[发明专利]一种无粘性土冻结制样设备

说明书

本发明公开了一种无粘性土冻结制样设备，包括：制样室组件、控温室组件、轴向传动组件、低温循环浴及信号采集监控组件以及抽真空组件；制样室组件内部为制样室，用于盛放试样及对试样滤水；控温室组件用于低温冷冻试样，制样室组件位于控温室组件内部；轴向传动组件用于试验结束后顶出试样；低温循环浴及信号采集监控组件用于采集试验及监控数据；抽真空组件用于对控温室组件内部抽真空。本发明的制样设备可用于直接制备砾石、砂砾土、砂土、粉土等多种无粘性土的饱和重塑试样，制样过程简单易行，整个设备可操作性强，提高了制样效率，节约时间。

技术领域

本发明属于岩土工程试验领域，更具体地，涉及一种实心圆柱无粘性土冻结制样设备及该设备的使用方法。

背景技术

室内静动三轴仪可以独立控制的动态围压和动态轴向力，能模拟工程中遇到的大多数应力路径，是研究土体在各种应力条件下力学性质的必要设备，室内共振柱可以测量土体各个应变量级下模量与阻尼。对无粘性土的各应变水平下静态和动态的力学特性进行研究，其中很重要的一个环节就是室内试验的试样制备问题。

试样的制备方法对试验结果有着决定性的影响。最初，室内对自然沉积土的试验都是用原状样。然而对于细颗粒土，很难获得原状样，因为它们很容易被扰动且基本难以恢复。一种有效地获得原状样的方法是冻结取样，但是这种方法耗费很高，且适用范围很小。另一种方法就是将凝胶或类似胶凝的材料注入土壤中使其固化并取样，然后在实验室中将凝胶在受控条件下移除。但是，对于渗透性较差的土该方法是很不适用的，整个过程承受着较高的扰动风险。在实验室中制备试样最常见的方法就是重塑土样，常见的重塑制样的方法包括：砂雨法，湿装法，水沉法和泥浆固结法等。然而上述的制样方法很难制备松散状态的试样，且很容易对试样产生二次扰动，从而使得制备试样的密实状态改变，同时，制备的试样都为非饱和样，试样的均匀性难以保证。冻结制样法可以制备各种密实状态的饱和试样，但现有冻结制样方法仅仅是将无粘性土先装入标准的饱和器中，然后真空饱和，饱和完成后的试样连同饱和器一起放置于冰箱中冻结，直至冻结完成。此冻结制样方法虽可以制备松散状态的试样，但对试样产生多次扰动，且很难制备饱和样，同时，冻结完成的试样由于冰的胶结作用很难从饱和器中取出，从而形成不完整冻结试样。

因此，需要开发新的冻结制样设备与使用方法以保证试样的均匀性与完全饱和性，同时规范制样过程，减少制样的扰动，精准控制冻结制样温度和密实状态(即相对密度)。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无粘性土冻结制样设备，其目的在于，通过设计一种能够具有温度监测、能够抽真空及进行防冻填充的设备构造，实现制备各种密实状态的试样，尤其可制备松散状态的试样。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无粘性土冻结制样设备，包括：制样室组件、控温室组件、轴向传动组件、低温循环浴及信号采集监控组件，以及抽真空组件；

制样室组件为密封腔体构造，内部为制样室，制样室内设有过滤试样水分的透水石及滤纸；

控温室组件包括防冻液体、控温室上盖、控温室底座以及位于控温室上盖、控温室底座之间、互相密封连接的冷媒通道嵌入式控温室筒；制样室组件位于控温室组件内部且固定于控温室底座上；防冻液体用于试样真空排水后填充控温室组件的内部空间；

轴向传动组件包括温控室承台、轴向驱动器以及轴向传力杆；控温室底座固定于温控室承台上；轴向传力杆下端与轴向驱动器连接，上端穿过控温室底座插入制样室中，用于在轴向驱动器带动下顶起试样；

低温循环浴及信号采集监控组件包括：冷媒循环通道、冷媒进入管、冷媒排出管、温度传感器、轴向力传感器以及轴向位移传感器；冷媒循环通道嵌入于冷媒通道嵌入式控温室筒的侧壁内，两端分别连接冷媒进入管和冷媒排出管；温度传感器用于监测控温室组件的内腔温度；轴向力传感器、轴向位移传感器分别用于测量轴向传力杆的轴向力及轴向位移；

抽真空组件用于对控温室组件内部抽真空。