[发明专利]一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法

说明书

本发明实现了一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法，包括：改装后的三轴压力室、可以内部加热的试样筒体、温度控制器和超声波处理器，试样筒体周围包裹有一层橡皮膜，试样土体内部嵌有一个小型加热颗粒，加热颗粒通过细导线穿过透水石和试样帽与压力室顶盖上部的温度传感器相连接，两片弧形加热板对称包覆在压力室侧壁的内侧，中间充填隔热石棉，温度传感器一端穿过压力室筒体内，一端通过导线与温度控制器相连，超声波处理器由压力室侧壁两侧的超声波发射装置、接收装置和超声波处理装置组成。该试验方法可以快速对土体加热，使得土体外部加热温度均匀、内部局部受热，实现环境温度对土体位移和温度的影响性分析。

技术领域

本发明涉及饱和土与温度有关的试验，特别是不同饱和土体内部加热的热固结试验，属于土工试验技术领域。

背景技术

温度对于岩土体各向介质的力学性质研究是一直以来岩土工程领域的热门课题。热能在岩土体中的扩散和传导及其对土体变形和强度的影响受到岩土领域各个学者的关注和重视。在地热源的存储和开发，高放射性核废料的处置，地下供热管道的埋设以及在季节昼夜温差等条件下导致的土体变形和稳定等等工程问题方面都成为大家研究的重要方向。因此对于土体不同温度下的试验研究显得尤为重要。国内外已有很多学者研制出了温控试验装置，分别都开展了相应的关于温度效应的固结和三轴试验，也取得了一些重要成果。目前国内外温控土工试验仪的加热方式主要有三种：

其一，将压力室置于恒温箱内模式。该模式不需要改装试验装置，而只要将仪器置于一个高温环境中来达到试验所要求的温度，缺点是对仪器的耐高温要求高，建立温控实验室成本大，试验环境较差。

其二，压力室内加热模式。通过加热线圈，加热棒，加热管或加热板对液体直接加热，可以较好的达到试验温度要求，缺点是高围压下很难实现液体的均匀加热，导致试样温度不均。

其三，压力室外加热模式。在压力室内缠绕线圈，通过加热线圈对室内液体加热。由于通过外罩间接给液体加热，使试样受热均匀，缺点是所需达到的目标温度时间较长。

由此可见三类加热方法都有一些不足之处，对于研究深层土体一热源对土体的影响，其温度对于周围环境的作用也是局部的，温度也会因为距离热源的远近呈现不同的变化，因此该方向的试验研究采用室内加热模式更加合理，另外在此提出一种土体内部直接加热的方法，使得土体内部某点受到的温度更加类似于一热源对土体的作用。此方法可实现内部热源局部加热、外部土体均匀受热及同时实现外部土体均匀加热与内部土体局部受加热三种控制方式。

发明内容

本发明所要解决的问题就是提供一种给试样外部受热均匀，内部局部加热，加热时间短且操作方便，可实现快速、分段、分级变温的实时精确控制的热固结试验方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种饱和土内部加热的热固结试验仪及其试验方法，包括：用于承放试样的压力室、用于加热的两片横截面承半圆形的弧形板式加热器、小型的方形加热颗粒、温度控制器和超声波处理器，所述的压力室包括压力室筒体，所述的压力室筒体上部为焊接的压力室顶盖，所述的压力室筒体下部为由螺栓连接的底座，所述的压力室顶盖中部设置有压力杆，所述的压力杆上端与外部电机连接，下端与所述的试样腔相接，所述的试样腔上下端都设置有透水石，所述的试样腔内置有一小型加热颗粒，所述的加热颗粒通过细导线与所述的压力室顶盖上部的温度传感器相接，所述的两片弧形加热板对称包覆在压力室筒体的内壁，所述的温度传感器一端穿过压力室筒体内，一端通过导线与所述的温度控制器相连，所述的超声波处理器是由压力室侧壁两侧的超声波发射装置、接收装置和超声波处理装置组成。

所述的压力室顶盖上部设置有进水口，所述的进水口与外部的进水管相连接，所述的试样帽上设置有上排水孔与上排水管相接，所述的上排水管穿过底座，所述的底座设置有周围压力连接管和下排水管，所述的周围压力连接管设置有周围压力连接孔，所述的下排水管设置有孔隙水压力传感器，所述的进水管和排水管位于压力室内的部分采用黄铜制成。