[发明专利]一种低温冻土三轴仪

说明书

本发明公开了一种低温冻土三轴仪，低温冻土三轴仪包括：控制器、用于容置试样的压力室、用于容置低温氮气的双层高压隔离器和为双层高压隔离器提供防冻液的推力油源；推力油源包括缸头、缸筒、活塞、滚珠丝杠和伺服电机，缸筒用于容置防冻液，缸头与双层高压隔离器的进口相连；双层高压隔离器的出口与压力室相连；伺服电机驱动滚珠丝杠推动活塞，将缸筒中的防冻液推入双层高压隔离器，推动双层高压隔离器中的氮气进入压力室，通过滚珠丝杠位移确定试样体积的变化量。本发明利用氮气达到绝对零度时才会固化的特性，同时控制氮气压力恒定，通过滚珠丝杠位移确定试样体积的变化量，能够准确测量试样中水固化后的试样体积的变化量。

技术领域

本发明涉及一种室内土工实验测试技术领域，特别是涉及一种低温冻土三轴仪。

背景技术

川藏铁路选定从东缘进藏，即从四川盆地途经青藏高原东缘的川西山系进藏，铁路川西山区段最终会以桥梁隧道配合路基完成建设，而不论桥梁地基、隧道围岩还是路基填料均会涉及和使用西部山区现存低温条件下的岩土体，按其地质特征，称之为区域季节性冻土，其在水力、地震、冻融等多种自然营力作用下的力学特性是轨道交通工程沉降变形与安全稳定性的决定因素，因此，迫切需要针对西部山区季节性冻土开展可模拟水文、地质、温度变化等条件的力学特性室内试验，掌握其强度变化与沉降变形规律。

俄罗斯、美国、加拿大，欧洲冻土区各国多年来一直致力于“低温冻土三轴试验系统”的研发工作，目前市场占有率最大的两个品牌为英国GDS公司和德国WILLE公司产品，其基本参数和所列产品参数类似，双方无明显差别，基本参数涉及的技术也众所周知，而上述两家公司在技术上并驾齐驱，只是在销售价格上有所差别，共同占据国际品牌主要市场。但需要指出的是，所有国外知名品牌，均存在水发生固化后的体变量测、温度控制均匀性与稳定性等三个目前限制“低温冻土三轴试验系统”可靠性的核心关键问题，这些问题未得到彻底解决，仅通过个别技术手段进行了局部完善，例如GDS冻土三轴仪在2015年增加了温控系统，但其不适用于0度以下，且稳定精度经实际应用，偏差较大，控制与实现温度存在差距，与试验研究要求不符合。同时，国外品牌短期内也不太可能提出原创性技术来解决上述关键问题；另外，国内存在几个生产厂家，均是依托上述两个国际品牌的技术，个别厂家未降低成本，将温控问题交给温控室解决，但其温度可控性、均匀性、稳定性更无法保障。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温冻土三轴仪，能够准确测量水固化后的试样变形。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种低温冻土三轴仪包括：控制器、用于容置试样的压力室、用于容置低温氮气的双层高压隔离器和为所述双层高压隔离器提供防冻液的推力油源，所述低温氮气的控制温度范围是0℃到-50℃；

所述推力油源包括缸头、缸筒、活塞、滚珠丝杠和伺服电机，所述缸筒用于容置防冻液，所述缸头与所述双层高压隔离器的进口相连；所述双层高压隔离器的出口与所述压力室相连；

所述伺服电机驱动滚珠丝杠推动所述活塞，将所述缸筒中的防冻液推入所述双层高压隔离器，推动双层高压隔离器中的氮气进入所述压力室，通过所述滚珠丝杠位移确定所述试样体积的变化量。

可选的，所述双层高压隔离器包括低温油浴恒温槽，所述低温油浴恒温槽用于对所述防冻液进行降温。

可选的，所述低温冻土三轴仪还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器分别与所述伺服电机和所述控制器相连。

可选的，所述压力室的外壳为双层金属外壳，所述双层金属外壳中间填充保温棉。

可选的，所述压力室的内部布置用于循环液体的循环排管，所述循环排管通入冷冻油。