连；压力腔室包括底座、试样室、环形盖板、活塞及橡皮膜，环形盖板置于试样室之上，通过紧固件将底座和试样室固定； 底座两侧开设有孔，与吸力控制装置相连，底座上表面开设有圆形斜壁凹槽，便于压力腔室自动嵌入、对中和稳定，在圆形斜壁凹槽底面上以中心点为圆心开设有两道环形槽，用于安装两重0型密封圈，底座的中间固定有透水石，透水石上表面与圆形斜壁凹槽底面平齐；试样室为环形中空结构，置于底座之上，试样室下端嵌入底座上表面开设的圆形斜壁凹槽中； 活塞嵌于试样室中，下端与试样顶面的透水石接触；橡皮膜套于试样室和活塞外部；吸力控制装置包括空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器，空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器通过导管依此串联，空气循环泵和过渡容器的一端分别与压力腔室底座两侧孔口相连，形成密闭空气循环回路。
2.根据权利要求1所述的控温控吸高压固结仪，其特征是设有控制保温水槽温度控制装置，控制装置包括热电偶温度传感器、加热器、温度控制器和水循环泵，热电偶温度传感器、加热器和水循环泵均置于控温水槽中，热电偶温度传感器和加热器通过导线与温度控制器相连。
3.根据权利要求1所述的控温控吸高压固结仪，其特征是所述热电偶温度传感器、加热器和水循环泵均置于保温水槽中，热电偶温度传感器和加热器通过导线与温度控制器相连。
4.根据权利要求2所述的控温控吸高压固结仪，其特征是保温水槽是泡沫隔热材质。
全文摘要
控温控吸高压固结仪，包括压力腔室、控温水槽、温度控制装置和吸力控制装置；压力腔室置于控温水槽中，并与吸力控制装置相连；底座两侧开设有孔，与吸力控制装置相连，底座上表面开设有圆形斜壁凹槽，便于压力腔室自动嵌入、对中和稳定；试样室为环形中空结构，置于底座之上，试样室下端嵌入底座上表面开设的圆形斜壁凹槽中；活塞嵌于试样室中，下端与试样顶面的透水石接触；橡皮膜套于试样室和活塞外部；吸力控制装置包括空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器，空气循环泵、饱和盐溶液容器和过渡容器通过导管依此串联，空气循环泵和过渡容器的一端分别与压力腔室底座两侧孔口相连，形成密闭空气循环回路。
文档编号G01N25/00GK102495199SQ20111040783
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者唐朝生, 张政, 施斌, 顾凯 申请人:南京大学
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