[发明专利]多级式温控非饱和蠕变仪

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程试验研究领域，具体涉及一种土工试验仪器，特别涉及一种多级式温控非饱和蠕变仪。

背景技术

非饱和土力学的发展对传统土工试验仪器提出了更高、更精密的要求。现有非饱和土工试验仪主要通过对传统土工试验仪器的改装而成，如非饱和固结仪、非饱和直剪仪和非饱和三轴仪等。考虑到蠕变试验的加载特点，饱和土的一维蠕变试验一般在传统固结仪上完成。因此，非饱和土的蠕变试验亦可采用非饱和固结仪完成。根据陈正汉等（2004），国内现有非饱和固结仪主要包括以下几个部件：台架、试样盒、气压室、加载系统、排水系统、变形量测系统、孔压与荷载量测系统等。该仪器部件多，操作较复杂，且试验过程中竖向压力和吸力的控制范围有限；此外，仪器未设置温度控制装置，不能进行温控条件下的蠕变试验。因此，对于需要在温度控制条件下进行高固结压力、高吸力的蠕变试验来说，则无能为力。例如，为模拟高放废物深地质处置库中的缓冲/回填材料——高压实膨润土在处置库环境中的长期热-水-力耦合特性，需要开展温控条件下，高压和高吸力情况下的蠕变试验，采用现有非饱和固结仪则无法进行研究。更为重要的是，对于非饱和蠕变试验而言，由于吸力平衡和蠕变均需要较长时间，因此试验周期非常漫长。而传统固结仪一台仪器一次只能开展一个蠕变试验，这势必会增加整个蠕变试验的周期，降低试验效率和增大试验成本，严重制约了非饱和蠕变理论的发展。为此，设计一种同时可以进行多个蠕变试验的多级式温控高压蠕变仪对于非饱和土力学的发展和完善具有重要意义。（陈正汉，扈胜霞，孙树芳等.非饱和土固结仪和直剪仪的研制及应用[J].岩土工程学报，2004，26（2）：161-162.）

发明内容

针对现有技术中蠕变试验竖向压力和吸力控制范围有限，不能控温及试验周期长等缺陷，本发明的目的是提供一种多级式温控非饱和蠕变仪，用于对温控条件下，高吸力和高蠕变压力情况下的岩土材料一维蠕变特性进行试验研究。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种多级式温控非饱和蠕变仪，该蠕变仪包括压力室、吸力控制装置、温度控制箱、压力传递装置、加载装置和量测装置；压力室固设于温度控制箱内；吸力控制装置置于温度控制箱外，温度控制箱置于加载装置下端刚性平台上，压力传递装置置于各压力室之间，加载装置置于温度控制箱外，量测装置顶端固设于轴向传力杆上，底端置于压力室下平板上。

所述的压力室包括底座、螺栓、试样环、钢罩、密封圈、上透水石、下透水石、活塞、顶盖、导管和轴向传力杆；

底座通过螺栓与顶盖相连；螺栓固设于底座和顶盖之间；试样环位于底座上，钢罩底部罩在试样环上用于固定试样环和活塞，钢罩顶部设有环形密封槽，密封圈放置于环形密封槽内，用来密封钢罩与顶盖的缝隙；试样、上透水石和活塞位于试样环内，下透水石位于环形排水槽上及试样的底端，上透水石位于试样的上端；活塞置于上透水石上方；活塞设有贯穿孔，侧壁设有密封圈以密封其与试样环之间的缝隙；顶盖置于钢罩上，通过螺栓与底座固定；顶盖中间设有大孔供轴向传力杆穿过，顶盖中间对称设有两个贯穿小孔供导管贯穿；导管一端与活塞的贯穿孔连通，另一端通过顶盖两端设置的贯穿孔并与吸力控制装置连接；轴向传力杆穿过顶盖中间大孔与活塞连接。

所述的底座侧壁分别设有底座侧壁进气孔和底座侧壁出气孔，用于连接吸力控制装置，底座顶部中间设有环形密封槽和环形排水槽；环形密封槽设于环形排水槽外部，环形排水槽底部边缘处设环形排水槽进气孔，底部中央设环形排水槽出气孔，分别与底座侧壁进气孔和底座侧壁出气孔连通，环形排水槽顶部放置下透水石，环形密封槽放置密封圈以实现底座与钢罩之间的密封；螺栓孔设于环形密封槽外部，四个螺栓孔均匀分布于底座的外侧，螺栓穿过螺栓孔连接底座和顶盖。

所述的吸力控制装置包括气体循环泵、饱和盐溶液瓶和过滤装置，气体循环泵排气端通过导管连接饱和盐溶液瓶的进气端，饱和盐溶液瓶的出气端与过滤装置的进气端相连，过滤装置的出气端与压力室一侧的导管和底座侧壁进气孔相连，压力室另一侧的导管和底座侧壁出气孔与气体循环泵的吸气端连接。

所述的温度控制箱包括保温箱、通线孔、循环风扇、基座和下压板；通线孔固设于保温箱侧壁底端侧壁，循环风扇位于保温箱底部边缘位置，基座位于保温箱底部，下压板位于保温箱下方，基座穿过保温箱底部与下压板连接。

所述的压力传递装置包括竖直圆柱、滚珠导套和平衡板；竖直圆柱位于基座上，竖直圆柱有三个，竖直放置，呈三角分布，滚珠导套位于竖直圆柱上与竖直圆柱活动连接，平衡板设有多层，位于三根竖直圆柱之间，通过滚珠导套与竖直圆柱连接。