[发明专利]温度场-应力场-渗流场耦合固结试验设备

说明书

本发明涉及一种温度场‑应力场‑渗流场耦合固结试验设备，包括试验主体系统、加载系统两个系统，所述的试验主体系统为温度‑应力‑渗流试验主体系统，其中：所述的试验主体系统包括：基座、温度螺旋管、下透水石、上透水石、保温腔、盖板和环刀；在基座上固定连接内置温度螺旋管的保温腔，环刀置于保温腔内部，并在环刀内侧从下至上依次放置有下透水石、土样、上透水石和盖板；盖板与轴向压力传感器相连，盖板开设有与放水管相连通的通孔；加载系统中包括温度控制装置、轴向加载装置、渗流控制装置和位移监测装置。本发明可以方便准确地测量多种参数。

技术领域

本发明涉及一种温度场-应力场-渗流场耦合固结试验方法,用于获取温度变化情况下土体的固结渗流试验参数，指导工程实践。

背景技术

核电站采用铀和钚作为燃料，核裂变或者核聚变之后会产生大量能量，核废料处理已经成为了世界难题。据不完全统计，全世界产生的核废料高达20万吨，各国大多采用粘性土进行永久填埋，核废料的放射性同位素在衰变过程中会产生巨大热量，在200-300年后温度高达200℃，因此有必要研究高温条件下粘性土的长期固结变形特性。

能源桩作为一种对地下桩基础中埋设换热管来代替传统地源热泵换热器的技术，不仅仅节省了高额的钻孔费用，并且不占据额外的室外面积，大大节省了地下空间，同时可以有效地控制施工质量。能源桩在换热过程中，桩周围土体温度会循环变化，该过程温度将减小桩土界面摩擦效应，如果在工程实践中缺乏考虑温度对土与结构物的相互作用，将会高估桩基承载力，导致工程事故频发。因此研究温度对土复杂环境下的工程特性，对确保安全施工具有重要意义。

油气管道一般需要高温高压输送，在运输过程中，油气管道将面临着热量耗散，在长期使用过程管道产生大量热量都会被周围土体吸收。研究表明，随着时间的增加，温度将加速土体的蠕变效应，导致管线在使用过程中因地基不均匀沉降发生开裂现象。

通过调研分析不难发现，掌握温度作用下软土固结变形特性是有效避免工程事故的前提之一。但工程事故发生绝不仅仅是在单一温度作用下的结果，而是一种复杂的系统工程。为了研究复杂条件下土体固结的特性，急需设计一种考虑温度场、应力场、渗流场耦合作用条件下的固结仪实验装置。传统固结仪仅能测得常温状态下土体的固结系数，即只能实现单一温度场下土体的固结特性，无法考虑应力场、渗流场和温度场作用对土体固结系数的影响。

基于上述情况，有必要研发一种考虑温度场、应力场和渗流场耦合的固结试验设备用于土体固结试验，为科学研究和工程设计提供数据支持。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是结合试验具体要求，提供一种考虑温度场、应力场和渗流场耦合的固结试验设备。本发明具有试验操作简单，试验具有考虑因素全面、可控性强等优点，解决目前固结仪使用的局限性。本发明的技术方案如下：

一种温度场-应力场-渗流场耦合固结试验设备，包括试验主体系统、加载系统两个系统，其特征在于，所述的试验主体系统为温度-应力-渗流试验主体系统，其中：

所述的试验主体系统包括：基座、温度螺旋管、下透水石、上透水石、保温腔、盖板和环刀；在基座上固定连接内置温度螺旋管的保温腔，环刀置于保温腔内部，并在环刀内侧从下至上依次放置有下透水石、土样、上透水石和盖板；盖板与轴向压力传感器相连，盖板开设有与放水管相连通的通孔；

加载系统中包括温度控制装置、轴向加载装置、渗流控制装置和位移监测装置，其中，温度控制装置包括：加热/制冷装置、循环泵、循环冷暖管和温度传感器，循环冷暖管将加热/制冷装置与循环泵相连，用以控制温度螺旋管的循环进出水及温度；温度传感器用以监测土样的温度；

轴向加载装置用以通过轴向压力传感器向盖板和位于其下的下透水石和土样施加轴向力；