[发明专利]一种温控模型试验装置

说明书

本发明公开了一种温控模型试验装置，包括加热机构和加压机构，加热机构包括金属制成的加热桶、水循环加热器和盖板，加热桶的周壁上设置有密闭的环形加热腔，加热桶的周壁上分别开设有进水口和出水口，进水口与水循环加热器的出水端相连通，出水口与水循环加热器的进水端相连通，加热桶内填装软土后，在软土上铺设通水或隔水的过渡层，在过渡层上放置盖板，盖板上开设有多个导水孔，盖板的两侧分别安装有沉降计，加压机构位于盖板的正上方。通过该试验装置可精确控制加热桶内软土地基的温度，完成特定温度下及不同温度下的土样固结试验，真实模拟土体在外加热源下的特性，合理、可靠的分析软土地基的温度、孔压、沉降的发展变化规律。

技术领域

本发明涉及一种土体试验装置，具体是一种温控模型试验装置。

背景技术

我国沿海地区(例如地处东南沿海的宁波市)以及许多内陆城市的地下广泛分布着深厚的软土层。软土的突出特点是压缩性大、渗透性低，由此引发的长期沉降问题是理论界与工程界均十分关注且富有挑战性的课题。温度是自然界中的一个基本物理量，研究不同温度下材料的物理力学特性是当今材料学科的一个重要研究方向，温度荷载对软土和软土地基力学特性的影响也已成为近年来岩土工程领域中的一个重要课题。因此，研究加热后的软土特性和软土地基压缩特性变得尤为重要。

通过查阅国内外已有文献，发现土工试验仪可完成对土样的温控及加热，其加热方式主要有以下三种。

(1)压力室置于恒温箱(室)内的加热模式。该加热模式不需要对常规试验装置改进，而是通过将试验仪置于一个高温环境下以实现试验温度要求。尽管这种加热模式省去了仪器研制过程，但需建立温控实验室，而建立温控实验室的费用较高，试验环境较差，对仪器各元件耐高温要求高。

(2)压力室内加热模式。这种加热模式采用加热线圈、加热管、加热棒、加热板对流体直接加热，可以较好地达到试验温度要求，但在高围压下不易对压力室液体均匀加热，易导致土样温度不均。

(3)压力室外加热模式。在压力室外缠绕线圈，通过加热线圈对压力室内的流体加热。例如，由于需要通过外罩传热，使压力室内液体的温度升高，但是土样达到目标温度所需时间较长。

需要说明的是，传统的软土固结仪和近些年来设计开发的温控软土固结仪，只能研究单元体土样在室温和一定温度下的固结压缩特性。在实际的状态下，地基土体尺寸大，温度多变；在不同尺寸和不同的温度条件下，软土和软土地基很有可能呈现出不同的性质，而已有的软土固结仪无法模拟软土地基在不同温度条件下的真实压缩特性。

CN104502562A公开了一种竖井排水固结软基处理模型试验装置及试验方法，特点是模型试验箱的箱体内设置排水竖井，箱体与竖井之间填筑有软土地基，软土地基内设置有孔压-温度一体式传感器，软土地基上设有水平砂垫层、钢板和沉降计，传力杆固定设置在钢板上，千斤顶下端与传力杆连接且其上端与加载杠杆活动连接，加载杠杆一端与反力架铰接且其另一端设置有挂钩，其试验方法是将先把PVC管及U型导热管固定于模型试验箱内，填筑软粘土，埋设孔压、温度传感器，开启电脑式水循环加热器，利用U型导热管内热水对土样行加热并分级加载，测定试验过程中的温度、孔隙水压力和地表沉降数据，优点是能合理、可靠的分析竖井地基的温度、孔压、沉降的发展变化规律。该试验装置及试验方法虽然考虑温度变化、土体尺寸等因素，但其采用的U型管加热方式无法提供大面积均匀加热，达不到土体均匀受热的目的，从而对土体加热后的性质无法进行全面、深入了解。另外，在软土地基土中插入一个金属管，对地基本身的固结压缩特性会产生影响，因此无法全面、深入、可靠地了解软土地基在耦合温度后的固结压缩特性。由此，研发一款操作简单、适用性强、干扰因素小、能使土体在短时间内达到均匀受热目的的温控模型试验装置变得尤为重要。

发明内容