[发明专利]干湿循环作用下电化学改良土体力学特性测试装置及方法

权利要求书

1.干湿循环作用下电化学改良土体力学特性测试装置，其特征在于，包括剪切系统、电解系统、干湿度控制系统、应力施加系统以及应力应变监测系统；

所述剪切系统包括底座(32)和设置在底座(32)上的钢制框架(3)，钢制框架(3)的顶部设置有一轴压加载板(33)，轴压加载板(33)通过轴压螺栓(17)与钢制框架(3)相连；底座(32)上设置有一圆柱形剪切盒(6)，剪切盒(6)的顶部设置有端盖，剪切盒(6)内设置有土样，所述剪切盒(6)包括上段剪切盒、中段剪切盒和下段剪切盒；上段剪切盒和下段剪切盒分别对应的通过第一刚性触手(20)和第二刚性触手(11)与钢制框架(3)固定连接，中段剪切盒与一变频电机(24)相连，实现往返剪切运动；

所述电解系统包括变压电源(13)、电解液循环端(12)、设置在土样上部的阳极电极(15)以及设置在土样下部的阴极电极(10)，阳极电极(15)与变压电源(13)正极相连，阴极电极(10)与变压电源(13)的负极相连；阳极电极(15)和阴极电极(10)均采用石墨材质，且阳极电极(15)和阴极电极(10)均为双层结构，阳极电极(15)的中间夹层内设置有阳极离子交换管(16)，阴极电极(10)的中间夹层内设置有阴极离子交换管(9)，阳极离子交换管(16)和阴极离子交换管(9)均与电解液循环端(12)相连，且阳极离子交换管(16)和阴极离子交换管(9)通过阳离子浓度测试管(8)相连，阳离子浓度测试管(8)为U型管，U型管内设置有半透膜，以判断电解的程度；

所述干湿度控制系统包括蒸汽加湿管(4)、涡轮加压装置(26)、热空气发生装置(27)、超声波蒸汽发生装置(28)以及加热线圈(31)和线圈温度数显控制装置(14)，所述蒸汽加湿管(4)设置在剪切盒(6)的轴心处，且在蒸汽加湿管(4)的侧壁上设置有多个加湿孔，蒸汽加湿管(4)通过蒸汽导管(19)与涡轮加压装置(26)相连，涡轮加压装置(26)与热空气发生装置(27)和超声波蒸汽发生装置(28)相连；所述加热线圈(31)设置在剪切盒(6)的底面上，加热线圈(31)与线圈温度数显控制装置(14)相连；

所述应力施加系统包括轴压加载板(33)、轴压螺栓(17)和弹簧组件(2)；所述弹簧组件(2)设置在轴压加载板(33)与剪切盒(6)之间，通过调节轴压螺栓(17)，实现弹簧组件(2)提供法向恒刚度加载；

所述应力应变系统包括压力数显装置(23)、第一压力传感器(18)、第二压力传感器以及第三压力传感器，第一压力传感器(18)、第二压力传感器以及第三压力传感器均与压力数显装置(23)相连，所述第一压力传感器(18)设置在弹簧组件(2)与剪切盒(6)之间，第二压力传感器设置在第一刚性触手(20)与钢制框架(3)之间，第三压力传感器设置在第二刚性触手(11)与钢制框架(3)之间。

2.根据权利要求1所述的干湿循环作用下电化学改良土体力学特性测试装置，其特征在于：所述变频电机(24)与一电机数控显示系统(30)电连接，变频电机(24)的输出轴与一齿轮相连，沿中段剪切盒侧壁的圆周方向设置有齿纹圈，所述齿纹圈与齿轮啮合，通过变频电机(24)带动中段剪切盒进行不同速率的往返剪切运动。

3.根据权利要求1所述的干湿循环作用下电化学改良土体力学特性测试装置，其特征在于：所述剪切盒(6)的内壁上还设置有竖直挡板(5)，以防止剪切运动时土样与剪切盒(6)产生相对位移。

4.根据权利要求1所述的干湿循环作用下电化学改良土体力学特性测试装置，其特征在于：所述阳极离子交换管(16)和阴极离子交换管(9)采用内外双层结构设计，内层为纤维增强两性离子交换膜。

5.根据权利要求1-4任一项所述的干湿循环作用下电化学改良土体力学特性测试装置，其特征在于：所述中段剪切盒的侧壁上设置有亚克力材质的透明窗口(7)，透明窗口(7)的外侧设置有电镜(22)。

6.根据权利要求5所述的干湿循环作用下电化学改良土体力学特性测试装置，其特征在于：所述阳极离子交换管(16)和阴极离子交换管(9)采用螺旋形结构设计。