一種基于內(nèi)外聯(lián)合加熱的巖土體動/靜力三軸溫控試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于土工試驗技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及適用于不同溫度下軟黏土、黏土、砂性土及巖體等的基于內(nèi)外聯(lián)合加熱的巖土體動/靜力三軸溫控試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在核廢料處理、地?zé)衢_采、熱管線埋設(shè)和公共交通系統(tǒng)等諸多工程建設(shè)領(lǐng)域以及城市熱島效應(yīng)和廣大范圍的季節(jié)性冰凍區(qū)域中，溫度對土體力學(xué)性質(zhì)的影響受到越來越多的關(guān)注，開展不同溫度荷載下土的動/靜力特性試驗研宄顯得尤為重要。國內(nèi)外已有溫控土工試驗裝置的研制主要基于固結(jié)儀或靜三軸儀，并通過開展應(yīng)用試驗，取得了大量熱固結(jié)、變形及強(qiáng)度等方面的成果。目前，國內(nèi)外已有的溫控試驗裝置對室內(nèi)試樣進(jìn)行加熱的方式主要有3種:
[0003](I)將壓力室置于溫控設(shè)施內(nèi)模式，通過溫控設(shè)備使儀器置于一個高溫環(huán)境，實現(xiàn)試驗要求的溫度。盡管該類裝置省去了儀器的研制過程，但建立溫控實驗室費用較高，試驗環(huán)境較差，對儀器各元件耐高溫要求高；
[0004](2)壓力室內(nèi)加熱模式，采用加熱線圈、加熱管、加熱棒、加熱板對流體加熱，該加熱方式直接對流體加熱，可以較好達(dá)到試驗溫度要求，但在高圍壓下不易對壓力室的液體均勻加熱，進(jìn)而使試樣溫度不均勻；
[0005](3)壓力室外加熱模式，在壓力室外纏繞線圈，通過加熱線圈對壓力室內(nèi)的流體加熱，由于需要通過外罩傳熱使壓力室內(nèi)液體的溫度升高，會使得試樣要達(dá)到試驗溫度要求的時間較長。
[0006]由于在不同溫度作用下巖土體的工程性質(zhì)會發(fā)生變化，加熱可致試樣內(nèi)孔隙水粘滯性減小，滲透系數(shù)增大，并可誘致孔隙水和土顆粒的熱膨脹而使土樣有體積增大的趨勢，在試驗過程中需要考慮溫度的影響，且現(xiàn)有溫控試驗裝置的三種加熱方式均有不足之處。為此，提出一種內(nèi)、外聯(lián)合加熱的溫控壓力室試驗系統(tǒng)，以使溫控試驗中試樣的受熱更為均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種試樣加熱溫度均勻、加熱時間短且費用低，可實現(xiàn)分段、分級、線性升溫及降溫，并能夠?qū)毫κ覂?nèi)的溫度進(jìn)行精確控制的基于內(nèi)外聯(lián)合加熱的巖土體動/靜力三軸溫控試驗裝置。
[0008]本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種基于內(nèi)外聯(lián)合加熱的巖土體動/靜力三軸溫控試驗裝置，包括:用于承放試樣的三軸壓力室、用于加熱試樣的兩片橫截面呈半圓形的弧形板式加熱器、溫度傳感器以及溫度控制器，所述的三軸壓力室包括壓力室筒體，所述的壓力室筒體的上端開口密封設(shè)置有壓力室上蓋，所述的壓力室筒體的底部設(shè)置有底盤，所述的壓力室筒體內(nèi)的底部中央縱向設(shè)置有活塞桿，所述的壓力室筒體內(nèi)位于所述的活塞桿的上方縱向設(shè)置有上傳力桿，所述的上傳力桿穿過所述的壓力室上蓋的中央與外部電機(jī)連接，所述的上傳力桿的下端與所述的活塞桿上端之間放置有試樣，兩片所述的弧形板式加熱器對稱包覆在所述的壓力室筒體的外壁，所述的壓力室筒體的外壁通過導(dǎo)線與所述的溫度控制器連接，所述的溫度傳感器一端穿過所述的壓力室上蓋進(jìn)入所述的壓力室筒體內(nèi)且其另一端通過導(dǎo)線與所述的溫度控制器連接。
[0009]所述的上傳力桿的下端面與所述的試樣的上端面之間以及所述的試樣的下端面與所述的活塞桿的上端面之間分別設(shè)置有試樣帽，所述的試樣帽與所述的試樣之間設(shè)置有透水石。
[0010]所述的壓力室上蓋上設(shè)置有排水孔，所述的底盤上設(shè)置有壓力室進(jìn)水管和壓力室出水管，所述的上傳力桿與所述的試樣的上端面之間的透水石上設(shè)置有上排水管，所述的試樣的下端面與所述的活塞桿之間的透水石上設(shè)置有下排水管，所述的下排水管上設(shè)置有孔壓傳感器。
[0011]兩片所述的弧形板式加熱器通過四個扣件扣緊連接?；⌒伟迨郊訜崞鞑捎梅煮w結(jié)構(gòu)，由兩半組成，便于拆卸，在不需要進(jìn)行溫控時，可卸除。
[0012]所述的弧形板式加熱器由內(nèi)到外依次設(shè)置有加熱板、隔熱石棉和不銹鋼圍板，所述的加熱板緊貼在所述的壓力室筒體的外壁且所述的加熱板通過導(dǎo)線與所述的溫度控制器連接。隔熱石棉可以將加熱板與空氣隔絕，有效防止溫度散失。
[0013]所述的壓力室上蓋的上表面以及所述的上傳力桿位于所述的壓力室筒體外部的外壁上包覆有橡膠材料。壓力室上蓋和上傳力桿表面采用橡膠材料進(jìn)行隔熱，減小熱量從上部散失。
[0014]所述的試樣的外周套設(shè)有乳膠膜，所述的壓力室上蓋、所述的壓力室筒體、所述的底盤、所述的活塞桿、所述的上傳力桿、所述的試樣帽均為鋼質(zhì)材料。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:本實用新型公開了一種基于內(nèi)外聯(lián)合加熱的巖土體動/靜力三軸溫控試驗裝置，該裝置的兩片弧形板式加熱器由四個扣件扣緊，并緊貼壓力室筒體外壁，再通過導(dǎo)線連接到溫度控制器上，實現(xiàn)對壓力室筒體加熱，再由壓力室筒體對室內(nèi)流體加熱，為外加熱。在對壓力室筒體加熱時，可將熱傳遞到壓力室上蓋、底盤、活塞桿、上傳力桿、上下試樣帽、室內(nèi)水、透水石及土樣，一方面上傳力桿和試樣帽對室內(nèi)流體內(nèi)加熱，另一方面還可直接對試樣兩端面直接加熱，從而實現(xiàn)內(nèi)、外聯(lián)合的加熱模式。溫度控制器具有程序運行功能，可實現(xiàn)分段、分級、線性升溫及降溫，同時可實時反映壓力室外壁溫度，并進(jìn)行精確控制。溫度傳感器由導(dǎo)線與溫度控制器連接，可實時監(jiān)測室內(nèi)流體溫度。當(dāng)溫度控制器上顯示由溫度傳感器測定的室內(nèi)液體溫度與壓力室筒體外壁溫度相等時，表明達(dá)到試驗?zāi)繕?biāo)溫度，隨后加熱器可自行調(diào)節(jié)維持恒定溫度，可適用于用于動/靜三軸儀上實現(xiàn)不同溫度條件下巖土體的動/靜力試驗的溫度控制作用，優(yōu)點如下:
[0016](I)本溫控試驗系統(tǒng)可與試驗主機(jī)完全分離，弧形板式加熱器由兩半組成，易于裝卸，在不需要進(jìn)行溫控時，可卸除溫控系統(tǒng)；
[0017](2)本試驗方法中，溫度控制器具有程序運行功能，可實現(xiàn)分段、分級、線性升溫及降溫，并能夠?qū)毫κ覂?nèi)的溫度進(jìn)行精確控制；
[0018](3)本試驗方法采用內(nèi)、外結(jié)合的加熱模式，有效保證了試樣溫度的均勻性，并且加熱板外設(shè)置有隔熱石棉，壓力室上蓋和上傳力桿表面覆蓋有隔熱橡膠，可有效防止熱量的散失。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型巖土體動/靜力三軸溫控試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；1_排水孔；2-壓力室上蓋；3_壓力室筒體；4_加熱板；5_隔熱石棉；6_不銹鋼圍板；7_試樣帽；8_活塞桿；9_底盤；10_上排水管；11_壓力室進(jìn)水管；12_壓力室出水管；13_下排水管；14_孔壓傳感器；15_試樣；16_透水石；17_乳膠膜；18_上傳力桿；19_溫度傳感器；20_橡膠材料；21_溫度控制器；
[0020]圖2為本實用新型巖土體動/靜力三軸溫控試驗裝置的加熱原理圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
具體實施例
[0022]—種基于內(nèi)外聯(lián)合加熱的巖土體動/靜力三軸溫控試驗裝置，主要用于動/靜三軸儀上實現(xiàn)不同溫度條件下巖土體的動/靜力試驗的溫度控制作用，為獲得不同溫度下土的力學(xué)特性試驗指標(biāo)提供技術(shù)保障，其包括用于承放試樣15的三軸壓力室、用于加熱試樣的兩片橫截面呈半圓形的弧形板式加熱器、溫度傳感器19以及溫度控制器21，該三軸壓力室包括壓力室筒體3，壓力室筒體3的上端開口密封設(shè)置有壓力室上蓋2，壓力室筒體3的底部設(shè)置有底盤9，壓力室筒體3內(nèi)的底部中央縱向設(shè)