[发明专利]温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统及其操作方法

说明书

本发明公开了一种温度‑吸力‑渗透‑应力耦合多功能固结系统及其操作方法，它包括依次连接的固结装置(1)、数据采集装置(2)、压力控制装置(3)、温度控制及监测装置(4)、剪切波发送及接收装置(5)和计算机(6)，通过计算机(6)或者各个装置的控制面板可对本发明进行操作控制并实时记录试验数据。本发明所述的结构设计合理，操作简单，应用范围广，自动化程度高，可实现温度、吸力、渗透和应力任意耦合的土工试验研究，测量结果精度更高，工作效率更高，应用范围更加广泛。

技术领域

本发明涉及一种温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统及其操作方法，尤其涉及一种能够兼顾进行饱和土固结试验和非饱和土固结试验的多功能固结系统。

背景技术

在岩土工程中，岩土介质材料的固结、沉降特性对工程性状有着重要影响，其固结、沉降特性除受到介质自身的物理力学特性的影响外，还受到所处的多场环境条件(温度、渗透、应力状态、剪切波和化学条件等)的影响。在多场(温度、渗透、应力状态、剪切波和化学条件等)耦合作用下，岩土介质的孔隙分布、孔隙溶液组成、孔隙压力及其颗粒间的相互作用均发生变化，进而影响了岩土工程中介质材料的结构、强度、变形和渗透特性，这对于研究岩土介质材料的固结沉降特性有着决定性的作用。故研究具备进行多场耦合作用的标准固结系统，对于工程建设以及科学研究具有重要的作用。

室内土工试验中，对土体固结沉降特性的研究多采用固结仪、压力板仪和液压固结仪，轴向加载系统主要采用轴向电机加载、轴向气缸加载和轴向液压加载。通常，轴向电机加载易受到土体非线性的影响，难以施加恒定的固结压力，轴向气缸加载则受到所提供气压的影响，不能施加高压，且轴向电机加载和轴向气压加载都涉及到加载活塞密封性、密封圈与侧壁摩擦力难以克服等问题，当进行回弹试验时，摩擦力较大，影响试验控制的准确性，而液压加载主要是通过柔性滚动隔膜进行加载，由于液体对柔性滚动隔膜的压力作用，柔性滚动隔膜易发生膨胀变形，变形后的柔性滚动隔膜与压力室侧壁易产生较大的摩擦力，特别是在高温条件下，柔性滚动隔膜受热膨胀，摩擦力将继续增大，无法精确地进行各类固结试验，导致得到的试验结果精确度较低。并且，固结仪、压力板仪和液压固结仪不能有效地进行多场耦合条件下的标准固结试验，无法测得多场条件下土体的物理力学特性，工作效率低，测量的成本高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是：克服现有试验仪器存在的弊端，提供一种温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，该多功能固结系统能够实现多场条件下耦合问题的研究，大大提高工作效率，降低测量成本。并能够有效地降低高温条件下无摩擦隔膜膨胀变形后与不锈钢筒间的摩擦力，测量结果更加精确。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，它包括依次连接的固结装置、数据采集装置、压力控制装置、温度控制及监测装置、剪切波发送及接收装置和计算机。其中固结装置、数据采集装置、压力控制装置、温度控制及监测装置、剪切波发送及接收装置和计算机相互之间可以通过通讯协议(如RS232、TCP/IP、CAN等)进行通信连接。

作为优选方案，以上所述的温度-吸力-渗透-应力耦合多功能固结系统，所述的固结装置包括上盖、有机玻璃筒壁、底座、支撑轴、上导向座、中心杆、连接帽、竖向孔压传感器、下导向座、无摩擦隔膜、内环、外环、不锈钢筒、侧向孔压传感器、环形透水石和陶土板；

所述的有机玻璃筒壁固定连接在上盖和底座之间，不锈钢筒位于有机玻璃筒壁的内部，不锈钢筒固定连接在上盖和底座之间；所述的不锈钢筒与有机玻璃筒壁、上盖和底座形成外部腔体；

无摩擦隔膜上端固定在上盖与不锈钢筒的连接处，无摩擦隔膜位于不锈钢筒的内部，无摩擦隔膜与上盖形成密封腔体；

中心杆通过上导向座和下导向座固定在上盖的中心位置，且中心杆的顶部固定有连接帽，中心杆下部与无摩擦隔膜的底部中心相连接；

所述的中心杆为贯通的中空结构，内部设有第一通道；